フィルターの設計

FIR フィルターおよび IIR フィルターの設計と解析

DSP System Toolbox™ の関数、アプリ、ブロックを使用して、さまざまなデジタル FIR/IIR フィルターを設計および解析できます。これらのフィルターには、ナイキストフィルター、ハーフバンドフィルター、CIC フィルター、高度な等リップルフィルター、IIR 準線形位相フィルターなどの詳細フィルターを含むものがあります。

各種の設計法は、フィルター設計仕様に基づいてフィルター係数を計算します。Bandpass IIR Filter Design や Bandstop IIR Filter Design などの特定のブロックは調整可能なフィルター仕様をもつため、シミュレーションの実行中にフィルター仕様を変更してフィルターを再設計することができます。

アプリ

Filter Builder 周波数と振幅の仕様から始めるフィルターの設計 (filterBuilder)

ライブエディタータスク

フィルターの設計

Design a digital filter or implement a System object in the Live Editor (R2021b 以降)

関数

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フィルター設計ツールとフィルター可視化ツール

`filterDesigner`	フィルターデザイナーアプリを開く
`filterBuilder`	対話型のフィルター設計
`fvtool`	DSP フィルターの周波数応答の可視化
`designfilt`	Design a digital filter or implement a System object

fdesign メソッド

`butter`	バタワース IIR デジタルフィルターの設計
`cheby1`	仕様オブジェクトを使用したチェビシェフ I 型フィルター
`cheby2`	仕様オブジェクトを使用したチェビシェフ II 型フィルター
`design`	フィルター仕様オブジェクトに設計法を適用
`designmethods`	仕様オブジェクトからフィルターを設計するために使用できる手法
`designoptions`	指定した設計に対して使用可能なすべてのオプションを表示
`designopts`	Valid input arguments and values for specification object and method
`ellip`	仕様オブジェクトを使用した楕円フィルター
`equiripple`	Equiripple single-rate FIR filter from specification object
`freqsamp`	Real or complex frequency-sampled FIR filter from specification object
`help`	フィルター仕様に基づく設計法のヘルプ
`setspecs`	Specifications for filter specification object
`validstructures`	Structures for specification object with design method

fdesign オブジェクト

`fdesign`	フィルター設計仕様オブジェクト
`fdesign.bandpass`	バンドパスフィルター設計仕様オブジェクト
`fdesign.bandstop`	バンドストップフィルター設計仕様オブジェクト
`fdesign.highpass`	ハイパスフィルターの仕様オブジェクト
`fdesign.lowpass`	ローパスフィルターの仕様オブジェクト
`fdesign.decimator`	Decimator filter specification object
`fdesign.interpolator`	Interpolator filter specification
`fdesign.rsrc`	Rational-factor sample-rate converter specification
`fdesign.arbgrpdelay`	Arbitrary group delay filter specification object
`fdesign.arbmag`	Arbitrary response magnitude filter specification object
`fdesign.arbmagnphase`	Arbitrary response magnitude and phase filter specification object
`fdesign.ciccomp`	CIC compensator filter specification object
`fdesign.comb`	IIR comb filter specification object
`fdesign.differentiator`	Differentiator filter specification object
`fdesign.fracdelay`	Fractional delay filter specification object
`fdesign.halfband`	Halfband filter specification object
`fdesign.hilbert`	Hilbert filter specification object
`fdesign.isinchp`	Inverse sinc highpass filter specification
`fdesign.isinclp`	Inverse sinc lowpass filter specification
`fdesign.notch`	ノッチフィルターの仕様
`fdesign.nyquist`	Nyquist filter specification
`fdesign.peak`	ピークフィルター仕様
`fdesign.polysrc`	Construct polynomial sample-rate converter (POLYSRC) filter designer

FIR フィルターの設計と実装

`designLowpassFIR`	Design and implement lowpass FIR filter (R2023b 以降)
`designHighpassFIR`	Design and implement highpass FIR filter (R2023b 以降)
`designBandpassFIR`	Design and implement bandpass FIR filter (R2023b 以降)
`designBandstopFIR`	Design and implement bandstop FIR filter (R2023b 以降)
`designHalfbandFIR`	Design and implement halfband FIR filter (R2023b 以降)
`designMultirateFIR`	Design and implement antialiasing and anti-imaging lowpass FIR filter
`designMultistageDecimator`	Multistage decimator design
`designMultistageInterpolator`	Multistage interpolator design

FIR フィルターの設計

`designFracDelayFIR`	Design and implement band-limited fractional delay FIR filter (R2021a 以降)
`fircband`	Constrained-band equiripple FIR filter
`firceqrip`	Constrained equiripple FIR filter
`fireqint`	Equiripple FIR interpolators
`firgr`	Parks-McClellan FIR filter
`firlpnorm`	Least P-norm optimal FIR filter
`firls`	Least-square linear-phase FIR filter design
`firminphase`	Minimum-phase FIR spectral factor
`firnyquist`	Lowpass Nyquist (Lth-band) FIR filter
`firpr2chfb`	Two-channel FIR filter bank for perfect reconstruction
`ifir`	Interpolated FIR filter design
`normalizefreq`	Switch filter specification between normalized frequency and absolute frequency

IIR フィルターの設計

`designLowpassIIR`	Design and implement lowpass IIR filter (R2023b 以降)
`designHighpassIIR`	Design and implement highpass IIR filter (R2023b 以降)
`designBandpassIIR`	Design and implement bandpass IIR filter (R2023b 以降)
`designBandstopIIR`	Design and implement bandstop IIR filter (R2023b 以降)
`designHalfbandIIR`	Design and implement halfband IIR filter in the form of a coupled allpass filter (R2023b 以降)
`designNotchPeakIIR`	Design and implement high-order Butterworth notch or peak IIR filter (R2023b 以降)
`ca2tf`	Convert coupled allpass filter to transfer function form
`cl2tf`	Convert coupled allpass lattice to transfer function form
`iircomb`	IIR 櫛形ノッチフィルターまたはピークフィルター
`iirgrpdelay`	Optimal IIR filter with prescribed group-delay
`iirlpnorm`	Least P-norm optimal IIR filter
`iirlpnormc`	Constrained least Pth-norm optimal IIR filter
`normalizefreq`	Switch filter specification between normalized frequency and absolute frequency

オブジェクト

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シングルレート

`dsp.Differentiator`	Direct form FIR fullband differentiator filter
`dsp.HampelFilter`	Filter outliers using Hampel identifier
`dsp.HighpassFilter`	FIR または IIR ハイパスフィルター
`dsp.LowpassFilter`	FIR または IIR ローパスフィルター
`dsp.MedianFilter`	メディアンフィルター
`dsp.NotchPeakFilter`	Second-order tunable notching and peaking IIR filter
`dsp.VariableBandwidthFIRFilter`	Variable bandwidth FIR filter
`dsp.VariableBandwidthIIRFilter`	Variable bandwidth IIR filter

マルチレート

`dsp.CICCompensationDecimator`	Compensate for CIC decimation filter using FIR decimator
`dsp.CICCompensationInterpolator`	Compensate for CIC interpolation filter using FIR interpolator
`dsp.FIRHalfbandDecimator`	Decimate signal using polyphase FIR halfband filter
`dsp.FIRHalfbandInterpolator`	Interpolate signal using polyphase FIR halfband filter
`dsp.IIRHalfbandDecimator`	Decimate by factor of two using polyphase IIR
`dsp.IIRHalfbandInterpolator`	Interpolate by a factor of two using polyphase IIR

ブロック

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フィルター設計ツールとフィルター可視化ツール

Analog Filter Design	アナログフィルターの設計と実装
Digital Filter Design	デジタル FIR および IIR フィルターの設計と実装
Filter Realization Wizard	(To be removed) Construct filter realizations using digital filter blocks or Sum, Gain, and Delay blocks

フィルター設計ソース

Lowpass FIR Filter Design	Design lowpass FIR filter with tunable filter specifications (R2023b 以降)
Lowpass IIR Filter Design	Design lowpass IIR filter with tunable filter specifications (R2023b 以降)
Highpass FIR Filter Design	Design highpass FIR filter with tunable filter specifications (R2023b 以降)
Highpass IIR Filter Design	Design highpass IIR filter with tunable filter specifications (R2023b 以降)
Bandpass FIR Filter Design	Design bandpass FIR filter with tunable filter specifications (R2023b 以降)
Bandpass IIR Filter Design	Design bandpass IIR filter with tunable filter specifications (R2023a 以降)
Bandstop FIR Filter Design	Design bandstop FIR filter with tunable filter specifications (R2023b 以降)
Bandstop IIR Filter Design	Design bandstop IIR filter with tunable filter specifications (R2023a 以降)

シングルレート

Differentiator Filter	Direct form FIR fullband differentiator filter
Hampel Filter	Filter outliers using Hampel identifier
Highpass Filter	FIR または IIR ハイパスフィルターの設計
Lowpass Filter	FIR または IIR ローパスフィルターの設計
Median Filter	メディアンフィルター
Notch-Peak Filter	Design second-order tunable notching and peaking IIR filter
Variable Bandwidth FIR Filter	Design tunable bandwidth FIR filter
Variable Bandwidth IIR Filter	Design tunable bandwidth IIR filter

トピック

フィルターデザイナーの使用
フィルターデザイナーを強力かつ便利なグラフィカルツールとして使用し、フィルターを解析。
Fdesign でのフィルターの設計 — プロセスの概要
MATLAB^® および Simulink^® でフィルターを解析、設計、および実装する方法を学習する。
フィルタービルダー設計プロセス
filterBuilder GUI。
DSP System Toolbox ソフトウェアとフィルターデザイナーの使用
フィルターデザイナーアプリの固定小数点、マルチレート、およびスケーリングページを網羅した詳細な参照を提供します。
ローパス FIR フィルターの設計
この例では、fdesign を使用したローパス FIR フィルターの設計法を説明します。
MATLAB でのローパスフィルター設計
この例では、ローパスフィルターの設計法を示します。
Controlling Design Specifications in Lowpass FIR Design
This example shows how to control the filter order, passband ripple, stopband attenuation, and transition region width of a lowpass FIR filter.
ミニマックス FIR フィルターの設計
この例では、一般化された Remez FIR フィルター設計関数の主要機能のいくつかの使い方を示します。
Designing Filters with Non-Equiripple Stopband
This example shows how to design lowpass filters with stopbands that are not equiripple.
フィルターの設計と実装
デジタルローパスフィルターを設計してモデルに組み込み、低周波ノイズの有無をシミュレートする。
Minimizing Lowpass FIR Filter Length
This example shows how to minimize the number coefficients, by designing minimum-phase or minimum-order filters.
References — Advanced Filters
Suggested reading and sources for advanced filter design topics.

注目の例

多段フィルター設計の IIR ハーフバンド段階

この例では、多段間引きおよび内挿の IIR ハーフバンド段階について説明します。

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標準的 IIR フィルター設計

この例では、標準的 IIR フィルターの設計法を示します。この例では、最初に、重要な設計パラメーターがカットオフ周波数であるシナリオを考えます。フィルターのパワーは、カットオフ周波数においてノミナル通過帯域値の半分 (–3 dB) に減衰します。

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この例では、ピークフィルターとノッチフィルターの設計法を示します。特定の周波数でピークに達するまたは刻むフィルターは、信号の特定の周波数コンポーネントを保持または削除します。このようなフィルターで設定できる設計パラメーターは、ピークまたはノッチを得る周波数、および 3-dB の帯域幅または Q 係数です。これらの仕様を使用し、フィルター次数を増やすことで、理想フィルターに密接に近似するフィルターを設計することが可能です。

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任意の振幅と位相フィルター設計

この例では、カスタマイズされた振幅と位相の仕様をもつフィルターを設計する方法を示します。多くのフィルター設計問題では、対称性によって線形の位相応答が得られるという前提で、振幅応答のみに焦点が当てられています。しかし、場合によっては、目的とするフィルターが振幅の制約も位相の制約も満たす必要があります。

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最小 p ノルム最適 FIR フィルターの設計

この例では、関数 firlpnorm を使用した最小 p ノルム FIR フィルターの設計法を示します。この関数は、制約なし最小 P 次最適化アルゴリズムを使用して、任意振幅応答をもつ FIR フィルターを設計します。

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最小 p ノルム最適 IIR フィルターの設計

この例では、制約なし最小 P 次最適化アルゴリズムを使用する、任意の振幅応答をもつ最適 IIR フィルターの設計方法を示します。

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FIR ナイキスト (L 次帯域) フィルター設計

この例では、ローパス FIR ナイキストフィルターの設計法を示します。また、これらのフィルターを、レイズドコサインフィルターおよびルートレイズドコサインフィルターと比較します。これらのフィルターは、デジタル伝送システムのパルス整形に幅広く使用されます。また、内挿/間引きやフィルターバンクにも使用されます。

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Design of Decimators and Interpolators

Design filters for decimation and interpolation of discrete sequences.

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指定群遅延が与えられた IIR フィルター設計

この例では、fdesign.arbgrpdelay フィルターデザイナーを使用して、任意の群遅延フィルターを設計する方法を示します。このデザイナーでは、最小 p 次制約付き最適化アルゴリズムを使用して、指定済みの群遅延を満たすオールパス IIR フィルターを設計します。

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Farrow 構造を使用した非整数遅延フィルター

この例では、Farrow 構造を使用してデジタル非整数遅延フィルターを設計する方法を示します。デジタル非整数遅延フィルターは、信号のサンプリングの瞬間を微調整するのに便利なツールです。これらは通常、遅延パラメーターが時間とともに変化するデジタルモデムの同期に使用されます。この例では、Farrow 構造が時変 FIR 非整数遅延フィルターを実装するための一般的な方法である理由を示します。