]> Creatis software - CreaPhase.git/blobdiff - octave_packages/signal-1.1.3/butter.m
Add a useful package (from Source forge) for octave
[CreaPhase.git] / octave_packages / signal-1.1.3 / butter.m
diff --git a/octave_packages/signal-1.1.3/butter.m b/octave_packages/signal-1.1.3/butter.m
new file mode 100644 (file)
index 0000000..9d2d004
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,176 @@
+## Copyright (C) 1999 Paul Kienzle <pkienzle@users.sf.net>
+## Copyright (C) 2003 Doug Stewart <dastew@sympatico.ca>
+## Copyright (C) 2011 Alexander Klein <alexander.klein@math.uni-giessen.de>
+##
+## This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
+## the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
+## Foundation; either version 3 of the License, or (at your option) any later
+## version.
+##
+## This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
+## ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
+## FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU General Public License for more
+## details.
+##
+## You should have received a copy of the GNU General Public License along with
+## this program; if not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+## Generate a butterworth filter.
+## Default is a discrete space (Z) filter.
+## 
+## [b,a] = butter(n, Wc)
+##    low pass filter with cutoff pi*Wc radians
+##
+## [b,a] = butter(n, Wc, 'high')
+##    high pass filter with cutoff pi*Wc radians
+##
+## [b,a] = butter(n, [Wl, Wh])
+##    band pass filter with edges pi*Wl and pi*Wh radians
+##
+## [b,a] = butter(n, [Wl, Wh], 'stop')
+##    band reject filter with edges pi*Wl and pi*Wh radians
+##
+## [z,p,g] = butter(...)
+##    return filter as zero-pole-gain rather than coefficients of the
+##    numerator and denominator polynomials.
+## 
+## [...] = butter(...,'s')
+##     return a Laplace space filter, W can be larger than 1.
+## 
+## [a,b,c,d] = butter(...)
+##  return  state-space matrices 
+##
+## References: 
+##
+## Proakis & Manolakis (1992). Digital Signal Processing. New York:
+## Macmillan Publishing Company.
+
+function [a, b, c, d] = butter (n, W, varargin)
+  
+  if (nargin>4 || nargin<2) || (nargout>4 || nargout<2)
+    print_usage;
+  end
+
+  ## interpret the input parameters
+  if (!(length(n)==1 && n == round(n) && n > 0))
+    error ("butter: filter order n must be a positive integer");
+  end
+
+  stop = 0;
+  digital = 1;
+  for i=1:length(varargin)
+    switch varargin{i}
+    case 's', digital = 0;
+    case 'z', digital = 1;
+    case { 'high', 'stop' }, stop = 1;
+    case { 'low',  'pass' }, stop = 0;
+    otherwise,  error ("butter: expected [high|stop] or [s|z]");
+    endswitch
+  endfor
+
+
+  [r, c]=size(W);
+  if (!(length(W)<=2 && (r==1 || c==1)))
+    error ("butter: frequency must be given as w0 or [w0, w1]");
+  elseif (!(length(W)==1 || length(W) == 2))
+    error ("butter: only one filter band allowed");
+  elseif (length(W)==2 && !(W(1) < W(2)))
+    error ("butter: first band edge must be smaller than second");
+  endif
+
+  if ( digital && !all(W >= 0 & W <= 1))
+    error ("butter: critical frequencies must be in (0 1)");
+  elseif ( !digital && !all(W >= 0 ))
+    error ("butter: critical frequencies must be in (0 inf)");
+  endif
+
+  ## Prewarp to the band edges to s plane
+  if digital
+    T = 2;       # sampling frequency of 2 Hz
+    W = 2/T*tan(pi*W/T);
+  endif
+
+  ## Generate splane poles for the prototype butterworth filter
+  ## source: Kuc
+  C = 1; # default cutoff frequency
+  pole = C*exp(1i*pi*(2*[1:n] + n - 1)/(2*n));
+  if mod(n,2) == 1, pole((n+1)/2) = -1; end  # pure real value at exp(i*pi)
+  zero = [];
+  gain = C^n;
+
+  ## splane frequency transform
+  [zero, pole, gain] = sftrans(zero, pole, gain, W, stop);
+
+  ## Use bilinear transform to convert poles to the z plane
+  if digital
+     [zero, pole, gain] = bilinear(zero, pole, gain, T);
+  endif
+
+  ## convert to the correct output form
+  if nargout==2, 
+    a = real(gain*poly(zero));
+    b = real(poly(pole));
+  elseif nargout==3,
+    a = zero;
+    b = pole;
+    c = gain;
+  else
+    ## output ss results 
+    [a, b, c, d] = zp2ss (zero, pole, gain);
+  endif
+
+endfunction
+
+%!shared sf, sf2, off_db
+%! off_db = 0.5;
+%! ##Sampling frequency must be that high to make the low pass filters pass.
+%! sf = 6000; sf2 = sf/2;
+%! data=[sinetone(5,sf,10,1),sinetone(10,sf,10,1),sinetone(50,sf,10,1),sinetone(200,sf,10,1),sinetone(400,sf,10,1)];
+
+%!test
+%! ##Test low pass order 1 with 3dB @ 50Hz
+%! data=[sinetone(5,sf,10,1),sinetone(10,sf,10,1),sinetone(50,sf,10,1),sinetone(200,sf,10,1),sinetone(400,sf,10,1)];
+%! [b, a] = butter ( 1, 50 / sf2 );
+%! filtered = filter ( b, a, data );
+%! damp_db = 20 * log10 ( max ( filtered ( end - sf : end, : ) ) );
+%! assert ( [ damp_db( 4 ) - damp_db( 5 ), damp_db( 1 : 3 ) ], [ 6 0 0 -3 ], off_db )
+
+%!test
+%! ##Test low pass order 4 with 3dB @ 50Hz
+%! data=[sinetone(5,sf,10,1),sinetone(10,sf,10,1),sinetone(50,sf,10,1),sinetone(200,sf,10,1),sinetone(400,sf,10,1)];
+%! [b, a] = butter ( 4, 50 / sf2 );
+%! filtered = filter ( b, a, data );
+%! damp_db = 20 * log10 ( max ( filtered ( end - sf : end, : ) ) );
+%! assert ( [ damp_db( 4 ) - damp_db( 5 ), damp_db( 1 : 3 ) ], [ 24 0 0 -3 ], off_db )
+
+%!test
+%! ##Test high pass order 1 with 3dB @ 50Hz
+%! data=[sinetone(5,sf,10,1),sinetone(10,sf,10,1),sinetone(50,sf,10,1),sinetone(200,sf,10,1),sinetone(400,sf,10,1)];
+%! [b, a] = butter ( 1, 50 / sf2, "high" );
+%! filtered = filter ( b, a, data );
+%! damp_db = 20 * log10 ( max ( filtered ( end - sf : end, : ) ) );
+%! assert ( [ damp_db( 2 ) - damp_db( 1 ), damp_db( 3 : end ) ], [ 6 -3 0 0 ], off_db )
+
+%!test
+%! ##Test high pass order 4 with 3dB @ 50Hz
+%! data=[sinetone(5,sf,10,1),sinetone(10,sf,10,1),sinetone(50,sf,10,1),sinetone(200,sf,10,1),sinetone(400,sf,10,1)];
+%! [b, a] = butter ( 4, 50 / sf2, "high" );
+%! filtered = filter ( b, a, data );
+%! damp_db = 20 * log10 ( max ( filtered ( end - sf : end, : ) ) );
+%! assert ( [ damp_db( 2 ) - damp_db( 1 ), damp_db( 3 : end ) ], [ 24 -3 0 0 ], off_db )
+
+%!demo
+%! sf = 800; sf2 = sf/2;
+%! data=[[1;zeros(sf-1,1)],sinetone(25,sf,1,1),sinetone(50,sf,1,1),sinetone(100,sf,1,1)];
+%! [b,a]=butter ( 1, 50 / sf2 );
+%! filtered = filter(b,a,data);
+%!
+%! clf
+%! subplot ( columns ( filtered ), 1, 1) 
+%! plot(filtered(:,1),";Impulse response;")
+%! subplot ( columns ( filtered ), 1, 2 ) 
+%! plot(filtered(:,2),";25Hz response;")
+%! subplot ( columns ( filtered ), 1, 3 ) 
+%! plot(filtered(:,3),";50Hz response;")
+%! subplot ( columns ( filtered ), 1, 4 ) 
+%! plot(filtered(:,4),";100Hz response;")