]> Creatis software - CreaPhase.git/blobdiff - octave_packages/signal-1.1.3/invimpinvar.m
Add a useful package (from Source forge) for octave
[CreaPhase.git] / octave_packages / signal-1.1.3 / invimpinvar.m
diff --git a/octave_packages/signal-1.1.3/invimpinvar.m b/octave_packages/signal-1.1.3/invimpinvar.m
new file mode 100644 (file)
index 0000000..30b89fd
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,149 @@
+## Copyright (c) 2007 R.G.H. Eschauzier <reschauzier@yahoo.com>
+## Copyright (c) 2011 CarnĂ« Draug <carandraug+dev@gmail.com>
+## 
+## 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/>.
+
+## -*- texinfo -*-
+## @deftypefn{Function File} {[@var{b_out}, @var{a_out}] =} invimpinvar (@var{b}, @var{a}, @var{fs}, @var{tol})
+## @deftypefnx{Function File} {[@var{b_out}, @var{a_out}] =} invimpinvar (@var{b}, @var{a}, @var{fs})
+## @deftypefnx{Function File} {[@var{b_out}, @var{a_out}] =} invimpinvar (@var{b}, @var{a})
+## Converts digital filter with coefficients @var{b} and @var{a} to analog,
+## conserving impulse response.
+##
+## This function does the inverse of impinvar so that the following example should
+## restore the original values of @var{a} and @var{b}.
+## @example
+## [b, a] = impinvar (b, a);
+## [b, a] = invimpinvar (b, a);
+## @end example
+##
+## If @var{fs} is not specificied, or is an empty vector, it defaults to 1Hz.
+##
+## If @var{tol} is not specified, it defaults to 0.0001 (0.1%)
+##
+## Reference: Thomas J. Cavicchi (1996) ``Impulse invariance and multiple-order
+## poles''. IEEE transactions on signal processing, Vol 40 (9): 2344--2347
+##
+## @seealso{bilinear, impinvar}
+## @end deftypefn
+
+## Impulse invariant conversion from s to z domain
+function [b_out, a_out] = invimpinvar (b_in, a_in, fs = 1, tol = 0.0001)
+
+  if (nargin <2)
+    print_usage;
+  endif
+
+  ## to be compatible with the matlab implementation where an empty vector can
+  ## be used to get the default
+  if (isempty(fs))
+    ts = 1;
+  else
+    ts = 1/fs; # we should be using sampling frequencies to be compatible with Matlab
+  endif
+
+  b_in = [b_in 0]; %so we can calculate in z instead of z^-1
+
+  [r_in, p_in, k_in] = residue(b_in, a_in); % partial fraction expansion
+
+  n = length(r_in); % Number of poles/residues
+
+  if (length(k_in) > 1) % Greater than one means we cannot do impulse invariance
+    error("Order numerator > order denominator");
+  endif
+
+  r_out  = zeros(1,n); % Residues of H(s)
+  sm_out = zeros(1,n); % Poles of H(s)
+
+  i=1;
+  while (i<=n)
+    m=1;
+    first_pole = p_in(i); % Pole in the z-domain
+    while (i<n && abs(first_pole-p_in(i+1))<tol) % Multiple poles at p(i)
+       i++; % Next residue
+       m++; % Next multiplicity
+    endwhile
+    [r, sm, k]      = inv_z_res(r_in(i-m+1:i), first_pole, ts); % Find s-domain residues
+    k_in           -= k;                                        % Just to check, should end up zero for physical system
+    sm_out(i-m+1:i) = sm;                                       % Copy s-domain pole(s) to output
+    r_out(i-m+1:i)  = r;                                        % Copy s-domain residue(s) to output
+
+    i++; % Next z-domain residue/pole
+  endwhile
+  [b_out, a_out] = inv_residue(r_out, sm_out , 0, tol);
+  a_out          = to_real(a_out);      % Get rid of spurious imaginary part
+  b_out          = to_real(b_out);
+
+  b_out          = polyreduce(b_out);
+
+endfunction
+
+## Inverse function of z_res (see impinvar source)
+function [r_out sm_out k_out] = inv_z_res (r_in,p_in,ts)
+
+  n    = length(r_in); % multiplicity of the pole
+  r_in = r_in.';       % From column vector to row vector
+
+  j=n;
+  while (j>1) % Go through residues starting from highest order down
+    r_out(j)   = r_in(j) / ((ts * p_in)^j);                   % Back to binomial coefficient for highest order (always 1)
+    r_in(1:j) -= r_out(j) * polyrev(h1_z_deriv(j-1,p_in,ts)); % Subtract highest order result, leaving r_in(j) zero
+    j--;
+  endwhile
+
+  %% Single pole (no multiplicity)
+  r_out(1) = r_in(1) / ((ts * p_in));
+  k_out    = r_in(1) / p_in;
+  sm_out   = log(p_in) / ts;
+
+endfunction
+
+
+%!function err = ztoserr(bz,az,fs)
+%!
+%!  % number of time steps
+%!  n=100;
+%!
+%!  % make sure system is realizable (no delays)
+%!  bz=prepad(bz,length(az)-1,0,2);
+%!
+%!  % inverse impulse invariant transform to s-domain
+%!  [bs as]=invimpinvar(bz,az,fs);
+%!
+%!  % create sys object of transfer function
+%!  s=tf(bs,as);
+%!
+%!  % calculate impulse response of continuous time system
+%!  % at discrete time intervals 1/fs
+%!  ys=impulse(s,(n-1)/fs,1/fs)';
+%!
+%!  % impulse response of discrete time system
+%!  yz=filter(bz,az,[1 zeros(1,n-1)]);
+%!
+%!  % find rms error
+%!  err=sqrt(sum((yz*fs.-ys).^2)/length(ys));
+%!  endfunction
+%!
+%!assert(ztoserr([1],[1 -0.5],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1],[1 -1 0.25],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1 1],[1 -1 0.25],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1],[1 -1.5 0.75 -0.125],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1 1],[1 -1.5 0.75 -0.125],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1 1 1],[1 -1.5 0.75 -0.125],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1],[1 0 0.25],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1 1],[1 0 0.25],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1],[1 0 0.5 0 0.0625],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1 1],[1 0 0.5 0 0.0625],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1 1 1],[1 0 0.5 0 0.0625],0.01),0,0.0001);
+%!assert(ztoserr([1 1 1 1],[1 0 0.5 0 0.0625],0.01),0,0.0001);