%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% ZZS - 5.cvičení: Jednoduché číslicové filtry
% R.Čmejla, 20.října 2014
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% skript vyžaduje soubory: emg.mat                          
%                          jedna.wav
%                          osum1.sig                          
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%
% Příklad 1:  Diferenciátor a integrátor - simulace
% Generujte krátkou číslicovou posloupnost a ověřte chování diferenciátoru 
% a integrátoru
% a) na diferenční rovnice popisujících uvedené filtry pomocí cyklu for,
% b) pomocí funkce diff a cumsum,
% c) pomocí funkcí filter

% Řešení
x=[0 0 0 0 5 5 5 5 8 8 8 8 3 3 3 3 5 5 5 5];
y_int(1)=x(1);
for n=2:length(x)
           y_dif(n)=x(n)-x(n-1); 
           y_int(n)=x(n)+y_int(n-1);
end;
subplot(231), 
plot(y_dif), hold on, plot(x,':r'), hold off
legend('cyklus for'), xlabel('---> n')
subplot(234), plot(y_int), hold on, plot(x,':r'), hold off
legend('cyklus for'), xlabel('---> n')

subplot(232), plot([0 diff(x)]), 
hold on, plot(x,':r'), hold off
legend('diff'), xlabel('---> n')
subplot(235), plot(cumsum(x)), 
hold on, plot(x,':r'), hold off
legend('cumsum'), xlabel('---> n')

subplot(233), plot(filter([1 -1],1,x)), 
hold on, plot(x,':r'), hold off
legend('filter'), xlabel('---> n')
subplot(236), plot(filter(1,[1 -1],x)), 
hold on, plot(x,':r'), hold off
legend('filter'), xlabel('---> n')

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 2:  Diferenciátor a integrátor - chování
% Generujte několik period číslicového sinusového, obdélníkového 
% a trojúhelníkového průběhu.
% a) Zobrazte průběhy diferencí generovaných signálů
% b) Zobrazte průběhy integrací generovaných signálů

x1=sin(0:0.2:10-0.2);
x2=square(0:0.2:10-0.2);
x3=sawtooth(0:0.2:10-0.2,.5);

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 3:  Filtrace řečového signálu
% a) Poslechněte si řečový signál na výstupu dolní propusti
% b) Poslechněte si řečový signál na výstupu horní propusti
% c) Porovnejte součet filtrovaných signálů s původním
% d) Analyzujte použité filtry (frekvenční charakteristika, impulzová 
%    charakteristika, rozložení nul a pólů)

b_dp=[1  1];  a_dp=[1 -0.9]; % DP
b_hp=[1  -1]; a_hp=[1 0.9];  % HP
jedna=wavread('jedna.wav');

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 4:  Filtrace řečového signálu číslicovým filtrem s jedním pólem
% Zopakujte úlohu z předcházejícího příkladu s jednoduchým číslicovým
% filtrem, jehož pól má poloměr:
% a) r = 0,9
% b) r = 0,95
% c) r = 0,99
% d) r = -0,9
% e) r = -0,95
% f) r = -0,99

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 5:  Detektor obálky
% Realizujte detektory obálek

load osum1.sig
xc=osum1./max(abs(osum1)); plot(xc,'k') 

xi=filter(1,[1 -0.99],abs(xc)); plot(xi,'k'), 
xi=filter(1,[1 -0.8],abs(xc));  plot(xi,'k'), 
xi=filter(1,[1 -0.3],abs(xc));  plot(xi,'k'), 

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 6:  Špičkový detektor
% EMG.mat signál

load emg.mat;
xc=emg;
%load osum1.sig

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 7:  Aplikace s šumem a obálkami
% efekty

fs=44100;
doba=2.5;
t=0:1/fs:doba-1/fs;
x=randn(1,doba*fs);
X=[0 0.05 0.4  1];
Y=[1 0.05 0.25 0];
O=interp1(X,Y,t./t(end));
sig=x.*O;
soundsc(sig,fs)

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 8:  Přelaďování filtru                DÚ
% Plynule (podle sinusovky) přelaďujte IIR filtr
% 1.řádu (změnou koeficientu)
% Na vstup filtru přiveďte bílý šum

fs   =  8000;                % vzorkovaci frekvence [Hz]
fm   =  .5;                  % frekvence ridici sinusovky
doba =  6;                   % doba trvani tonu [s]
nT   =  0:1/fs:doba-1/fs;    % casova osa
x=rand(1,length(nT))-.5;

% Zobrazte:
% - řídící průběh
% - výstupní průběh
% - spektrogram výstupního průběhu

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 9: Aplikace s šumem a obálkami        DÚ
% 
% Realizujte jednoduchý buben na principu filtrační syntézy
% Parametry filtru: b=1; a=[1 -0.7934];
% Generování bílého šumu pro buzení filtru:
x=2*rand(1,fs*doba)-1;  

fs   =  44100;          % vzorkovaci frekvence [Hz]
doba =  .5;             % doba trvani tonu [s]
nT=0:1/fs:doba-1/fs;    % casova osa

% souřadnice řídících bodů obálky výstupního signálu 
X  =[0 .15 1];          % casova osa
Y  =[1 .05 0];          % amplituda

% Zobrazte:
% - rozlozeni nul a polu
% - amplitudovou frekvencni charakteristiku
% - amplitudovou obálku 
% - výstupní průbeh

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 10:  Aplikace s šumem a obálkami    DEMO
% padající tón

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Příklad 11:  Aplikace s šumem a obálkami    DEMO
% parní stroj