Добавлены расширения фильтров FIR и IIR для чередующихся выборок IQ int16 с малым порядком следования

- Реализованы расширения SampleIQInt16LeFirFilterExtensions с методами фильтрации FIR чередующихся данных IQ int16 с малым порядком следования.
- Реализованы расширения SampleIQInt16LeIirFilterExtensions с методами внутренней фильтрации чередующихся данных IQ int16 в порядке убывания.
- Добавлены модульные тесты для расширений фильтрации FIR и IIR для обеспечения корректности и проверки на соответствие независимой фильтрации каналов.
- Включены тесты для потоковой обработки и асинхронных методов фильтрации.
- Добавлена проверка длины входного буфера, чтобы убедиться, что она кратна 4.

Author: Infarh

MathCore.DSP/Filters/ComplexFIR.cs

@@ -0,0 +1,83 @@
+using System.Collections.ObjectModel;
+
+using static System.Array;
+
+namespace MathCore.DSP.Filters;
+
+/// <summary>Комплексный фильтр с конечной импульсной характеристикой для IQ-потока</summary>
+public class ComplexFIR
+{
+    /// <summary>Импульсная характеристика</summary>
+    private readonly double[] _ImpulseResponse;
+
+    /// <summary>Состояние синфазного канала</summary>
+    private readonly double[] _StateI;
+
+    /// <summary>Состояние квадратурного канала</summary>
+    private readonly double[] _StateQ;
+
+    /// <summary>Импульсная характеристика</summary>
+    public ReadOnlyCollection<double> ImpulseResponse => AsReadOnly(_ImpulseResponse);
+
+    /// <summary>Порядок фильтра</summary>
+    public int Order => _ImpulseResponse.Length - 1;
+
+    /// <summary>Инициализация нового комплексного FIR-фильтра</summary>
+    /// <param name="ImpulseResponse">Отсчёты импульсной характеристики фильтра</param>
+    public ComplexFIR(double[] ImpulseResponse)
+    {
+        ArgumentNullException.ThrowIfNull(ImpulseResponse);
+        if (ImpulseResponse.Length == 0)
+            throw new ArgumentException("Размер массива импульсной характеристики должен быть больше 0", nameof(ImpulseResponse));
+
+        _ImpulseResponse = ImpulseResponse;
+        _StateI = new double[ImpulseResponse.Length];
+        _StateQ = new double[ImpulseResponse.Length];
+    }
+
+    /// <summary>Обработать один комплексный отсчёт</summary>
+    /// <param name="Sample">Входной комплексный отсчёт</param>
+    /// <returns>Выходной комплексный отсчёт</returns>
+    public Complex Process(Complex Sample)
+    {
+        var i_filtered = _StateI.FilterSample(_ImpulseResponse, Sample.Re);
+        var q_filtered = _StateQ.FilterSample(_ImpulseResponse, Sample.Im);
+
+        return new(i_filtered, q_filtered);
+    }
+
+    /// <summary>Обработать последовательность комплексных отсчётов</summary>
+    /// <param name="Samples">Последовательность входных отсчётов</param>
+    /// <returns>Последовательность выходных отсчётов</returns>
+    public IEnumerable<Complex> Process(IEnumerable<Complex> Samples)
+    {
+        ArgumentNullException.ThrowIfNull(Samples);
+
+        foreach (var sample in Samples)
+            yield return Process(sample);
+    }
+
+    /// <summary>Обработать блок комплексных отсчётов</summary>
+    /// <param name="Samples">Входной блок отсчётов</param>
+    /// <param name="Destination">Выходной буфер</param>
+    public void Process(ReadOnlySpan<Complex> Samples, Span<Complex> Destination)
+    {
+        if (Destination.Length < Samples.Length)
+            throw new ArgumentException("Размер буфера назначения должен быть не меньше размера входного блока", nameof(Destination));
+
+        for (var i = 0; i < Samples.Length; i++)
+            Destination[i] = Process(Samples[i]);
+    }
+
+    /// <summary>Сбросить состояние фильтра</summary>
+    public void Reset()
+    {
+        Clear(_StateI, 0, _StateI.Length);
+        Clear(_StateQ, 0, _StateQ.Length);
+    }
+
+    /// <summary>Получить комплексный коэффициент передачи фильтра</summary>
+    /// <param name="f">Нормированная частота</param>
+    /// <returns>Значение коэффициента передачи</returns>
+    public Complex FrequencyResponse(double f) => _ImpulseResponse.FrequencyResponse(f);
+}

MathCore.DSP/Filters/ComplexIIR.cs

@@ -0,0 +1,99 @@
+using System.Collections.ObjectModel;
+
+using static System.Array;
+
+namespace MathCore.DSP.Filters;
+
+/// <summary>Комплексный фильтр с бесконечной импульсной характеристикой для IQ-потока</summary>
+public class ComplexIIR
+{
+    /// <summary>Коэффициенты прямой связи</summary>
+    private readonly double[] _B;
+
+    /// <summary>Коэффициенты обратной связи</summary>
+    private readonly double[] _A;
+
+    /// <summary>Состояние синфазного канала</summary>
+    private readonly double[] _StateI;
+
+    /// <summary>Состояние квадратурного канала</summary>
+    private readonly double[] _StateQ;
+
+    /// <summary>Массив коэффициентов полинома числителя</summary>
+    public ReadOnlyCollection<double> B => AsReadOnly(_B);
+
+    /// <summary>Массив коэффициентов полинома знаменателя</summary>
+    public ReadOnlyCollection<double> A => AsReadOnly(_A);
+
+    /// <summary>Порядок фильтра</summary>
+    public int Order => _A.Length - 1;
+
+    /// <summary>Инициализация нового комплексного IIR-фильтра</summary>
+    /// <param name="B">Массив коэффициентов полинома числителя</param>
+    /// <param name="A">Массив коэффициентов полинома знаменателя</param>
+    public ComplexIIR(double[] B, double[] A)
+    {
+        ArgumentNullException.ThrowIfNull(B);
+        ArgumentNullException.ThrowIfNull(A);
+
+        if (B.Length == 0)
+            throw new ArgumentException("Размер массива коэффициентов числителя должен быть больше 0", nameof(B));
+
+        if (A.Length < 2)
+            throw new ArgumentException("Размер массива коэффициентов знаменателя должен быть больше 1", nameof(A));
+
+        if (B.Length > A.Length)
+            throw new ArgumentException("Размер массива коэффициентов полинома числителя должен быть меньше, либо равен размеру массива коэффициентов полинома знаменателя");
+
+        _B = B;
+        _A = A;
+        _StateI = new double[A.Length];
+        _StateQ = new double[A.Length];
+    }
+
+    /// <summary>Обработать один комплексный отсчёт</summary>
+    /// <param name="Sample">Входной комплексный отсчёт</param>
+    /// <returns>Выходной комплексный отсчёт</returns>
+    public Complex Process(Complex Sample)
+    {
+        var i_filtered = _StateI.FilterSample(_A, _B, Sample.Re);
+        var q_filtered = _StateQ.FilterSample(_A, _B, Sample.Im);
+
+        return new(i_filtered, q_filtered);
+    }
+
+    /// <summary>Обработать последовательность комплексных отсчётов</summary>
+    /// <param name="Samples">Последовательность входных отсчётов</param>
+    /// <returns>Последовательность выходных отсчётов</returns>
+    public IEnumerable<Complex> Process(IEnumerable<Complex> Samples)
+    {
+        ArgumentNullException.ThrowIfNull(Samples);
+
+        foreach (var sample in Samples)
+            yield return Process(sample);
+    }
+
+    /// <summary>Обработать блок комплексных отсчётов</summary>
+    /// <param name="Samples">Входной блок отсчётов</param>
+    /// <param name="Destination">Выходной буфер</param>
+    public void Process(ReadOnlySpan<Complex> Samples, Span<Complex> Destination)
+    {
+        if (Destination.Length < Samples.Length)
+            throw new ArgumentException("Размер буфера назначения должен быть не меньше размера входного блока", nameof(Destination));
+
+        for (var i = 0; i < Samples.Length; i++)
+            Destination[i] = Process(Samples[i]);
+    }
+
+    /// <summary>Сбросить состояние фильтра</summary>
+    public void Reset()
+    {
+        Clear(_StateI, 0, _StateI.Length);
+        Clear(_StateQ, 0, _StateQ.Length);
+    }
+
+    /// <summary>Получить комплексный коэффициент передачи фильтра</summary>
+    /// <param name="f">Нормированная частота</param>
+    /// <returns>Значение коэффициента передачи</returns>
+    public Complex FrequencyResponse(double f) => DoubleArrayDSPExtensions.FrequencyResponse(_A, _B, f);
+}