主要内容

基于样本和框架的概念

本主题首先定义基本概念,如样本和帧、样本时间(也称为样本周期)、样本速率、帧周期和帧速率,所有这些都是在Simulink上下文中进行的®模型。然后讨论了基于样本和基于帧模式下的信号生成、信号处理,并简要讨论了基于帧处理的优点。

样本速率和帧速率

样本和框架

样本是一个信号在给定时刻的一个值或一组值(多通道信号)。帧是由连续叠加的缓冲样本组成的向量或矩阵(多通道信号)。帧和样本都可以是矩阵,但是在帧中,第一个维度被解析为时域,第二个维度被解析为通道。

采样时间(或采样周期)

样品时间T年代的是指示块在模拟过程中何时产生输出的参数,如果合适,则更新其内部状态。采样时间是一帧中各个样本之间的时间间隔。

采样率

信号的采样率是采样时间(或采样周期)的倒数。T年代,即, 1 / T 年代

在大多数情况下,当您构建一个Simulink模型时,您只需要为源块设置采样率。Simulink为连接到源块的块自动计算适当的采样率。

帧周期及其与采样周期的关系

帧周期Tf是由样本时间的乘积给出的吗T年代还有帧的大小,用以下公式表示:

T 年代 T f /

帧率

信号的帧速率是帧周期的倒数Tf可以用 1 / T f

这张图显示了具有帧大小的单通道信号4和一个帧周期Tf1秒。样本周期T年代因此是1/4或0.25秒。

t = 0 t = 1 t = 2 t = 3处的帧序列。

在大多数情况下,序列采样时间T年代是更重要的,而帧速率只是你为信号选择的帧大小的结果。对于具有给定采样时间的序列,较大的帧大小对应较慢的帧速率,反之亦然。

输入输出样本和帧周期

在Simulink中,块的输入和输出可以有不同的速率(速率转换块)。根据采样时间和信号帧大小计算块输入输出处的帧周期和帧速率。在大多数情况下,当您构建一个Simulink模型时,您只需要为源块设置采样率。Simulink为连接到源块的块自动计算适当的采样率。

输入帧周期Tfi)是连续帧输入到块之间的时间间隔。类似地,输出帧周期T)是块在输出端口更新帧向量或矩阵值的时间。

更具体地说,输入的采样时间(T如果)和输出(T所以)与它们各自的帧周期通过以下方程式联系起来:

T 年代 T f /

T 年代 o T f o / o

在哪里而且o分别是输入和输出帧的大小。

数学上,输入帧速率由 1 / T f 输出帧速率由 1 / T f o

生成的信号

的一些源块来自多媒体文件Block和来自工作区的信号块可以从指定路径的文件或MATLAB中导入信号®工作区。几个街区如有色噪声Block和正弦波块生成信号使用预定义的算法。有关在DSP System Toolbox™中生成信号的块的完整列表,请参阅信号的一代类别。方法生成的每个帧(列)中,大多数这些块都可以控制样本的数量每帧样本参数。如果将该参数设置为大于1的值,则块生成的信号在每帧(列)中有超过1个样本。有关如何使用这些块生成信号的示例,请参见为基于样本的处理创建信号而且为基于帧的处理创建信号

您可以使用DSP系统工具箱中的几个信号处理算法模块进一步处理模块产生的信号。处理块每次处理一个样本(基于样本的处理)或每次处理一帧(基于帧的处理),具体取决于输入处理参数。

基于样本的处理和基于框架的处理

在Simulink环境中,可以选择以基于样本的模式或基于帧的模式处理信号。然而,在MATLAB环境中,系统对象总是处理框架。MATLAB不执行基于样本的处理。

接下来的两个部分将详细介绍基于采样的处理和基于框架的处理。

什么是基于样本的处理?

在基于样本的处理中,一次阻断一个样本的处理信号。输入信号的每个元素代表一个不同通道中的一个样本。如果输入信号是一个矩阵,每个元素对应相同的时间。例如,从基于样本的处理角度来看,这个3 × 2矩阵包含六个独立通道中的第一个样本。

3 × 2矩阵,每个指标都是1。每个元素表示一个通道。总的来说,矩阵在t = 0时显示了6个通道。

当您将一个块配置为执行基于样本的处理时,该块将标量输入解释为单通道信号。类似地,块解释一个——- - - - - -N矩阵作为多通道信号用N独立的通道。例如,在基于样本的处理中,块将这个3 × 2矩阵序列解释为6通道信号。

三个3 × 2矩阵分别在t= 0 t= 1 t= 2处。当t = 0时,所有元素都等于1。在t = 1时,所有元素都等于2。在t = 2时,所有元素都等于3。

什么是基于帧的处理?

在基于帧的处理中,块和系统对象在帧中处理数据。每一帧数据都包含叠加在一起的连续时间样本。每个通道由输入信号的一列表示。例如,从基于框架的处理角度来看,这个3 × 2矩阵有两个通道,每个通道包含三个样本。

当你配置一个块来执行基于帧的处理时,这个块解释一个的单通道信号,包含每帧样本。类似地,块解释一个——- - - - - -N矩阵作为多通道信号用N独立渠道及每个通道的样本。例如,在基于帧的处理中,块将这个3 × 2矩阵序列解释为帧大小为3的双通道信号。

基于框架的处理的好处

基于帧的处理提高了仿真性能,因为算法一次处理多个样本,减少了开销。它还可以更精确地模拟实时数字信号处理系统处理信号数据流的方式,从而更精确地模拟硬件中真实世界的行为。有关比较和显示在Simulink环境中基于框架的处理的好处的示例,请参见使用Simulink Profiler比较基于帧的处理模式下的速度性能.要执行基于框架的处理,必须拥有DSP System Toolbox许可证。

注意,由于缓冲初始帧的固有延迟,基于帧的处理会给进程带来一定的延迟。然而,在许多情况下,您可以选择提高吞吐量而不产生不可接受的延迟的帧大小。有关更多信息,请参见延迟和延迟

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