DSP系统工具箱

DSP系统工具箱

设计和模拟流信号处理系统

开始:

Simulink的信号处理和线性代数块

动态仿真模块, DSP System Toolbox™提供了一个信号处理算法块库,用于滤波器,转换和线性代数。这些模块将流输入信号作为单独的样本或称为帧的样本集合处理。纸浆包处理启用需要标量处理的低延迟进程和应用程序。框架处理以延迟换取更高的吞吐量。系统工具箱支持基于样本和基于框架的处理模式。

使用系统对象的MATLAB程序可以通过MATLAB函数块或MATLAB系统块合并到Simulink模型中。大部分的系统对象有相应的仿真软件模块拥有同样的能力。

嵌入式系统中基于框架的处理。

基于帧的操作,它在每个中断服务例程(ISR)之间获得一个包含16个样本的帧,这表明基于帧的吞吐量率比基于样本的替代方案高许多倍。

用于DSP系统设计、实现和验证的信号处理模块

用于信号处理的Simulink块支持双精度和单精度浮点数据类型和整数数据类型。当与定点设计器一起使用时,它们还支持定点数据类型。

DSP系统工具箱中的信号处理模块包括:

  • 信号转换,如快速傅里叶变换(FFT),离散余弦变换(DCT)短时傅里叶变换(STFT),离散小波变换(DWT)
  • 滤波器的设计和实现FIR, IIR,和模拟滤波器
  • 多速率和多级滤波器的采样速率转换,如中投公司,半波段,多相,法罗
  • 统计和自适应信号处理光谱估计、均衡和噪声抑制技术
  • 信号操作与测量比如卷积、加窗、填充、延迟、寻峰和过零
  • 流信号可视化和测量与时间范围,频谱分析仪等
  • 信号管理方法,如缓冲、索引、交换、堆叠和排队
  • 接收器和源,如啁啾和彩色噪声发生器,NCO, UDP接收器和发射器,以及更多
  • 数值线性代数例程,包括线性系统求解,矩阵分解和矩阵逆
Simulink的信号处理块库。

DSP System Toolbox块库用于Simulink中的信号处理(上),以及线性系统求解器(左下)和变换(右下)的扩展视图。

多重速率的系统建模

在MATLAB中,DSP系统工具箱支持多速率处理采样率转换以及需要将不同的采样率或时钟率连接在一起的系统的建模。多重速率的功能包括多级和多速率过滤器如FIR和IIR半波段,多相滤波器,中投公司的过滤器,法罗过滤器.它还包括插值、抽取和任意采样率转换等信号操作。

用于sigma-delta ADC的多级榨取器。

sigma-delta模数转换器多级抽取滤波器的Simulink模型。

MATLAB中的流信号处理

DSP系统工具箱提供了一个处理流信号的框架MATLAB.该系统工具箱包括一个优化的信号处理算法库,用于处理流信号,如单速率和多速率滤波器,自适应滤波和fft。该系统工具箱是设计、模拟和部署信号处理解决方案的理想选择,应用领域包括音频、生物医学、通信、控制、地震、传感器和语音。

流信号处理技术支持处理连续流动的数据流,这通常可以通过将输入数据划分为帧并在获取帧时处理每一帧来加速模拟。例如,MATLAB中的流信号处理可以实时处理多声道音频。

流信号处理是通过一个DSP算法组件库实现的系统对象™表示数据驱动的算法、源和汇。系统对象使您能够通过自动化数据索引、缓冲和算法状态管理等任务来创建流应用程序。您可以将MATLAB系统对象与标准的MATLAB函数和运算符混合使用。

您可以使用时间范围而且频谱分析仪可视化和测量流信号。

可以使用针对流信号和数据优化的算法对流数据应用单速率、多速率和自适应滤波器。

MATLAB中的流信号处理。

实现基本流循环的MATLAB代码(左)。时间范围(右上)和频谱分析仪(右下)可视化和测量实时信号,因为它们是产生和处理的。

DSP系统设计、实现和测试算法库

DSP系统工具箱提供超过350个算法优化的设计,实现和验证流系统-无论是实现为MATLAB函数或MATLAB系统对象。该算法支持双精度和单精度浮点数据类型。大多数算法还支持整数数据类型,以及需要的定点数据类型定点设计师™

在MATLAB中,系统工具箱的算法类别包括:

MATLAB中的流信号处理库。

MATLAB中可用的信号处理算法的部分列表,通过命令行帮助显示或通过选项卡补全发现。

多频系统

在MATLAB中,DSP系统工具箱支持多速率处理采样率转换以及需要将不同的采样率或时钟率连接在一起的系统的建模。多重速率的功能包括多级和多速率过滤器如FIR和IIR半波段,多相滤波器,中投公司的过滤器,法罗过滤器.它还包括插值、抽取和任意采样率转换等信号操作。

三级DDC设计分析。

多级数字下变频各级的频率响应。

单速率和多速率FIR和IIR滤波器的设计和自适应滤波器

DSP系统工具箱提供广泛滤波器的设计与实现FIR, IIR,多级,多速率和自适应滤波器的算法。你可以设计低通滤波器、高通、带通、带阻和其他响应类型。你可以使用滤波器结构来实现它们,例如直接形式FIR,重叠添加FIR, IIR二阶段(Biquad)、级联全通和晶格结构。

方法可以设计过滤器Filterbuilder应用、MATLAB代码或Simulink块。此外,您还可以分析FIR和IIR滤波器的定点量化效果,并确定滤波器系数的最佳字长。

你也可以设计可调滤波器在这里,您可以在运行时调优关键过滤器参数,例如带宽和增益。

用MATLAB中的DSP系统工具箱设计的数字滤波器也可以用在Simulink中的系统级模型中。在系统工具箱中有一个现成的过滤块库,用于设计、模拟和实现低通滤波器高通滤波,以及其他直接在Simulink中的过滤器。

除了传统的FIR和IIR滤波器设计算法,DSP系统工具箱支持专门的滤波器和设计方法,如:

自适应滤波器

DSP系统工具箱提供了几种技术自适应滤波在MATLAB和Simulink中。这些技术被广泛应用于系统识别、谱估计、均衡和噪声抑制等领域。这种自适应滤波器包括LMS-basedRLS-based仿射投影快速横向频域lattice-based,卡尔曼.系统工具箱包括用于分析这些自适应滤波器的算法,包括系数跟踪、学习曲线和收敛性。

在模拟声学噪声消除系统模型的同时,可视化了归一化LMS自适应滤波器的动态响应。

多速率和多级滤波器及其分析

DSP系统工具箱提供了多速率滤波器的设计和实现,包括多相插插器,抽取器,采样速率转换器,冷杉halfband而且IIR halfband、法罗滤波器、CIC滤波器和补偿器,以及对多级设计方法的支持。系统工具箱还提供了专门的分析功能,以估计多速率和多级滤波器的计算复杂度。

单级和多级过滤器设计。

使用fvtool的等纹波设计和相应的多速率多级设计的响应(左)和多速率多级设计输入和各种输出功率谱密度图的性能(右)。

信号范围,分析仪和测量

DSP系统工具箱提供范围和数据日志记录用于时域或频域的可视化,测量,并在MATLAB和Simulink中分析流信号。的作用域具有行业标准示波器和频谱分析仪用户熟悉的测量和统计。

系统工具箱还提供逻辑分析仪用于显示时域信号中的转换,这有助于调试面向HDL实现的模型。

您还可以创建一个任意的图来可视化数据向量,比如滤波器系数随时间的变化。

时间范围显示时域信号,支持多种信号——连续、离散、固定大小、可变大小、浮点数据、定点数据和n维信号,用于多通道I/O系统。Time Scope允许在同一轴上显示多个信号(每个输入信号具有不同的维度、采样率和数据类型),或者在作用域窗口中不同显示器上的多个数据通道上显示多个信号。Time Scope执行分析、测量和统计,包括均方根(RMS)、峰与峰、平均值和中值。

用于时间范围内波形测量的数据游标

在时间范围中使用数据游标测量波形两点之间的时间和振幅差异。

频谱分析仪计算各种输入信号的频谱,并以线性刻度或对数刻度显示其频谱。频谱分析仪进行测量和分析,如谐波失真测量(THD, SNR, SINAD, SFDR),三阶互调失真测量(TOI),相邻信道功率比测量(ACPR),互补累积分布函数(CCDF)和峰值平均功率比(PAPR)。频谱分析仪的谱图模式视图展示了如何查看时变光谱,并允许自动检测峰值。

DSP System Toolbox提供了一个额外的可视化工具家族,您可以用来显示和测量各种信号或数据,包括实值或复值数据、向量、数组和任何数据类型的帧,包括定点、双精度或用户定义的数据输入序列。一些可视化工具可以显示流数据或信号的3D显示,以便您可以随着时间的推移分析数据,直到模拟停止。

频谱分析仪测量显示在彩色显示器上。

用非线性放大器模型测量啁啾信号产生的谱峰的频率和功率。

定点建模与仿真

您可以使用带有定点设计器的DSP系统工具箱来建模定点信号处理算法,以及分析量化对系统行为和性能的影响。您还可以从您的MATLAB代码或Simulink模型生成定点C代码。

你可以配置MATLAB系统对象而且仿真软件模块的系统工具箱中定点操作模式,使您能够在提交硬件之前,通过使用不同的字长、缩放、溢出处理和舍入方法选择运行模拟来执行设计权衡分析和优化。

定点模式支持许多DSP算法,包括FFT,滤波器,统计和线性代数。DSP系统工具箱自动化配置系统对象和块定点操作。

定点数据类型的FFT属性。

FFT MATLAB系统对象,它提供属性来配置累加器、乘积和输出数据的定点数据类型规范(左)。FFT Simulink块对话框提供了累加器、乘积和输出信号的定点数据类型规范选项,这需要定点设计器(右)。

定点滤波器设计

在DSP系统工具箱中,给出了滤波器的设计功能Filterbuilderapp允许你设计浮点过滤器,可以用定点设计器转换为定点数据类型。此设计流程简化了定点滤波器的设计与优化让你分析量化效应。

定点滤波器的设计与分析。

不满足滤波器设计约束,且因8位字长(左)而导致停止带衰减不足的量化噪声定点滤波器设计分析。使用不同系数的字长和使用12位字长进行实验就足够了,并且满足了滤波器的设计约束(右)。

用于桌面和嵌入式工作流的C和c++代码生成

使用DSP系统工具箱MATLAB编码器™和仿真软件编码器™,您可以生成C和c++源代码或MEX函数,分别从您的信号处理算法和MATLAB和Simulink中的系统模型调优性能。

生成的代码可以用于加速、快速原型、实现和部署,或者用于产品开发过程中的系统集成。

桌面加速度

您可以生成高效而紧凑的可执行代码(一个MEX函数),它根据性能进行调优,以加快模拟中计算密集型算法的速度。你可以加速你的浮点和定点算法,包括滤波器,fft,统计数据,线性代数在MATLAB和Simulink中。

为了加速基于帧的流模拟,dspunfold利用DSP展开,将生成的MEX函数中的计算负载跨多线程分配。

独立执行和与其他环境的集成

有了DSP System Toolbox,您还可以使用从MATLAB代码或Simulink模型生成的C代码,通过生成算法的独立可执行文件在桌面上进行部署和原型设计。通过使用UDP组件,这个独立的可执行文件仍然可以直接从MATLAB或Simulink中实时调优。因为这个独立的可执行文件运行在与MATLAB代码或Simulink模型不同的线程上,所以它提高了算法的实时性能。

信号处理算法生成的C代码可以作为编译库组件集成到其他软件中,例如自定义模拟器或标准建模软件(如SystemC)。

优化了ARM cortex处理器的C代码生成

使用DSP系统工具箱配合硬件支持插件进行手臂Cortex-A手臂Cortex-M而且嵌入式编码器®您可以从MATLAB系统对象或Simulink块为关键的DSP算法生成优化的C代码,如FFT, FIR和Biquad滤波器。生成的代码提供了对ARM Cortex-A Ne10库或ARM Cortex-M CMSIS库优化例程的调用。与标准C代码相比,一个关键的好处是性能立即提高。您还可以使用循环中处理器(PIL)测试执行代码验证和分析。

用于FPGA和ASIC开发的HDL代码生成

使用DSP系统工具箱过滤器设计HDL Coder™在MATLAB中,您可以设计数字滤波器和生成高效的,可合成的,可移植的VHDL®和Verilog®在fpga或asic中实现的代码。您还可以自动创建VHDL和Verilog测试台,用于模拟、测试和验证生成的代码。

使用DSP系统工具箱高密度脂蛋白编码器™提供可合成和可读的VHDL和Verilog代码生成用于系统设计。为了优化FPGA/ASIC资源的使用和性能,可以考虑使用来自的块DSP HDL工具箱

使用Logic Analyzer上的Waves选项卡验证硬件模型。

逻辑分析仪用于硬件模型的可编程FIR滤波器的验证

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