WWW.DOC.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные документы
 

«DSP System Toolbox Проектирование систем обработки сигналов DSP System Toolbox (набор инструментов для проектирования систем ...»

DSP System Toolbox

Проектирование систем обработки сигналов

DSP System Toolbox (набор инструментов для проектирования систем обработки сигналов)

содержит алгоритмы и средства для разработки и моделирования систем обработки сигналов.

Эти возможности реализованы в виде системных объектов и функций MATLAB и блоков

Simulink.

Набор инструментов включает средства для разработки специализированных фильтров как

с конечной (КИХ), так и бесконечной (БИХ) импульсной характеристикой, а также быстрых преобразований Фурье (FFTs), многоскоростной обработки и техник цифровой обработки сигналов (ЦОС) для потоковой обработки данных и создания прототипов, работающих в реальном времени. С помощью DSP System Toolbox можно разработать адаптивные и многоскоростные фильтры, промоделировать работу фильтров в арифметике с плавающей точкой, а также реализовать их, подобрав наиболее вычислительно эффективную архитектуру. Для анализа поведения и производительности системы предусмотрены средства для генерации сигналов, спектрального анализа, ввода/вывода данных из файлов и устройств и интерактивной визуализации. Для быстрого прототипирования и разработки встраиваемых систем поддерживается работа с арифметикой с фиксированной точкой и генерация C- и HDL-кода.

Ключевые особенности:

• алгоритмы доступны как системные объекты MATLAB и блоки Simulink;

• моделирование потоковых, кадровых и многоскоростных систем;



• содержит генераторы сигналов и поддерживает ввод/вывод данных из мультимедийных файлов и устройств, включая драйверы ASIO и многоканального аудио;

• включены средства для разработки специализированных фильтров, включая параметризируемые эквалайзеры и адаптивные, многоскоростные, октавные и акустические взвешивающие фильтры;

• имеются различные архитектуры реализаций фильтров, в том числе каскадная архитектура с блоками второго порядка и решетчатые фильтры;

• содержит алгоритмы БПФ, линейной алгебры, расчета статистики сигналов, спектрального анализа и оконных функций;

• алгоритмы могут работать с целочисленной арифметикой, а также с типами данных с фиксированной и с плавающей точкой;

• поддерживается моделирование типов данных с фиксированной точкой и генерация C- и HDL-кода.

Алгоритм подавления акустического шума, реализованный с использованием системных объектов в MATLAB (слева). Коэффициенты фильтра до адаптации (справа сверху) и после нее (справа снизу) могут быть выведены на экран.

Алгоритмы ЦОС для системного проектирования и прототипирования DSP System Toolbox позволяет математически прогнозировать поведение системы и затем смоделировать ее работу для более точного предсказания и улучшения характеристик системы.

Используя этот toolbox, можно моделировать работу цифровых систем в MATLAB и Simulink.

При работе в Simulink также появляется возможность моделирования более сложных систем, таких как системы со смешанными сигналами и многоскоростные системы.

Алгоритмы в DSP System Toolbox являются строительными блоками для систем обработки сигналов в системах управления, связи, радиолокации, а также обработки изображений, видео, речи и звука в медицинских и индустриальных приложениях.

Библиотеки алгоритмов для ЦОС Все алгоритмы в DSP System Toolbox, которые реализованы в виде системных объектов и функций MATLAB или блоков Simulink, поддерживают работу с типами данных с плавающей точкой (float-point) с единичной (single) и двойной (double) точностью. Большинство из них также поддерживает целочисленный (integer) тип данных и арифметику с фиксированной точкой (fixed-point) (необходима лицензия на Fixed-Point Toolbox и/или Simulink Fixed Point).





В toolbox входят следующие категории алгоритмов:

• операции с сигналами, такие как перемежение, обработка оконной функцией, заполнение пропущенных значений, моделирование задержек, обнаружение пиков и переходов через нуль;

• трансформация сигналов: БПФ, дискретное косинусное преобразование (DCT), оконное преобразование Фурье (STFT) и дискретное вейвлет-преобразование (DWT);

• средства разработки и реализации цифровых БИХ- и КИХ-фильтров;

• инструменты статистической обработки для анализа и спектральной оценки сигналов;

• методы управления сигналами, такие как буферизация, индексирование, коммутация, создание стеков и очередей;

• операции линейной алгебры, включая решатели линейных систем, разложение и нахождение обратных матриц;

• кодирующие и декодирующие квантующие устройства, поддерживающие работу со скалярными и векторными данными.

Частичный список системных объектов, доступных с MATLAB (сверху), и список категорий блоков для Simulink (посередине) с развернутым видом для категорий (снизу) источников сигналов (слева) и блоков преобразований (справа).

Разработка многоскоростных систем DSP System Toolbox поддерживает многоскоростную обработку для преобразования частоты дискретизации и моделирования систем, требующих работы в различных доменах тактовой частоты. Функционал библиотеки включает работу с многоскоростными фильтрами и операции с сигналами, такие как повышение/понижение частоты дискретизации, интерполяция, децимация и передискретизация.

Модель сигма-дельта АЦП в Simulink, демонстрирующая обработку сигналов на различных частотах дискретизации.

Сигналы переменной длины Кроме того, поддерживается работа с входными сигналами, которые могут изменять размер и значение во время работы системы. Часть системных объектов и блоков Simulink обеспечивает поддержку сигналов переменной длины, которые изменяют размер во время моделирования или в момент специальных событий переключения режима, происходящих при инициализации подсистем, выполняемых по условию. Поддержка сигналов переменной длины позволяет моделировать системы с различными возможностями, ограничениями и условиями.

Методы разработки адаптивных, многоскоростных и специализированных фильтров DSP System Toolbox предлагает много методов для разработки и реализации цифровых фильтров.

Имеются средства для проектирования фильтров низких (ФНЧ) и высоких частот (ФВЧ), полосовых, режекторных и фильтров с другими типами отклика, а также такие структуры их реализации, как прямая форма и метод перекрытия с суммированием (overlap-add) для КИХфильтров, прямая форма БИХ с обратной связью второго порядка, всепропускающие каскады (cascade allpass) и решетчатые структуры (lattice structures).

Разработать фильтр можно несколькими путями: из командной строки MATLAB, с помощью интерактивных инструментов FDA Tool или Filterbuilder или же в Simulink, используя библиотеку для создания фильтров.

Системный набор инструментов позволяет разрабатывать:

• расширенные фильтры Чебышева минимального порядка, ограниченной пульсации и с минимально-фазовой структурой;

• фильтры Найквиста и полуполосные КИХ- и БИХ-фильтры, обеспечивая линейнофазовую, минимально-фазовую и квазилинейно-фазовую (БИХ) конструкцию, а также методы Чебышева, наклонной полосы задержки и оконной функции;

• оптимизированное многоэтапное проектирование позволяет оптимизировать число каскадов для достижения наименьшей вычислительной сложности;

• фильтры с дробной задержкой, включая реализацию структуры фильтра Фарроу, хорошо подходящую для приложений с настраиваемыми параметрами фильтрации;

• всепропускающие БИХ-фильтры с произвольной групповой задержкой, позволяющей скомпенсировать групповую задержку других БИХ-фильтров и получить аппроксимированный отклик полосы пропускания, линейный по фазе;

• решетчатые волновые цифровые БИХ-фильтры для трудных решений с фиксированной точкой;

• КИХ- и БИХ-фильтры с произвольной фазой и амплитудой, позволяющие решать любые задачи фильтрования.

Показана разработка специализированных фильтров в MATLAB на примерах адаптивного LMS-фильтра, примененного к зашумленному звуковому сигналу (сверху слева), проектирования фильтра с произвольной амплитудой (сверху справа), отклика КИХ-фильтра с прямой структурой для различных типов данных с фиксированной точкой (внизу слева) и проектирования октавного фильтра (внизу справа).

Адаптивные фильтры DSP System Toolbox обеспечивает несколько техник для разработки адаптивных фильтров, такие как LMS, RMS, афинные преобразования (affine projection), быстрая трансверсальная, частотная и решетчатая методики. Системный набор инструментов также включает алгоритмы для анализа этих фильтров, включая отслеживание коэффициентов, изучение кривых и сходимости.

Многоскоростные фильтры Кроме того имеются функции для проектирования и реализации многоскоростных фильтров, включая многофазовые интерполяторы, дециматоры, преобразователи частоты дискретизации, компенсаторы и каскады гребенчатых фильтров и интеграторов (CIC filters), а также техники, поддерживающие поэтапное проектирование. Еще системный набор инструментов предоставляет специализированные функции для оценки вычислительной сложности многоскоростных фильтров.

Интерактивная разработка ФНЧ с помощью инструмента Filterbuilder (слева) и визуализации амплитудного отклика (справа).

Специализированные фильтры для приложений, требующих ЦОС DSP System Toolbox позволяет разрабатывать и реализовывать специализированные цифровые фильтры, такие как:

• звуковые взвешивающие фильтры, октавные фильтры и фильтры для параметрических эквалайзеров для приложений, работающих со звуком и речью;

• формирование импульсов, пиков или впадин и многоскоростные фильтры для систем связи;

• фильтры Калмана для аэрокосмических и навигационных систем.

Использование фильтров в системных моделях Simulink Цифровые фильтры, разработанные в DSP System Toolbox, могут быть использованы в моделях Simulink системного уровня. Функции и системные объекты MATLAB позволяют с точностью до бита сгенерировать модели Simulink из разработок фильтров в MATLAB. Можно также использовать библиотеки блоков с фильтрами в DSP System Toolbox для разработки, моделирования и реализации фильтров непосредственно в Simulink.

Потоковая и кадровая обработка в MATLAB DSP System Toolbox позволяет эффективно моделировать системы обработки сигналов реального времени благодаря поддержке потоковой и фреймовой обработки в MATLAB и Simulink.

Техники потоковой и покадровой обработки ускоряют моделирование благодаря буферизации входных данных во фреймы и одновременной обработке множества семплов данных.

Ускорение достигается за счет сосредоточения фиксированного процесса над обработкой сразу многих данных. Несмотря на некоторую задержку в системе, вносимую этой техникой, в большинстве случаев имеется возможность настроить размер кадров и получить систему с улучшенными пропускными способностями без неприемлемых задержек.

В MATLAB потоковая обработка сигналов достигается с использованием System objects для представления управляемых данными алгоритмов, инструментов ввода и вывода данных из моделей. Системные объекты косвенным образом управляют многими параметрами работы системы, такими как индексирование данных, буферизация и регулирование состояния алгоритмов. В одной программе можно объединять системные объекты со стандартными функциями и операторами MATLAB. Программы MATLAB, использующие системные объекты, могут быть подключены в модели Simulink с помощью блока MATLAB Function. Для большинства системных объектов имеется аналог в виде блоков Simulink с соответствующими возможностями.

В Simulink блоки из DSP System Toolbox обрабатывают входящие данные как фреймы, когда стоит соответствующая настройка. Поддерживается и обычная посемпловая обработка для процессов с маленькой задержкой и для приложений, требующих скалярной обработки.

Многие блоки поддерживают оба режима обработки.

Алгоритм определения огибающей, иллюстрирующий потоковую обработку в MATLAB с помощью системных объектов.

Результаты моделирования показаны для двух методов выявления огибающей:

преобразование Гилберта и амплитудная модуляция.

Генерация сигналов, организация обмена и средства визуализации Генерация и импорт сигналов

Сигналы, с которыми работает модель, могут быть получены из множества источников:

• импорт аудио из файлов мультимедиа;

• запись аудиоданных со звуковой карты;

• запись многоканальных аудиоданных в реальном времени;

• получение UDP-пакетов из порта IP-сети.

Результаты моделирования могут быть экспортированы в аудиофайлы, аудиоустройства или переданы в виде UDP-пакетов через IP-сеть.

Также можно сгенерировать двоичные сигналы, случайные данные или с помощью функций в DSP System Toolbox задать одну из распространенных форм сигнала, такую как синусоида или сигнал щебетания (chirp signal).

Визуализация сигналов во временном и частотном доменах DSP System Toolbox обеспечивает несколько инструментов для вывода сигналов на экран во временном и частотном доменах: Time Scope, Spectrum Scope, Vector Scope и Waterfall Scope.

Визуализация сигналов, заданных во временной области, инструментом Time Scope. Контроль процесса моделирования (старт, пауза и остановка) можно осуществлять прямо из диалогового окна инструмента.

Time Scope показывает сигналы во временном домене и может работать с различными сигналами: непрерывными и дискретными, фиксированного и переменного размера, типами данных с фиксированной и плавающей точкой и N-мерными сигналами. На одной координатной оси можно выводить одновременно несколько сигналов, причем сигналы могут различаться метрикой, частотой дискретизации и типами данных. Кнопки управления в диалоговом окне Time Scope позволяют запустить, поставить на паузу, снять скриншот, продолжить или остановить моделирование, не переключаясь между окнами.

Spectrum Scope оценивает спектр временного сигнала и показывает его частотный спектр на линейной или логарифмической шкале. Параметрами можно задать длину БПФ, размер и перекрытие буфера и единицы измерения спектра.

Vector Scope — сложный инструмент визуализации, схожий с цифровым осциллографом. Он позволяет построить график последовательных временных выборок из векторных данных или изобразить векторы, содержащие такие данные, как коэффициенты фильтра или спектральные величины.

Waterfall Scope выводит на экран несколько векторов данных одновременно, где каждый вектор представляет непрерывную последовательность временных выборок из входных данных.

Реализация в арифметике с фиксированной точкой и генерация кода для моделей систем ЦОС Для моделирования алгоритмов обработки сигналов с данными, заданными в арифметике с фиксированной точкой, и наблюдения эффектов квантования по изменению поведения и производительности системы можно использовать DSP System Toolbox в связке с Fixed-Point Toolbox или Simulink Fixed Point.

Поддержка типов данных с фиксированной точкой:

• размер слова от 1 до 128 бит;

• обработка переполнений и различные методы округления;

• запись переполнений, максимумов и минимумов внутренних переменных;

• настраиваемое и автоматическое масштабирование;

• опции перезаписи типов данных для контроля настроек типов данных системного уровня.

Моделирование арифметики с фиксированной точкой Имеется возможность настроить системные объекты и блоки в toolbox для работы с арифметикой с фиксированной точкой, что позволит запустить моделирование с различными настройками длины слова, масштабирования, округления и обработки переполнений и определить оптимальную конфигурацию системы до перехода на реальное оборудование.

Работа в арифметике с фиксированной точкой поддерживается для следующих алгоритмов ЦОС:

• БПФ, ОБПФ, DCT, IDCT и другие методы преобразования сигналов;

• цифровой, фильтр, LMS-фильтры и другие;

• среднее, дисперсия, автокорреляция, гистограмма и другие статистические операции;

• решатели линейных систем Левинсона-Дарбина, прямой и обратной подстановки (Forward and Backward Substitution) и другие;

• операции с матрицами: умножение, сложение, деление, нахождение нормы и другие;

• математические операции: умножение с накоплением, накопленная сумма (Cumulative Sum), разность, нормализация и другие.

DSP System Toolbox автоматизирует конфигурацию блоков для операций с арифметикой с фиксированной точкой в Simulink.

Например:

• размеры сумматоров и умножителей подбираются в соответствии с требованиями к определенному оборудованию;

• автоматически определяется положение точки в коэффициентах фильтра, основываясь на заданных пользователем длине слова, точности и актуальных значениях;

• результат произведения сохраняет все биты в произведениях между коэффициентами фильтра и входными значениями;

• сумматор настраивается так, чтобы избежать переполнений.

Диалоговое окно блока БПФ в DSP System Toolbox, в котором можно настроить типы данных с фиксированной точкой для сумматора, умножителя и выходных сигналов (требуется Simulink Fixed-Point).

Арифметика с фиксированной точкой при разработке фильтров Функции проектирования фильтров в DSP System Toolbox позволяют разработать фильтры, работающие с арифметикой с плавающей точкой, которые могут быть легко переведены в арифметику с фиксированной точкой с помощью Fixed-Point Toolbox. Это упрощает разработку фильтров с фиксированной точкой и дает возможность легко проанализировать эффекты квантования.

Похожие работы:

«Глава 6. Контроль реализации управленческих решений Контроль – это одна из основных функций управления, представляющая собой процесс обеспечения достижения целей, поставленных организацией, обеспечения реализации принятых управленческих решений. При помощи контроля руководство организации о...»

«П У С Т О Т А. Л Е К Ц И Я 10. Я очень рад, что сегодня мы с вами встретились снова. Сначала я хочу поблагодарить вас за поздравления с днем рождения, за подарок. Я сам никогда не отмечал свой день рождения. Так что сегодня мы отметим мой день рождения на вечеринке моего учения нектаром учения о пустоте. Я думаю, ч...»

«Кейс сети ресторанов Pizza Hut: как построить персональное взаимодействие с каждым гостем Марина Мирохина, специалист по маркетингу бренда Pizza Hut О сети ресторанов Pizza Hut AmRest Casual Dining Формат: Reinvented Italian meals Кухня: Pizza & much more...»

«"Для успеха не надо быть умнее других, надо просто быть на день быстрее большинства" ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "СтавТМ-групп" ОГРН: 1122651030226 ИНН: 2634807278 Stavropol 355003, Ставропольский край, г. Ставрополь, Тeа...»

«Виталий Королев Принцесса Марса Пьеса Минск, 2015 ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЛИЦА: Маргарита. Мама Маргариты. Куратор. Алекс. Илларион. Вера. "THE SHORTEST STRAW" Картина 1 Маргарита, симпатичная девушка лет 25, одетая скромно, но со вкусом, присущим скорее женщинам за 30, сидит на ди...»

«  Всероссийская олимпиада школьников по литературе Школьный этап — 2013/14 уч. г. 11 класс 1. К 450-летию со дня рождения У. Шекспира. Прочитайте тексты и выполните задания. Гамлет осознаёт свою ответственность за всё, что происходит в мире. Идея мести п...»

«УДК 339.138 Л. Э. Старостова Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Россия, Екатеринбург Е. В. Лобанов, А. А. Каптур Туристическое агентство "Аурум" Россия, Берёзовский aurum_tur@mail.ru Событие как транслятор идентичности города: проект "ЗОЛОТ...»

«Первые шаги А.О. Кошкина ВНЕШНОСТЬ ЖЕНЩИНЫ КАК ФАКТОР СОЦИАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ КОШКИНА Анна Олеговна — студентка факультета социально-политических наук Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова. ). E-mail: avtoryandex.ru Статья А.О. Кошкиной завоевала одно из первых мест в ко...»








 
2017 www.doc.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные документы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.