DSP System Toolbox

• Потоковая обработка сигналов в MATLAB: обработка потоковых сигналов в MATLAB.
• Блоки обработки сигналов и линейной алгебры для Simulink: используйте библиотеку блоков алгоритмов обработки сигналов для фильтров, преобразований и линейной алгебры.
• Создание односкоростных и многоскоростных КИХ, БИХ и адаптивных фильтров: используйте обширные алгоритмы проектирования и реализации фильтров для КИХ, БИХ, многоступенчатых, многоскоростных и адаптивных фильтров.
• Дисплеи сигналов, анализаторы и измерения: выполняйте визуализацию во временной или частотной области, измерения и анализ потоковых сигналов в MATLAB и Simulink.
• Моделирование и симуляция с фиксированной точкой: создавайте цифровые фильтры и генерируйте эффективный, синтезируемый и портируемый Verilog и VHDL код для реализации в ПЛИС или ASIC.
• Генерация кода C и C++ для настольных компьютеров и встраиваемых процессоров: генерируйте исходный код C и C++ или MEX-функцию, настроенную на производительность из ваших алгоритмов обработки сигналов и системных моделей.
• Генерация HDL-кода для ПЛИС и ASIC: разрабатывайте цифровые фильтры и генерируйте эффективный, синтезируемый, и портируемый VHDL и Verilog код для реализации в FPGA или ASIC.

MATLAB

Simulink

• Потоковая обработка сигналов в MATLAB
• Блоки обработки сигналов и линейной алгебры для Simulink
• Односкоростные, многоскоростные, КИХ, БИХ и адаптивные фильтры
• Time Scope, Spectrum Analyzer и Logic Analyzer для визуализации и измерения потоковых сигналов
• Моделирование и симуляция алгоритмов обработки сигналов с фиксированной точкой
• Поддержка генерации кода C и С++
• Поддержка генерации HDL-кода

DSP System Toolbox предоставляет платформу для обработки потоковых сигналов в MATLAB. Продукт включает библиотеку алгоритмов обработки сигналов, оптимизированных для обработки потоковых сигналов, таких как односкоростные и многоскоростные фильтры, адаптивная фильтрация и БПФ. Продукт идеально подходит для проектирования, симуляции и развертывания решений обработки сигналов для таких сфер, как аудио, биомедицина, связь, управление, сейсмика, сенсоры и речь. 

Методы потоковой обработки сигналов позволяют обрабатывать непрерывно текущие потоки данных, что часто может ускорить моделирование путем разделения входных данных на кадры и обработки каждого кадра по мере его получения. Например, потоковая обработка сигналов в MATLAB позволяет обрабатывать многоканальное аудио в режиме реального времени. 

Потоковая обработка сигналов обеспечивается с помощью библиотеки компонентов алгоритмов ЦОС, называемых Системными объектами, для представления алгоритмов, управляемых данными, источников и приемников. Системные объекты позволяют создавать потоковые приложения путем автоматизации таких задач, как индексирование данных, буферизация и управление состоянием алгоритмов. Системные объекты MATLAB можно смешивать со стандартными функциями и операторами MATLAB. 

Вы можете использовать приложения Time Scope и Spectrum Analyzer для визуализации и измерения потоковых сигналов. 

Вы можете применять односкоростные, многоскоростные и адаптивные фильтры к потоковым данным, используя алгоритмы, оптимизированные для потоковых сигналов и данных. 

Потоковая обработка сигналов

Что такое системные объекты?

Time Scope

Spectrum Analyzer

DSP System Toolbox в MATLAB поддерживает многоскоростную обработку для преобразования частоты дискретизации и моделирования систем, в которых необходимо взаимодействовать с различными частотами дискретизации или тактовыми частотами. Многоскоростной функционал включает в себя многоступенчатые и многоскоростные фильтры, такие как halfband КИХ и БИХ фильтры, полифазные фильтры, CIC-фильтры и фильтры Фэрроу. Он также включает в себя операции с сигналами, такие как интерполяция, децимация и произвольное преобразование частоты дискретизации. 

Преобразование частоты дискретизации

многоступенчатые и многоскоростные фильтры

CIC-фильтры

фильтры Фэрроу

Блоки Simulink для обработки сигналов поддерживают типы данных двойной и одиночной точности с плавающей точкой и целочисленные типы данных. Они также поддерживают типы данных с фиксированной точкой при использовании Fixed-Point Designer. 

Блоки обработки сигналов в DSP System Toolbox включают:

• Преобразования сигналов, такие как быстрое преобразование Фурье (FFT), дискретное косинусное преобразование (DCT), кратковременное преобразование Фурье (STFT) и дискретное вейвлет-преобразование (DWT);
• Проектирование и реализация КИХ, БИХ и аналоговых фильтров;
• Многоскоростные и многоступенчатые фильтры для преобразования частоты дискретизации, такие как CIC, Halfband, Polyphase и Farrow;
• Статистические и адаптивные методы обработки сигналов для оценки спектра, эквализации и подавления помех;
• Сигнальные операции и измерения, такие как свертка, оконная функция, дополнение, моделирование задержек, поиск пиков и пересечение нуля;
• Визуализация и измерения потокового сигнала с помощью Time Scope, Spectrum Analyzer и Logic Analyzer;
• Методы управления сигналами, такие как буферизация, индексирование, коммутация, укладка и постановка в очередь;
• Приемники и источники, такие как ЛЧМ и генераторы цветного шума, NCO, UDP-приемник и передатчик и многое другое;
• Процедуры численной линейной алгебры, включая решатели линейных систем, матричные факторизации и матричные инверсии.

Быстрое преобразование Фурье (FFT)

Кратковременное преобразование Фурье (STFT)

Десятикратное уменьшение CIC

Статистические и адаптивные методы обработки сигналов

Сигнальные операции и измерения

Процедуры численной линейной алгебры

Матричные факторизации

Fixed-Point Designer

DSP System Toolbox предоставляет обширные алгоритмы проектирования и реализации фильтров для КИХ, БИХ, многоступенчатых, многоскоростных и адаптивных фильтров. Можно проектировать фильтры нижних частот, верхних частот, полосовые, режекторные и других типов. Вы можете реализовать их с помощью структур фильтров, таких как прямая форма КИХ, перекрытие-добавление КИХ, БИХ секции второго порядка (Biquad), каскадный allpass и решетчатые структуры. 

Вы можете создавать фильтры с помощью приложения Filterbuilder, кода MATLAB или блоков Simulink. Кроме того, можно проанализировать эффекты квантования с фиксированной точкой для КИХ и БИХ фильтров и определить оптимальную длину слова для коэффициентов фильтра. 

Можно также создать настраиваемые фильтры, в которых можно настраивать ключевые параметры фильтра, такие как пропускная способность и коэффициент усиления, во время выполнения.

Цифровые фильтры, которые вы разрабатываете с помощью DSP System Toolbox в MATLAB, также могут использоваться в моделях системного уровня в Simulink. В продукте имеется готовая к использованию библиотека блоков фильтров для проектирования, моделирования и реализации низкочастотных, высокочастотных и других фильтров непосредственно в Simulink. 

В дополнение к обычным алгоритмам проектирования КИХ и БИХ фильтров, DSP System Toolbox поддерживает специализированные фильтры и методы проектирования, такие как:

• Продвинутые equiripple КИХ фильтры, в том числе минимального порядка, с ограниченными пульсациями и минимальной фазой;
• Найквиста, halfband КИХ и полифазные БИХ фильтры, обеспечивающие реализации с линейной фазой, минимальной фазой и квазилинейной фазой, а также методы equiripple, с наклонной полосой заграждения и оконные методы;
• CIC-интерполяторы и дециматоры для реализации без умножителей в программно-определяемом радио, а также сигма-дельта преобразователи;
• Оптимизированный многоступенчатые конструкции, позволяющие оптимизировать количество каскадных ступеней для достижения наименьшей вычислительной сложности;
• Фильтры с дробной задержкой, включая реализацию с использованием структур фильтров Фэрроу, хорошо подходящих для настраиваемых приложений фильтрации;
• Фильтры БИХ Allpass с произвольной групповой задержкой, позволяющие компенсировать групповые задержки других фильтров БИХ для получения близкой к линейной фазовой характеристики в полосе пропускания;
• Решетчатые волновые цифровые БИХ-фильтры для надежной реализации;
• КИХ и БИХ фильтры с произвольной АЧХ и ФЧХ, позволяющие реализовать любую спецификацию.

Проектирование и реализации фильтров (англ.)

Проект фильтра Lowpass в MATLAB

Biquad

Filter Builder

Настраиваемые фильтры

Фильтр Lowpass

Фильтр Highpass

Продвинутые equiripple КИХ фильтры

КИХ Найквист (полоса L-th) Проект Фильтра

КИХ-проект полуленточного фильтра

Многоступенчатый БИХ-проект фильтра полуполосы

CIC-интерполяторы

Многоступенчатый Проект Decimators/Interpolators

Дробные фильтры задержки

Фильтры БИХ Allpass

Решетчатые волновые цифровые БИХ-фильтры

Проект фильтра фиксированной точки в MATLAB

Произвольный проект фильтра значения

DSP System Toolbox обеспечивает проектирование и реализацию многоскоростных фильтров, в том числе полифазных интерполяторов, дециматоров, преобразователей частоты дискретизации, halfband КИХ и halfband БИХ, фильтров Фарроу и CIC-фильтров и компенсаторов, а также поддержку многоступенчатых методов проектирования. Продукт также предоставляет специализированные функции анализа для оценки вычислительной сложности многоскоростных и многоступенчатых фильтров. 

halfband КИХ

halfband БИХ

С помощью DSP System Toolbox и Fixed-Point Designer можно моделировать алгоритмы обработки сигналов с фиксированной точкой, а также анализировать влияние квантования на поведение и производительность системы. Вы также можете генерировать С код с фиксированной точкой из кода MATLAB или модели Simulink. 

Вы можете настроить системные объекты MATLAB и блоки Simulink в продукте для режимов работы с фиксированной точкой, что позволяет выполнять анализ и оптимизацию компромисса проектирования, выполняя симуляцию с различными длинами слов, масштабированием, обработкой переполнения и выбором метода округления до того, как вы вложились в конкурентное оборудование. 

Режимы с фиксированной точкой поддерживаются для многих алгоритмов ЦОС, включая БПФ, фильтры, статистику и линейную алгебру. DSP System Toolbox автоматизирует настройку системных объектов и блоков для работы с фиксированной точкой. 

Настроить системные объекты MATLAB

Блоки Simulink

Режимы работы с фиксированной точкой

Используя DSP System Toolbox с MATLAB Coder и Simulink Coder, вы можете генерировать исходный код C и C++ или MEX-функцию, настроенную для производительности ваших алгоритмов обработки сигналов и системных моделей в MATLAB и Simulink соответственно. 
Сгенерированный код можно использовать для ускорения, быстрого прототипирования, внедрения и развертывания или для интеграции системы в процессе разработки продукта.

Ускорение для десктопных приложений

Вы можете создать эффективный и компактный исполняемый код, MEX-функцию, настроенную на производительность, чтобы ускорить вычислительно-затратные алгоритмы в вашей симуляции. Вы можете ускорить алгоритмы с плавающей и фиксированной точкой, включая фильтры, БПФ, статистику и линейную алгебру в MATLAB и Simulink.
Чтобы ускорить потоковую симуляцию на основе кадров, dspunfold использует развертывание DSP для распределения вычислительной нагрузки в сгенерированной функции MEX по нескольким потокам.

Автономное выполнение и интеграция с другими средами

С помощью DSP System Toolbox вы также можете использовать сгенерированный код C из кода MATLAB или модели Simulink для развертывания и прототипирования на десктопе путем создания автономного исполняемого файла вашего алгоритма. Этот автономный исполняемый файл по-прежнему может быть настроен непосредственно из MATLAB или Simulink в режиме реального времени с помощью компонентов UDP. Поскольку этот автономный исполняемый файл работает в отличном от кода MATLAB или модели Simulink потоке, он улучшает производительность алгоритма в реальном времени. 

Сгенерированный код C ваших алгоритмов обработки сигналов может быть интегрирован в виде скомпилированной библиотеки в другое программное обеспечение, такое как пользовательский симулятор или стандартное ПО для моделирования, такое как SystemC.

Оптимизированная генерация кода C для процессоров ARM Cortex

Используя DSP System Toolbox с надстройкой аппаратной поддержки для ARM Cortex-A или ARM Cortex-M и Embedded Coder, вы можете генерировать оптимизированный код C из системных объектов MATLAB или блоков Simulink для ключевых алгоритмов ЦОС, таких как БПФ, КИХ и Biquad фильтры. Сгенерированный код обеспечивает вызовы оптимизированных подпрограмм для библиотеки ARM Cortex-A Ne10 или библиотеки CMSIS ARM Cortex-M. Ключевым преимуществом является немедленное увеличение производительности по сравнению со стандартным кодом C. Вы также можете выполнить проверку кода и профилирование с помощью тестирования в режиме процессор-в-контуре (PIL).

Как создать функцию MEX, настроенную на производительность из MATLAB для ускорения симуляции на десктопе (англ.)

Измерения и статистика

Линейная алгебра

dspunfold

MATLAB Coder

Simulink Coder

Используя DSP System Toolbox с Filter Design HDL Coder в MATLAB, вы можете создавать цифровые фильтры и генерировать эффективный, синтезируемый и портируемый код VHDL и Verilog для реализации в ПЛИС или ASIC. Можно также автоматически создавать тестбенчи VHDL и Verilog для симуляции, тестирования и верификации сгенерированного кода. 

Использование DSP System Toolbox с HDL Coder обеспечивает синтезируемую и читаемую генерацию кода VHDL и Verilog для проектов вашей системы. Эта поддержка включает алгоритмы, оптимизированные для использования ресурсов и производительности, такие как фильтры, БПФ, ОБПФ и NCO. 

Генерация кода

БПФ

ОБПФ

NCO

Filter Design HDL Coder

HDL Coder