Основанные на выборках сигналы являются наиболее основным типом сигнала и наиболее просты в построении из реального (физического) сигнала. Можно создать сигнал на основе выборки путем выборки физического сигнала с заданной частотой выборки и вывода каждой отдельной выборки по мере ее получения. Как правило, большинство цифроаналоговых преобразователей выводят сигналы на основе выборок.
Можно создавать сигналы на основе кадров из сигналов на основе выборок. При буферизации пакета N проб создается кадр данных. Затем можно выводить последовательные кадры данных со скоростью, в 1/N раз превышающей частоту дискретизации исходного сигнала, основанного на выборке. Частота, с которой выводятся кадры данных, также известна как частота кадров сигнала.
Данные на основе кадров являются обычным форматом в системах реального времени. Аппаратные средства сбора данных часто работают путем накопления большого количества выборок сигнала с высокой скоростью. Затем аппаратные средства передают эти выборки в систему реального времени в виде блока данных. Это максимально повышает эффективность системы за счет распределения фиксированных служебных данных процесса по многим выборкам. Более быстрое получение данных приостанавливается более медленными процессами прерывания после получения каждого кадра, а не после каждой отдельной выборки. Дополнительные сведения см. в разделе Преимущества обработки на основе кадров.
| Блоки источника Toolbox™ системы DSP | Создание сигналов на основе образцов | Создание сигналов на основе кадров |
|---|---|---|
| Щебет | X | X |
| Константа (Simulink) | X | X |
| Цветной шум | X | X |
| Дискретный импульс | X | X |
| Из мультимедийного файла | X | X |
| Матрица идентификаторов | X | |
| Многофазный тактовый генератор | X | X |
| Включение N-Sample | X | X |
| Случайный источник | X | |
| Сигнал из рабочей области | X | X |
| Синусоидальная волна | X | X |
| Получение UDP | X |
При обработке сигналов с помощью программного обеспечения DSP System Toolbox это можно сделать либо выборочным, либо кадровым способом. При работе с блоками в Simulink ® можно указать на поблочной основе тип обработки, выполняемой блоком. В большинстве случаев режим обработки задается с помощью параметра Input processing. При использовании системных объектов в MATLAB ® доступна только обработка на основе кадров. В следующей таблице представлены общие параметры, которые можно использовать для выполнения обработки на основе выборки и кадра в MATLAB и Simulink.
| Обработка на основе проб | Обработка на основе кадров | |
|---|---|---|
| Симулинк - блоки | Обработка входных данных = Elements as channels (sample based) | Обработка входных данных = Columns as channels (frame based) |
При обработке на основе проб процесс блокирует сигналы по одной выборке за раз. Каждый элемент входного сигнала представляет одну выборку в отдельном канале. Например, с точки зрения обработки на основе выборки следующая матрица 3 на 2 содержит первую выборку в каждом из шести независимых каналов.
При настройке блока для выполнения обработки на основе выборки блок интерпретирует скалярный вход как одноканальный сигнал. Аналогично, блок интерпретирует матрицу M-на-N как многоканальный сигнал с M * N независимыми каналами. Например, при обработке на основе выборок блоки интерпретируют следующую последовательность матриц 3 на 2 как шестиканальный сигнал.
Дополнительные сведения о последних изменениях обработки на основе фреймов см. в разделе Изменения обработки на основе фреймов в примечаниях к выпуску DSP System Toolbox.
При обработке на основе кадров блокирует обработку данных по одному кадру за раз. Каждый кадр данных содержит последовательные выборки из независимого канала. Каждый канал представлен столбцом входного сигнала. Например, с точки зрения обработки на основе кадра следующая матрица 3 на 2 имеет два канала, каждый из которых содержит три выборки.
При конфигурировании блока для выполнения обработки на основе кадра блок интерпретирует вектор M-by-1 как одноканальный сигнал, содержащий M выборок на кадр. Аналогично, блок интерпретирует матрицу M-на-N как многоканальный сигнал с N независимыми каналами и M выборок на канал. Например, при обработке на основе кадра блоки интерпретируют следующую последовательность матриц 3 на 2 как двухканальный сигнал с размером кадра 3.
Использование обработки на основе кадров выгодно для многих приложений обработки сигналов, поскольку можно обрабатывать сразу несколько выборок. Буферизация данных в кадры и обработка многопрофильных кадров данных часто позволяет улучшить вычислительное время алгоритмов обработки сигналов. Для выполнения обработки кадров необходимо иметь лицензию DSP System Toolbox.
Дополнительные сведения о последних изменениях обработки на основе фреймов см. в разделе Изменения обработки на основе фреймов в примечаниях к выпуску DSP System Toolbox.
Обработка на основе кадров является установленным методом ускорения как систем реального времени, так и моделирования моделей.
Ускорение работы систем реального времени. Данные на основе кадров являются обычным форматом в системах реального времени. Аппаратура сбора данных часто работает, накапливая большое количество выборок сигнала с высокой скоростью, а затем распространяя эти выборки в систему реального времени как блок данных. Этот тип распространения максимизирует эффективность системы за счет распределения фиксированных служебных данных процесса по многим выборкам; более быстрое получение данных приостанавливается более медленными процессами прерывания после получения каждого кадра, а не после получения каждой отдельной выборки.
На следующем рисунке показано, как обработка на основе кадров увеличивает пропускную способность. Каждый из тонких блоков представляет время, прошедшее во время получения образца. Каждый более толстый блок представляет время, прошедшее во время процедуры обслуживания прерываний (ISR), которая считывает данные из аппаратных средств.
В этом примере операция на основе кадра получает кадр из 16 выборок между каждым ISR. Таким образом, скорость пропускной способности на основе кадра во много раз выше, чем альтернатива на основе выборки.
Следует иметь в виду, что обработка, основанная на кадрах, вводит определенную величину задержки в процесс из-за собственного запаздывания в буферизации начального кадра. Однако во многих случаях можно выбрать размеры кадров, которые улучшают пропускную способность без создания недопустимых задержек. Дополнительные сведения см. в разделе Задержка и задержка.
Ускорение моделирования модели. Моделирование модели также обеспечивает преимущества обработки на основе кадров. В этом случае можно уменьшить накладные расходы на обмен данными между блоками, распространяя кадры данных, а не отдельные выборки.