Преобразуйте частоты дискретизации и частоту кадров в Simulink Используя блоки преобразования уровня

Блоки преобразования уровня

Существует два общих типа операций, которые влияют на систему координат и частоты дискретизации сигнала: прямое преобразование уровня и перебуферизация системы координат. Прямые преобразования уровня, такие как повышающая дискретизация и субдискретизация могут быть реализованы путем изменения или частоты кадров или формата кадра сигнала. Структурируйте перебуферизацию, которая используется, чтобы изменить формат кадра сигнала для того, чтобы улучшить пропускную способность симуляции, обычно также изменения или частота дискретизации или частота кадров сигнала. Для получения дополнительной информации о методе перебуферизации системы координат смотрите, Преобразуют Частоты дискретизации и Частоту кадров в Simulink Используя Блоки Перебуферизации Системы координат.

Эта тема содержит две модели, которые показывают, как изменить частоту дискретизации сигнала с помощью прямых блоков преобразования уровня. Следующее является списком блоков преобразования уровня в DSP System Toolbox™, которые не основаны на фильтрах.

Обратите внимание на то, что повышающая дискретизация и субдискретизация операций могут ввести обработку изображений и искажение в частотном диапазоне, соответственно. Чтобы предотвратить это, используйте прямые блоки преобразования уровня, которые основаны на фильтре. Поскольку список прямого преобразования уровня блокируется и темы, которые показывают, как использовать эти блоки, смотрите Многоскоростные и Многоступенчатые Фильтры.

Прямое преобразование уровня Используя параметр Rate options

В определенных блоках преобразования уровня параметр Rate options определяет, действует ли блок в односкоростном режиме или многоскоростном режиме.

Когда параметр Rate options устанавливается на:

Enforce single-rate processing: Блок действует в односкоростном режиме. Частоты дискретизации ввода и вывода блока остаются то же самое. Однако формат кадра сигнала изменяется согласно коэффициенту преобразования уровня, заданному в диалоговом окне блока.
Allow multirate processing: Блок действует в многоскоростном режиме. Форматы кадра ввода и вывода блока остаются то же самое. Однако частота кадров сигнала изменяется согласно коэффициенту преобразования уровня, заданному в диалоговом окне блока.
Когда Simulink^® модель содержит сигналы с различной частотой кадров, модель называется многоскоростная. Для получения дополнительной информации о многоскоростных моделях смотрите Избыточную Алгоритмическую Задержку (Определяющий задачу для Задержки). Также смотрите Основанное на времени Планирование и Генерацию кода (Simulink Coder).

Следующие два раздела показывают, как изменить частоту дискретизации сигнала с помощью двух режимов преобразования уровня в блоке Downsample.

Преобразование уровня корректировкой частоты кадров

Этот пример использует:

Открытая модель

Настройте частоту кадров сигнала путем установки параметра опций Уровня блока преобразования уровня к Allow multirate processing. В этом режиме частота дискретизации сигнала изменяется путем изменения частоты кадров сигнала при хранении формата кадра постоянным.

$T_{fo} \ne T_{fi}$
$M_{o} = M_{i}$

где,

$T_{fo}$ выходная частота кадров.
$T_{fi}$ уровень входного кадра.
$M_{o}$ выходной формат кадра.
$M_{i}$ размер входного кадра.

Частота дискретизации выходного сигнала $1/T_{so}$ дана следующим уравнением:

${1/T_{so}} = {M_{o}/T_{fo}}$

'ex_downsample_tut1' модель показывает преобразование уровня корректировкой частоты кадров.

Откройте модель. В этой модели входной сигнал прорежен на коэффициент 2 использований блока Downsample. Блок Signal From Workspace, который генерирует входной сигнал, имеет набор параметров Шага расчета к 0,125 секундам и Выборкам на набор параметров системы координат к 8. Поэтому данные, сгенерированные блоком, имеют шаг расчета 0,125 секунд и формат кадра 8. Входной параметр обработки в блоке Downsample устанавливается на Columns as channels (frame based), и параметр опций Уровня устанавливается на Allow multirate processing. Эта установка позволяет блоку Downsample действовать в многоскоростном режиме и данных об обработке как системы координат размера 8.

Во вкладке Debug выберите Information Overlays> Signal Dimensions. Когда вы запускаете модель, размерности сигналов появляются рядом с линиями, соединяющими блоки. Размерности сигнала в модели подтверждают, что формат кадра сигнала остается то же самое между вводом и выводом блока Downsample.

Чтобы видеть изменение в частоте кадров, включите расцветку шага расчета путем выбора Information Overlays> Colors.

Кроме того, чтобы включить аннотацию и Легенду Синхронизации, выберите Information Overlays> Text и Timing Legend. В Легенде Синхронизации можно просмотреть значение периода системы координат для каждого сигнала в модели, цвет, сопоставленный с периодом системы координат и соответствующей аннотацией. Например, периодом системы координат входного сигнала (обозначенный D1 в Легенде Синхронизации) дают $T_{fi} = M_{i} \times T_{si}$ или ${8} \times {0.125}$ , который равняется 1 секунде.

Легенда Синхронизации в модели проверяет, что выход от блока Downsample имеет период системы координат $T_{fo}$ 2 секунд, который является дважды периодом системы координат входа $T_{fi}$ . Однако, потому что частота кадров входа ${1}/T_{fi}$ составляет 1 кадр в секунду, и частота кадров выхода ${1}/T_{fo}$ составляет 0,5 кадра в секунду, блок Downsample на самом деле проредил исходный сигнал к половине его исходного уровня. В результате выходной период расчета, $T_{so} = T_{fo}/M_{o}$ удвоен до 0,25 секунд без любого изменения в формате кадра.

Преобразование уровня корректировкой формата кадра

Этот пример использует:

Открытая модель

Настройте формат кадра сигнала путем установки параметра опций Уровня блока преобразования уровня к Enforce single-rate processing. В этом режиме частота дискретизации сигнала изменяется путем изменения формата кадра сигнала при хранении частоты кадров постоянной.

$M_{o} \ne M_{i}$
$T_{fo} = T_{fi}$

где,

$M_{o}$ выходной формат кадра.
$M_{i}$ размер входного кадра.
$T_{fo}$ выходная частота кадров.
$T_{fi}$ уровень входного кадра.

Частота дискретизации выходного сигнала $1/T_{so}$ дана следующим уравнением:

${1/T_{so}} = {M_{o}/T_{fo}}$

'ex_downsample_tut2' модель показывает преобразование уровня корректировкой формата кадра.

Откройте модель. В этой модели входной сигнал прорежен на коэффициент 2 использований блока Downsample. Блок Signal From Workspace, который генерирует входной сигнал, имеет набор параметров Шага расчета к 0,125 секундам, и Выборки на параметр системы координат установлены в 8. Поэтому данные, сгенерированные блоком, имеют шаг расчета 0,125 секунд и формат кадра 8. Входной параметр обработки в блоке Downsample устанавливается на Columns as channels (frame based), и параметр опций Уровня устанавливается на Enforce single-rate processing. Эта установка позволяет блоку Downsample действовать в односкоростном режиме.

Во вкладке Debug выберите Information Overlays> Signal Dimensions. Когда вы запускаете модель, размерности сигналов появляются рядом с линиями, соединяющими блоки. Размерности сигнала в модели подтверждают, что формат кадра сигнала уменьшается на коэффициент 2 между вводом и выводом блока Downsample.

Чтобы видеть эффект на частоте кадров, включите расцветку шага расчета путем выбора Information Overlays> Colors. Вы видите, что все блоки и сигналы находятся в том же цвете, потому что они действуют на том же уровне.

Блок Downsample проредил входной сигнал к половине его исходного формата кадра. Размерности сигнала выхода блока Downsample подтверждают, что прореженный выход имеет формат кадра 4, который является половиной формата кадра входа. В результате период расчета выхода, $T_{so} = T_{fo}/M_{o}$ 1/4 или 0,25 секунды. Этот процесс происходит без любого изменения в частоте кадров $T_{fi} = T_{fo}$ .

Документация