Vc++下如何利用Matlab工具箱进行数字信号处理

关键词：Matlab M-文件 引擎 编译器 Matcom Vc++

Matlab的信号处理工具箱是信号算法文件的集合，它处理的基本对象是信号与系统，信号处理工具箱位于目录、Toolbox/Signal下，利用工具箱中的文件可以实现信号的变换、滤波、谱估计、滤波器设计等。在其它的环境如Vc下如果能调用Matlab工具箱中的文件，会大大地加快一些算法的实现，同时其可靠性也很高。

1. 利用Matlab引擎

   Matlab引擎采用客户和服务器计算方式，在运用中，Vc的C语言或C++语言的程序作为前端客户机，它向Matlab引擎传递命令和数据信息，并从Matlab引擎接收数据信息，它提供了下列几个函数： engOpen, engGetArray, engPutArray, engEvaString,

   engOutputBuffer ,engClose与客户机进行交互。

   下面例程是在Vc下建一个基于对话框的应用程序，在对话框中设置一个Button控件OnMatlabEngine.,在对话框 .cpp文件中加入”engine.h” 和“math.h” 头文件，下面给出部分程序清单。

   Void CtestmatlabDlg::OnMatlabEngine(){

   Engine *ep;

   mxArray* T=NULL,*result=NULL,*mFs=NULL,*mnfft= NULL;

   double datax[1024];

   char buffer[1024];

   for(int j=0;j<1024;j++)//注：如通过采集卡采集数据可将采集的数据放在datax[]数组中,此循环就不需要

   {

   double samt=(double)(1.0/1024);

   datax[j]=sin(2.0*63.0*samt*3.1415926+1.15*3.1415926);

   }

   double *pPxx,*pFxx;

   if(!(ep=engOpen(" /0"))){//打开Matlab引擎，建立与本地Matlab的连接

   fprintf(stderr,"/n Can't start MATLAB engine/n");

   exit(-1);

   }

   double Fs[1]={1024};//因为Matlab所有参与运算的参数都是矩阵的形式，因而下列几行将参数转变

   double nfft[1]={1024};//成Matlab可接受的矩阵形式。

   T=mxCreateDoubleMatrix(1,1024,mxREAL);

   mnfft=mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);

   mFs=mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);

   mxSetName(T,"T");

   mxSetName(mnfft,"mnfft");

   mxSetName(mFs,"mFs");

   memcpy((char*)mxGetPr(T),(char*)datax, 1024*sizeof(double));

   memcpy((char*)mxGetPr(mnfft),(char*)nfft, sizeof(double));

   memcpy((char*)mxGetPr(mFs),(char*)Fs,1*sizeof(double));

   engPutArray(ep,T); //将转化的参数放入引擎中，此时可在Matlab command窗口下查看此参数

   engPutArray(ep,mnfft);

   engPutArray(ep,mFs);

   engEvalString(ep,"[pxx,fo]=psd(T,mnfft,mFs);"); //利用引擎执行工具箱中文件

   engOutputBuffer(ep,buffer,512); //如只想看显示图形，可将返回参数去掉，psd无返回参数缺省情况下会自动画图形

   result=engGetArray(ep,"pxx");//取出引擎中的数据放在所指的区域中供后续处理

   pPxx=mxGetPr(result);

   result=engGetArray(ep,"fo");

   pFxx=mxGetPr(result);

   engEvalString(ep,"plot(fo,10*log10(pxx));");//利用引擎画图

   engEvalString(ep,"title('功率谱分析');");

   engEvalString(ep,"xlabel('Hz');");

   engEvalString(ep,"ylable('db');");

   mxDestroyArray(T); //释放内存

   mxDestroyArray(mFs);

   mxDestroyArray(mnfft);

   mxDestroyArray(result);

   engEvalString(ep,"close;");

   engClose(ep);

   }

   上述程序在Vc下编译需要将 libeng.dll和libmx.dll两个动态库利用以下的命令：

   lib/def:<自己的Matlab的安装路径,下同>e:/ Matlab/extern/include/*.def /machine:ix86 /out:*.lib来生成程序所需的静态连接库libeng.lib和libmx.lib,将libeng.lib和libmx.lib所在的目录加入Vc++ project/link/object/library modules下即可。

2. 利用Matlab自身的编译器调用工具箱中的函数

Matlab的编译器可将Matlab的M文件转换为为C或C++的源代码以产生完全脱离Matlab运行环境的独立的运用程序，但Matlab本身的资料说明编译器如用来建立独立的运用程序，不能调用Matlab工具箱中的函数，这非常不利于搞一些特殊的算法。本人研究了一段时间发现，工具箱中的函数既然是M文件就一定可以用编译器来编译，以提供如Vc的调用函数，但是编译器只能编译一个独立的M文件，即这个 M文件不依赖于其他的M文件。如果M文件中又调用了其他的M文件，可将被调用的M文件拷贝到调用M文件的相应位置，作适当的改动就可以用于编译器编译。编译器不支持图形函数，所以M文件中如有图形函数需注释掉。

当Matlab的编译器mcc加入适当的参数-e(mcc –e *.*)或-p(mcc –p *.*)就可生成将输入的M文件转换为适用于特定运用的C或C++源代码。这样如果要在Vc下编译通过,还需连入以下几个库libmmfile.dll, libmatlb.dll, libmcc.dll, libmat.dll. libmx.dll. mibut.dll 以及Matlab C MATH库，建议采用前述的方法将动态连接改为静态连接。对于C/C++编译环境的设置，在Matlab command窗口下运行mex –setup 然后依提示操作，而对于C/C++连接环境的设置，运行mbuild –setup依提示操作即可。

下面给出利用编译器将Matlab工具箱中psd.m文件生成可供Vc调用的函数。

1. 将psd.m文件拷贝一份至Matlab/bin目录下，改写相应调用的M文件如nargchk.m, hanning.m等。为生成的代码简洁，对于采集数据处理输入参数很明了的情况下可作大量的删减，最终使psd.m成为一个不依赖于其他M文件的独立的M文件，注意千万注释掉作图代码，最终改成如下形式，限于篇幅给出关键的几步：

   function [Pxx,f]=psd(Fs,nfft,noverlap,x)

   window=o,5*(1-cos(2*pi*(1:nfft)’/(nffft+1)));//hanning 窗

   dflag=’none’;

   window=window(;)

   ………………………………….

   以上只要稍懂Matlab语言和信号处理知识就可完成这项工作。