Buffer

将输入序列分组或合并为更小或更大的帧大小

为了将输入数据缓冲为整数倍的帧大小，请使用 N-Ratio Buffer 模块代替 Buffer 模块。N-Ratio Buffer 模块具有更低的延迟，并为 M_i 到 kM_i 的帧转换优化在生成代码中使用的内存，其中 k 是输出帧长度与输入帧长度的比值。

库:
DSP System Toolbox / Signal Management / Buffers

描述

Buffer 模块始终执行基于帧的处理。该模块重新分布输入的每一列中的数据，以产生具有不同帧大小的输出。将信号合并为更大的帧大小会产生帧速率比输入更慢的输出。例如，假设有下图所示的标量输入。

Input of the Buffer block shows scalars 1 through 9. Output of the Buffer block shows frames of size 3.

将信号分组为更小的帧大小会产生帧速率比输入更快的输出。例如，假设有下图所示的标量输出。

Input of the Buffer block shows frames of size 3. Output of the Buffer block shows scalars from 1 through 9.

该模块协调非重叠缓冲区的输出帧大小和帧速率，使得信号的采样周期在输入和输出处相同：T_so = T_si。

当模块输入和输出速率相同时，此模块支持触发子系统。

示例

Streaming Power Spectrum Estimation Using Welch's Method

Use Welch's method of averaged modified periodogram to estimate power spectrum.

打开脚本

Buffering Input with Overlap

Buffer a two-channel input using an Output buffer size of three and four and a Buffer overlap of one.

打开脚本

使用滑动窗计算均值

使用 Buffer 模块对滑动窗进行建模。Mean 模块使用此窗计算均值。

打开模型

端口

输入

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Port_1 — 输入信号
标量 | 向量 | 矩阵

要缓冲单通道信号，请输入一个标量或列向量。要缓冲多通道信号，请输入一个行向量或矩阵。要缓冲单通道信号，请输入一个大小为 M_i×1 的标量或列向量，其中 M_i 是输入帧大小。

输出

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Port_1 — 输出信号
向量 | 矩阵

缓冲的输入信号，以向量或矩阵形式返回。

当输入是单通道信号时：

1×1（标量）- 输出是 M_o×1 向量。
M_i×1（列向量）- 输出是 M_o×1 向量。

其中

M_i - 输入帧大小
M_o - 输出缓冲区大小参数的值

输入帧周期是 M_i · T_si，其中 T_si 是输入采样周期。输出帧周期是 $(M_{o} - L) T_{s i}$ ，其中 L 是缓冲区重叠参数的值，且 T_si 是输入采样周期。当您将缓冲区重叠参数设置为 M_o – 1 时，输出帧周期等于输入采样周期。

当输入是多通道信号时：

1×N - 输出是 M_o×N 矩阵。
M_i×N - 输出是 M_o×N 矩阵。

其中

N - 信号中的通道数
M_i - 输入帧周期
M_o 是输出缓冲区大小参数的值，可以大于或小于输入帧大小 M_i。该模块分别缓冲 N 个输入通道中的每一个。

输入帧周期是 M_i · T_si。输出帧周期是 $(M_{o} - L) T_{s i}$ ，当缓冲区重叠为 $M_{o} - 1$ 时等于序列采样周期。因此，输出采样周期 T_so 与输入采样周期 T_si 的关系为

$T_{s o} = \frac{(M_{o} - L) T_{s i}}{M_{i}}$

输出具有与输入相同的数据类型和复/实性

参数

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输出缓冲区大小(每通道) — 缓冲区大小
`64` (默认) | 正整数

指定要从每个通道缓冲到输出帧中的连续采样数 M_o。

数据类型: double | int8 | int16 | int32 | uint8 | uint16 | uint32

缓冲区重叠 — 缓冲区重叠
`0` (默认) | 整数

指定采样数 L，它指定每个连续输出帧中的重叠或欠叠量。

要重叠缓冲区中的数据，请指定在范围 $0 \leq L < M_{o}$ 内的 L 值，其中 M_o 是输出缓冲区大小参数的值。模块从当前输出中取 L 个采样（行）并在下一个输出中重复它们。在重叠情况下，该模块在将缓冲数据传播到输出之前采集 $M_{o} - L$ 个新的输入采样。

当 $L < 0$ 时，表示您正在以欠叠方式缓冲信号。该模块在缓冲区填满后丢弃 L 个输入采样，并以周期 $(M_{o} - L) T_{s i}$ 输出缓冲区内容，该周期比零重叠情况下的周期更长。

输出帧周期是 $(M_{o} - L) T_{s i}$ ，当缓冲区重叠为 $M_{o} - 1$ 时等于输入序列采样周期 T_si。

数据类型: double | int8 | int16 | int32 | uint8 | uint16 | uint32

初始条件 — 初始输出
`0` (默认) | 标量 | 向量 | 矩阵

指定在非零延迟情况下模块的初始输出值，类型为标量、向量或矩阵。

对于除零任务延迟中列出的情况外的所有单任务操作情况，Buffer 模块的缓冲区初始化为由初始条件参数指定的值。该模块从此缓冲区读取以生成前 D 个输出采样，其中

$D = {\begin{matrix} M_{o} + L & (L \geq 0) \\ M_{o} & (L < 0) \end{matrix}$

初始条件参数的维度取决于缓冲区重叠、L 以及输入是单通道还是多通道：

当 $L \neq 0$ 时，初始条件参数必须为标量。
当 $L = 0$ 时，初始条件参数可以是标量，也可以是具有以下任一约束的向量：
- 对于单通道输入，如果 M_i 为 1，则初始条件参数可以是长度为 M_o 的向量；或者如果 M_o 为 1，则可以是长度为 M_i 的向量。
- 对于多通道输入，如果 M_i 为 1，则初始条件参数可以是长度为 M_o * N 的向量；或者如果 M_o 为 1，则可以是长度为 M_i * N 的向量。

对于所有多任务操作，使用 rebuffer_delay 函数计算 Buffer 模块针对给定缓冲区大小和缓冲区重叠组合引入的精确延迟（以采样为单位）。

对于在任意帧大小之间的通用缓冲，初始条件参数必须为标量，然后该标量在初始输出的所有元素中重复。但是，在输入是 1×N 行向量且模块的输出是 M_o×N 矩阵的特殊情况下，初始条件可以是：

M_o×N 矩阵
长度为 M_o 的向量，该向量在初始输出的所有列中重复
标量，该标量在初始输出的所有元素中重复

在输出是 1×N 行向量的特殊情况（这是取消缓冲 M_i×N 矩阵的结果）下，初始条件可以是：

一个包含 M_i 个采样的向量，在前 M_i 个采样时间内为每个通道顺序输出
标量，该标量在初始输出的所有元素中重复

有关延迟和 Simulink^® 任务模式的详细信息，请参阅Excess Algorithmic Delay (Tasking Latency)和基于时间的调度和代码生成 (Simulink Coder)。

模块特性

数据类型	`Boolean` \| `double` \| `fixed point` \| `integer` \| `single`
直接馈通	`no`
多维信号	`no`
可变大小信号	`no`
过零检测	`no`

详细信息

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零任务延迟

零任务延迟意味着在 t = 0 处接收的第一个输入采样作为第一个输出采样出现。在 Simulink 单任务模式中，Buffer 模块在以下特殊情况下具有零任务延迟：

标量输入和输出 ( $M_{o} = M_{i} = 1$ ) 且具有零或负缓冲区重叠 ( $L \leq 0$ )
输入帧大小是输出帧大小的整数倍

$M_{i} = k M_{o}$
其中 k 是整数且具有零缓冲区重叠 ( $L = 0$ )；此类较为典型的情形包括：
- 任何输入帧大小 M_i 且具有标量输出 ( $M_{o} = 1$ ) 和零缓冲区重叠 ( $L = 0$ )
- 相等的输入和输出帧大小 ( $M_{o} = M_{i}$ ) 且具有零缓冲区重叠 ( $L = 0$ )

超限和欠载

在以下条件下，Buffer 模块不能在使能子系统中使用：

在多速率、多任务环境中
当缓冲区重叠参数设置为负值时

Buffer 模块有临时存储数据的内部储存器。当 Buffer 模块在使能子系统中使用时，储存器可能会发生超限或欠载。该模块会实现防止发生这些情况的保护措施。

当进入缓冲区的数据多于它能容纳的数据时，会发生超限。例如，假设将一个标量输入缓冲到一个大小为三的帧，缓冲区每秒接受一个输入并且每三秒进行一次输出。如果将此缓冲区放在使能子系统中，且该子系统每三秒（如 t = 3 秒、t = 6 秒）被禁用，则缓冲区会在其内部储存器中累积数据，又无法及时清空。这种情况便会导致超限。

当缓冲区没有足够的数据用于输出时，会发生欠载。例如，再次假设将一个标量输入缓冲到一个大小为三的帧，缓冲区每秒接受一个输入并且每三秒进行一次输出。如果将此缓冲区放在使能子系统中，该子系统在 t = 10 秒、t = 11 秒、t = 13 秒、t = 14 秒、t = 16 秒和 t = 17 处被禁用，则其内部储存器将被耗尽，在 t = 18 秒处没有数据可供输出。这种情况便会导致欠载。

为防止发生超限或欠载，Buffer 模块会记录其内部储存器中的数据量。当 Buffer 模块读取数据时，其储存器中的数据量会增加。当 Buffer 模块输出数据时，其储存器中的数据量会减少。为防止超限，每当储存器中的数据量大于实际缓冲区大小时，便会丢弃储存器中最早的采样。为防止欠载，每当输出到期且储存器中没有数据时，便会重复最近的采样。

扩展功能

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C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

Buffer 模块支持用于 Simulink Real-Time™ 的代码生成。为此目标生成的代码以并发方式执行。要生成此代码，请将模型的系统目标文件设置为 speedgoat.tlc 或 Simulink Real-Time 支持的任何其他目标文件。Buffer 模块还需要满足一些特定条件。

要设置系统目标文件，请执行以下操作：

在 Simulink 模型窗口的建模选项卡中，点击模型设置。
在“模型设置”> 代码生成窗格中，将系统目标文件设置为 speedgoat.tlc 或 Simulink Real-Time 支持的任何其他目标文件。

此外，Buffer 模块还必须满足以下条件：

输出和输入缓冲区大小之间的比率必须为纯整数，即 1/N 或 N/1。3/12、1/7、7/1 或 2/4 等比率都是有效比率。在 Buffer 模块中，您可以使用输出缓冲区大小(每通道) 参数指定适当的输出缓冲区大小。
帧之间不应有重叠。在 Buffer 模块中，将缓冲区重叠参数设置为 0。

版本历史记录

在 R2006a 之前推出

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R2023a: 仅 Simulink Real-Time 目标支持多核并发执行

对于 Simulink Real-Time 目标以外的任何目标，Buffer 模块不支持从其生成的代码的多核并发执行。有关详细信息，请参阅代码生成部分。

从 R2023a 开始，如果您未将目标设置为 Simulink Real-Time，并通过在 Simulink 模型设置的求解器窗格中选择允许任务在目标上并发执行参数来允许多核并发执行，则当您运行模型或从包含该模块的模型生成代码时，Buffer 模块会抛出错误。

Buffer

描述

示例

Streaming Power Spectrum Estimation Using Welch's Method

Buffering Input with Overlap

使用滑动窗计算均值

端口

输入

Port_1 — 输入信号
标量 | 向量 | 矩阵

输出

Port_1 — 输出信号
向量 | 矩阵

参数

输出缓冲区大小(每通道) — 缓冲区大小
`64` (默认) | 正整数

缓冲区重叠 — 缓冲区重叠
`0` (默认) | 整数

初始条件 — 初始输出
`0` (默认) | 标量 | 向量 | 矩阵

模块特性

详细信息

零任务延迟

超限和欠载

扩展功能

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

版本历史记录

R2023a: 仅 Simulink Real-Time 目标支持多核并发执行

另请参阅

函数

模块

主题

Buffer

描述

示例

Streaming Power Spectrum Estimation Using Welch's Method

Buffering Input with Overlap

使用滑动窗计算均值

端口

输入

Port_1 — 输入信号 标量 | 向量 | 矩阵

输出

Port_1 — 输出信号 向量 | 矩阵

参数

输出缓冲区大小(每通道) — 缓冲区大小 64 (默认) | 正整数

缓冲区重叠 — 缓冲区重叠 0 (默认) | 整数

初始条件 — 初始输出 0 (默认) | 标量 | 向量 | 矩阵

模块特性

详细信息

零任务延迟

超限和欠载

扩展功能

C/C++ 代码生成 使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

版本历史记录

R2023a: 仅 Simulink Real-Time 目标支持多核并发执行

另请参阅

函数

模块

主题

Port_1 — 输入信号
标量 | 向量 | 矩阵

Port_1 — 输出信号
向量 | 矩阵

输出缓冲区大小(每通道) — 缓冲区大小
`64` (默认) | 正整数

缓冲区重叠 — 缓冲区重叠
`0` (默认) | 整数

初始条件 — 初始输出
`0` (默认) | 标量 | 向量 | 矩阵

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。