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、ToolboxSignal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。

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 *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 enginen");

exit(-1);

}

mnfft=mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);

mFs=mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);

mxSetName(T,"T");

mxSetName(mnfft,"mnfft");

mxSetName(mFs,"mFs");

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: Matlabexterninclude*.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。

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。

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

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。

将上述生成的.c文件的头文件加入到工程的.cpp中，且将#ifdef_cplusplus

extern “c”{

#end if

c代码声明加入Vc的包含文件和生成的.C的包含文件之间

将#ifdef_cplusplus

}

#end if加入.cpp文件未尾

void CTestpsdwinDlg::OnButtonPsd(){

mxArray* x_rhs_;//指向采集数据存放区

noverlap=512;

……………….

……………….

mccCopy(&Pxx,&Spec);

mccCopy(&f,&frevgg_vector);

for(int j=0;j<(int)(nfft/2+1);j++)

{

datap[j]=mccGetRealVectorElement(&Pxx, (j+1));//功率谱密度存于datap[]数组

dataf[j]=mccGetRealVectorElement(&f, (j+1));//相应频率存于数组dataf[]中

}

mccFreeMatrix(&Pxx);

……………….

SendMessageBox(WM_PAINT,0,0);//利用Vc下的图形函数画图

Return;

}

如上生成的程序可读性不太好，而生成的c++代码则可读性较好，但千万注意只能用 Matlab的MATH库，不可用c++的MATH库，否则编译会出错，限于篇幅在此不述。

3）利用Matcom调用工具箱中的函数

Matcom编译M文件，先将M文件按照与Matcom的cpp库的对应关系翻译为cpp源代码，然后用对应版本的c编译器将cpp文件编译成相应的exe或dll文件，所以第一次运行要指定c编译器的路径，否则无法编译，指定好的编译信息就写在Matcombinmatcom.ini文件中，不过这一步按装matcom时，它自动寻找编译器并将其写入matcom.ini文件中，matcom4.5版中使用TeeChart3.0 OCX控件，因而它支持图形操作。

我们依然用上述的testwin.m文件，不要将图形函数注释掉，利用Mideva来生成可被Vc调用的信号处理程序。

library选项，加入e:matcom45lib

4) projectadd to projectfiles 文件类型选项选（.lib）将e:matcom45libv4501.lib加入工程中编译运行。相应代码如下：

void CtestmatcomDlg::OnpsdButton(){

initM(MATCOM_VERSION);//初始化matcom库

Mm Fs,nfft,noverlap;//创建矩阵

dMm(Pxx_o);dMm(f_o);//创建并命名矩阵

datax[];//数据采集的数据存于此数组中

{

x.r(1,i)=datax[i+1];//给x阵赋值

}

testwin(Fs,nfft,noverlap,x,i_o,Pxx,f_o);//matcom生成的函数

for(i=0;i<513;i++){//取出功率谱密度分析结果

dataf[i]=f_o.r(i+1,1);

datap[i]=Pxx_o.r(i+1,1);}

exitM();

return;

}

可见利用Matcom进行M文件转换非常的容易，生成的代码可读性很好，以上的转换同时生成了可供Vc调用的动态连接库，其使用和一般的动态库一样使用。同时需指明Matcom不仅可转换独立的不依赖于其它M文件的M文件，同时可转换调用其它M文件的M文件嵌套。条件是这此M文件在同一个目录下面，如前所述的psd.m可直接用上述方法转换，生成了多个重载形式的psd函数

结论： 利用Mtlab引擎调用工具箱中的函数可节省大量的系统资源，应用程序整体性能较好，但不可脱离Matlab 的环境运行。用Matlab编译器进行工具箱函数的调用，须转换相应的Ｍ文件使其成为独立的Ｍ文件，且不支持图形函数，转换的代码可读性不太好。用Matcom 进行转换非常方便，生成的代码可读性很好，支持图形函数，且代码执行的速度比不转换平均要快１.5倍以上。以上程序在Vc++ 6.0,Matlab5.2,Matcom4.5中调试通过,以上方法在工程实践中已得到很好的运用。