說明

最近在學(xué)中頻信號處理的一些東西，順便用 QT 寫了一個小工具，可以顯示信號的時域波形圖、幅度譜、功率譜、二次方譜、四次方譜、八次方譜、瞬時包絡(luò)、瞬時頻率、瞬時相位、非線性瞬時相位、瞬時幅度直方圖、瞬時頻率直方圖、瞬時相位直方圖、眼圖、星座圖、語譜圖、瀑布圖。

目錄說明1. 實現(xiàn)思路2. 時域波形圖3. 幅度譜4. 功率譜5. 二次方譜6. 四次方譜7. 八次方譜8. 瞬時包絡(luò)9. 瞬時頻率10. 瞬時相位11. 非線性瞬時相位12. 瞬時幅度直方圖13. 瞬時頻率直方圖14. 瞬時相位直方圖15. 眼圖16. 星座圖17. 語譜圖18. 瀑布圖1. 實現(xiàn)思路

工具為純 C++ 開發(fā)，包括頻譜計算以及圖像可視化。這里簡述下實現(xiàn)思路，使用到了以下第三方庫：

(資料圖片)

QCustomPlot 繪圖庫。FFTW 傅氏變換庫。FreeGlut 工具包。

頻譜計算部分，通過調(diào)用 FFTW 的 C++ 接口，同時開啟 OpenMP 多核支持，可以獲得很快的計算速度，比 MATLAB 還快，工具中的所有頻譜都是在點擊按鈕時現(xiàn)算的。在我的電腦上（8 核 Intel i7-6700HQ CPU @ 2.60GHz），實測對 33554432 長度（2 的 25 次方）的雙精度浮點數(shù)組進行傅里葉變換，兩種方式的耗時如下：

MATLAB 的 fft函數(shù)耗時 629 毫秒。C++ 調(diào)用 FFTW 接口并開啟 OpenMP 多核支持，耗時 390 毫秒。

圖像可視化部分，使用 QCustomPlot 完成圖像繪制，并結(jié)合 FreeGlut 工具開啟 OpenGL 支持，繪圖質(zhì)量及響應(yīng)速度也得到了較好的提升，大數(shù)據(jù)顯示并進行交互時不會出現(xiàn)卡頓。為了進一步提升速度，還修改了 QCustomPlot 的部分源碼，將數(shù)據(jù)更新接口暴露出來，使用 memcpy()直接對原始繪圖數(shù)據(jù)所在的內(nèi)存塊進行操作，提升數(shù)據(jù)更新的速度。主界面如下：

2. 時域波形圖

測試信號：2FSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，信號頻率 62216 Hz 與 79992Hz，文件大小 64 MB。波形顯示時做了貝塞爾平滑處理。

3. 幅度譜

測試信號：2FSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，信號頻率 62216 Hz 與 79992Hz，文件大小 64 MB。

4. 功率譜

測試信號：2FSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，信號頻率 62216 Hz 與 79992Hz，文件大小 64 MB。

5. 二次方譜

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，載波頻率 71104 Hz，文件大小 64 MB。

6. 四次方譜

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，載波頻率 71104 Hz，文件大小 64 MB。

7. 八次方譜

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，載波頻率 71104 Hz，文件大小 64 MB。

8. 瞬時包絡(luò)

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，載波頻率 71104 Hz，文件大小 64 MB。

9. 瞬時頻率

測試信號：2FSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，信號頻率 62216 Hz 與 79992Hz，文件大小 64 MB。

10. 瞬時相位

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，載波頻率 71104 Hz，文件大小 64 MB。

11. 非線性瞬時相位

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，載波頻率 71104 Hz，文件大小 64 MB。

12. 瞬時幅度直方圖

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，載波頻率 71104 Hz，文件大小 64 MB。

13. 瞬時頻率直方圖

測試信號：2FSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，信號頻率 62216 Hz 與 79992Hz，文件大小 64 MB。

14. 瞬時相位直方圖

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，載波頻率 71104 Hz，文件大小 64 MB。

15. 眼圖

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，基帶信號，文件大小 64 MB。

16. 星座圖

測試信號：8PSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，載波頻率 71104 Hz，文件大小 64 MB。

17. 語譜圖

測試信號：2FSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，信號頻率 62216 Hz 與 79992Hz，文件大小 64 MB。從計算到顯示總耗時不超過 1 秒。

18. 瀑布圖

測試信號：2FSK 調(diào)制，調(diào)制速率 8888 Baud/s，采樣率 284416 Hz，信號頻率 62216 Hz 與 79992Hz，文件大小 64 MB。譜線為實時計算。由于 GIF 上傳大小限制為 5 MB，錄制為 GIF 時做了質(zhì)量損失。