[發明專利]一種帶小波濾波功能的數據采集累加器及其實現方法

無效

• 申請號: 201110376969.5
• 申請日: 2011-11-22
• 公開（公告）號: CN103135959A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 黃正
• 申請（專利權）人: 上海華魏光纖傳感技術有限公司
• 主分類號: G06F7/50
• 分類號: G06F7/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，特別涉及一種帶小波濾波功能的數據采集累加技術領域。

背景技術

在光纖傳感應用中，尤其在分布式光纖測溫系統(DTS系統)中，由于散射信號十分微弱，完全被淹沒在噪聲中，系統需要采用弱信號檢測技術，從噪聲中提取待測信號。以光纖測溫系統為例，系統中噪聲的主要成分是白噪聲，其具有零均值的統計特性，可以利用噪聲的統計特性來達到降噪的目的。因此，為提高信噪比，后續信號處理采用數字平均的方法，即將一次測量的X(如X＝4000)點數據依次存儲到內存單元中，將下一次測量的X點數據與內存對應單元的數據相加，再放回原內存單元，依次循環Y(如Y＝10000)次，然后對各單元求平均，以獲得最接近真實信號的有效數據。然而，一方面白噪聲是寬帶噪聲，也就是其帶寬很寬，通過上述累加和平均方法，雖然可以消除一部分，但是白噪聲的影響還是很明顯，系統信噪比還是不理想；而另一方面，DTS系統中淹沒在噪聲中的有效信號其帶寬也比較寬，從低頻到高頻部分一直都有信號分布，實驗表明，溫度信號的頻譜主要集中在幾十Hz到幾十MHz范圍內。因此，采用傳統的累加和平均除噪方法仍不能完全消除白噪聲，不能獲得比較干凈的有效信號，從而不能達到提高信噪比的要求。

小波變換是一種信號分析方法，它可以對信號同時進行時域和頻域分析，它具有多分辨率的特點，可以較好地從混有強噪聲的信號中提取原始信號，被譽為分析信號的顯微鏡。通常基于小波濾波的信號處理方法包括小波分解、小波系數閾值處理和小波重構。

發明內容

為了解決上述技術中存在的問題，本發明提供一種帶小波濾波功能的數據采集累加器，首先完成數據采集，然后對采集到的數據做小波分解獲得小波分解系數，再對小波分解系數進行閾值處理(即濾波)，然后進行小波重構獲得濾波后的時域信號，最后做數據累加，由此可以得到比較干凈的信號，從而提高系統信噪比。

為了達到上述目的，本發明采用一種帶小波濾波功能的數據采集累加器，包括數據輸入模塊和現場可編程門陣列模塊，其特征在于：所述現場可編程門陣列模塊由小波濾波器和累加器組成。

所述數據輸入模塊包括模數轉換模塊。

所述小波濾波器包括小波分解IP核、小波系數閾值處理器以及小波重構IP核。

所述累加器由寄存器單元、多位累加器單元、雙口RAM單元和地址產生器單元組成。

所述寄存器單元包括：第一寄存器單元、第二寄存器單元和第三寄存器單元。

系統各部分功能如下：

所述模數轉換模塊用來把需要處理的模擬信號轉化為數字信號。

所述小波分解IP核，其功能對數據輸入模塊輸出的數據(序列)做小波分解，獲得信號的小波分解系數。

所述小波系數閾值處理器，其功能是對小波分解的各級系數做閾值處理(即濾波)，獲得濾波后的小波重構系數。

所述小波重構IP核，其功能是用來把經小波系數閥值處理(濾波)后的小波系數，重構出濾波后的時域信號。

所述寄存器單元用以緩存數據；

所述第一寄存器單元把來自所述小波重構IP核的數據傳給多位累加器單元，所述多位累加器單元通過第二寄存器單元和第三寄存器單元與所述雙口RAM單元相連，所述雙口RAM單元與所述地址產生器單元相連。

所述多位累加器單元用以對數據進行相加求和；

所述雙口RAM單元可以實現數據同時讀寫功能；

所述地址產生器單元用以向所述雙口RAM單元提供地址；

在本發明中，對采集到的信號通過小波變換進行濾波，即先進行小波分解，獲得小波系數，然后對小波系數做閾值處理(即濾波)，把大部分的噪聲系數濾除，再進行小波重構，就可以獲得濾波后比較干凈的信號，提高系統信噪比。

一種帶小波濾波功能的數據采集累加器的實現方法，包括以下步驟：

第一步，所述數據輸入模塊的數據經過小波分解IP核進行小波分解后獲得信號的小波分解系數。

第二步，小波分解系數經小波系數閾值處理器進行閥值處理(即濾波)，獲得濾波后的小波重構系數。

第三步，小波重構系數經過小波重構IP核進行小波重構，獲得濾波后的時域信號；

第四步，濾波后的時域信號(數據)經過第一寄存器單元(包含m個寄存器)，歷時m個時鐘周期后到達多位累加器單元；

第五步，與第一步同時進行，雙口RAM單元的數據經過第二寄存器單元(包含n個寄存器)，歷時n個時鐘周期后到達多位累加器單元；