[发明专利]一种带小波滤波功能的数据采集累加器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种带小波滤波功能的数据采集累加技术领域。

背景技术

在光纤传感应用中，尤其在分布式光纤测温系统(DTS系统)中，由于散射信号十分微弱，完全被淹没在噪声中，系统需要采用弱信号检测技术，从噪声中提取待测信号。以光纤测温系统为例，系统中噪声的主要成分是白噪声，其具有零均值的统计特性，可以利用噪声的统计特性来达到降噪的目的。因此，为提高信噪比，后续信号处理采用数字平均的方法，即将一次测量的X(如X＝4000)点数据依次存储到内存单元中，将下一次测量的X点数据与内存对应单元的数据相加，再放回原内存单元，依次循环Y(如Y＝10000)次，然后对各单元求平均，以获得最接近真实信号的有效数据。然而，一方面白噪声是宽带噪声，也就是其带宽很宽，通过上述累加和平均方法，虽然可以消除一部分，但是白噪声的影响还是很明显，系统信噪比还是不理想；而另一方面，DTS系统中淹没在噪声中的有效信号其带宽也比较宽，从低频到高频部分一直都有信号分布，实验表明，温度信号的频谱主要集中在几十Hz到几十MHz范围内。因此，采用传统的累加和平均除噪方法仍不能完全消除白噪声，不能获得比较干净的有效信号，从而不能达到提高信噪比的要求。

小波变换是一种信号分析方法，它可以对信号同时进行时域和频域分析，它具有多分辨率的特点，可以较好地从混有强噪声的信号中提取原始信号，被誉为分析信号的显微镜。通常基于小波滤波的信号处理方法包括小波分解、小波系数阈值处理和小波重构。

发明内容

为了解决上述技术中存在的问题，本发明提供一种带小波滤波功能的数据采集累加器，首先完成数据采集，然后对采集到的数据做小波分解获得小波分解系数，再对小波分解系数进行阈值处理(即滤波)，然后进行小波重构获得滤波后的时域信号，最后做数据累加，由此可以得到比较干净的信号，从而提高系统信噪比。

为了达到上述目的，本发明采用一种带小波滤波功能的数据采集累加器，包括数据输入模块和现场可编程门阵列模块，其特征在于：所述现场可编程门阵列模块由小波滤波器和累加器组成。

所述数据输入模块包括模数转换模块。

所述小波滤波器包括小波分解IP核、小波系数阈值处理器以及小波重构IP核。

所述累加器由寄存器单元、多位累加器单元、双口RAM单元和地址产生器单元组成。

所述寄存器单元包括：第一寄存器单元、第二寄存器单元和第三寄存器单元。

系统各部分功能如下：

所述模数转换模块用来把需要处理的模拟信号转化为数字信号。

所述小波分解IP核，其功能对数据输入模块输出的数据(序列)做小波分解，获得信号的小波分解系数。

所述小波系数阈值处理器，其功能是对小波分解的各级系数做阈值处理(即滤波)，获得滤波后的小波重构系数。

所述小波重构IP核，其功能是用来把经小波系数阀值处理(滤波)后的小波系数，重构出滤波后的时域信号。

所述寄存器单元用以缓存数据；

所述第一寄存器单元把来自所述小波重构IP核的数据传给多位累加器单元，所述多位累加器单元通过第二寄存器单元和第三寄存器单元与所述双口RAM单元相连，所述双口RAM单元与所述地址产生器单元相连。

所述多位累加器单元用以对数据进行相加求和；

所述双口RAM单元可以实现数据同时读写功能；

所述地址产生器单元用以向所述双口RAM单元提供地址；

在本发明中，对采集到的信号通过小波变换进行滤波，即先进行小波分解，获得小波系数，然后对小波系数做阈值处理(即滤波)，把大部分的噪声系数滤除，再进行小波重构，就可以获得滤波后比较干净的信号，提高系统信噪比。

一种带小波滤波功能的数据采集累加器的实现方法，包括以下步骤：

第一步，所述数据输入模块的数据经过小波分解IP核进行小波分解后获得信号的小波分解系数。

第二步，小波分解系数经小波系数阈值处理器进行阀值处理(即滤波)，获得滤波后的小波重构系数。

第三步，小波重构系数经过小波重构IP核进行小波重构，获得滤波后的时域信号；

第四步，滤波后的时域信号(数据)经过第一寄存器单元(包含m个寄存器)，历时m个时钟周期后到达多位累加器单元；

第五步，与第一步同时进行，双口RAM单元的数据经过第二寄存器单元(包含n个寄存器)，历时n个时钟周期后到达多位累加器单元；