基于DSP的遙測(cè)數(shù)據(jù)壓縮裝置的設(shè)計(jì)

摘要：隨著科技發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，本文特別針對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)中的噪聲參數(shù)進(jìn)行研究，在深入了解信號(hào)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)今數(shù)據(jù)壓縮發(fā)展的前沿技術(shù)，設(shè)計(jì)、改進(jìn)得到一種可應(yīng)用于實(shí)際情況、能夠滿(mǎn)足實(shí)際需求的噪聲數(shù)據(jù)壓縮算法，對(duì)該算法進(jìn)行各類(lèi)條件下的仿真，并研制采用該算法的滿(mǎn)足高效、實(shí)時(shí)要求的原理樣機(jī)。

關(guān)鍵詞：DSP 遙測(cè)數(shù)據(jù) 固件

1 概述

通常情況下，大量的噪聲參數(shù)占據(jù)了系統(tǒng)相當(dāng)?shù)娜萘浚b測(cè)數(shù)據(jù)中1路噪聲參數(shù)的容量一般會(huì)達(dá)到160Kbps，而遙測(cè)信道的帶寬是有限的，需要研究設(shè)計(jì)一種有效的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)壓縮算法，需要充分研究單路噪聲數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，以完成更多的噪聲參數(shù)的測(cè)量。這樣，可以滿(mǎn)足總體測(cè)量需求，更好、更多地完成測(cè)量項(xiàng)目，將系統(tǒng)容量的壓力大大減小[1][2]。

本文就是特別針對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)中的噪聲參數(shù)進(jìn)行研究，在深入了解信號(hào)特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)今數(shù)據(jù)壓縮發(fā)展的前沿技術(shù)，設(shè)計(jì)、改進(jìn)得到一種可應(yīng)用于實(shí)際情況、能夠滿(mǎn)足實(shí)際需求的噪聲數(shù)據(jù)壓縮算法，對(duì)該算法進(jìn)行各類(lèi)條件下的仿真，并研制了采用該算法的滿(mǎn)足高效、實(shí)時(shí)要求的原理樣機(jī)。

2 遙測(cè)噪聲數(shù)據(jù)特性分析

通常情況下，聲音是指人耳能聽(tīng)到的外部空氣振動(dòng)。能夠代替人耳接收到這些振動(dòng)信號(hào)的傳感器所復(fù)現(xiàn)的信息也可稱(chēng)為聲音信息。

聲音的產(chǎn)生總是始于某種能量的激勵(lì)，導(dǎo)致某些機(jī)械質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生周期振動(dòng)，形成聲源，振動(dòng)通過(guò)一定的介質(zhì)（空氣、水、巖石）傳播，然后到達(dá)接收點(diǎn)，被人耳接收轉(zhuǎn)換為生物電能，以信息形式與人的大腦發(fā)生作用。

噪聲數(shù)據(jù)的獲取

遙測(cè)噪聲屬于機(jī)械噪聲，本文主要研究此類(lèi)噪聲的量化與壓縮。

白噪聲指在寬頻帶內(nèi)幅度(強(qiáng)度)均為隨機(jī)的一類(lèi)特殊噪聲，通常是用于研究、測(cè)試的一種人造噪聲。

本文研究的噪聲均為噪聲傳感器接收到的模擬電壓量經(jīng)A/D量化以后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。所謂壓縮就是指如何降低這類(lèi)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。

3 硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由地面計(jì)算機(jī)（即主機(jī)）作為控制單元，通過(guò)USB口發(fā)送打開(kāi)設(shè)備命令，然后由各級(jí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的操作。外接電源為+5V直流電輸入，硬件連接示意圖如圖1所示。

遙測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)損壓縮器主要由三個(gè)部分構(gòu)成[3]：模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及數(shù)據(jù)接口模塊。前端由噪聲傳感器輸入的單路噪聲信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊的整形放大以后，輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換器受可編程邏輯控制，不停地按照設(shè)定的采樣率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，把得到的數(shù)據(jù)通過(guò)總線(xiàn)寫(xiě)入到輸入雙口RAM，該雙口RAM被分割為兩個(gè)大的數(shù)據(jù)緩沖，雙緩沖輪換工作。某個(gè)緩沖被寫(xiě)滿(mǎn)，就會(huì)出發(fā)一次中斷，通知可編程邏輯和DSP內(nèi)核，DSP隨后把該緩沖讀入到內(nèi)存中，進(jìn)行高速壓縮以后，寫(xiě)出到輸出雙口RAM。當(dāng)中央數(shù)據(jù)處理模塊的輸出雙口RAM中被寫(xiě)入一定數(shù)據(jù)后提交，直接會(huì)給接口模塊的FPGA發(fā)送一個(gè)狀態(tài)，F(xiàn)PGA讀取數(shù)據(jù)，通過(guò)USB控制器回送給上位PC機(jī)，做進(jìn)一步分析。三個(gè)主要模塊的原理框圖分別如圖2、圖3和圖4所示。

4 工作狀態(tài)、性能參數(shù)測(cè)試

主要測(cè)試內(nèi)容有：

①樣機(jī)系統(tǒng)是否可以正常工作，實(shí)現(xiàn)聲音信號(hào)的量化采集、實(shí)時(shí)壓縮、數(shù)據(jù)接收和分析等工作。

②逐項(xiàng)測(cè)試壓縮器的相關(guān)參數(shù)。

通上電，進(jìn)入工作狀態(tài)，通過(guò)對(duì)電路各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)流的測(cè)試分析，可得到系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。任務(wù)要求的主要參數(shù)與實(shí)際達(dá)到的參數(shù)對(duì)比如下：

從測(cè)試結(jié)果看出，設(shè)計(jì)樣機(jī)的性能完全滿(mǎn)足提出的期望。

5 結(jié)論

針對(duì)某些單一的指標(biāo)而言，并不能區(qū)分孰優(yōu)孰劣。不同的算法處理對(duì)不同的數(shù)據(jù)而言效率各不相同。LZ+ARC的算法的穩(wěn)定性和廣適性是非常好的，對(duì)于遙測(cè)噪聲這樣的未知數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理是相當(dāng)重要的。雖然它在每項(xiàng)比較中都不是最優(yōu)的，鑒于以上結(jié)論，本壓縮器可以圓滿(mǎn)完成任務(wù)。[4]

參考文獻(xiàn)：

[1]吳凈文.遙測(cè)速變振動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)壓縮的研究，航天科工集團(tuán)第二研究院碩士學(xué)位論文，2003.

[2][美]David Salomon，吳樂(lè)南等譯.數(shù)據(jù)壓縮原理與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2003.

[3]吳樂(lè)南編著.數(shù)據(jù)壓縮，電子工業(yè)出版社，2000.

[4]王平.LZW無(wú)損壓縮算法的實(shí)現(xiàn)與研究[J].計(jì)算機(jī)工程，2002，28(7):98-99.