1、第1卷第2期V 0 1 .1 8N o .2電子設(shè)計(jì)工程eleectroonicdenenenenegeingeeringg 20年2月feb.20fpga實(shí)現(xiàn)了滑動(dòng)平均濾波算法和L Z W壓縮算法的陳世海后東興、張珂(中北大學(xué)器械科學(xué)和山西太原03051 )摘要：針對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高速長(zhǎng)時(shí)間采樣和后端數(shù)據(jù)傳輸榆樹(shù)和記憶能力有限的問(wèn)題，提出了基于F P G A的數(shù)據(jù)壓縮解決方案。 同時(shí)，在壓縮數(shù)據(jù)之前采用濾波預(yù)處理技術(shù)以平滑數(shù)據(jù)中的量化噪聲。 介紹了L Z W算法和滑動(dòng)濾波算法的基本理論，并詳細(xì)描述了用單片F(xiàn) P G A實(shí)現(xiàn)兩種算法的方法。 最終測(cè)試結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)方案能有效地濾波除數(shù)中的高頻噪

2、聲，同時(shí)得到高壓縮率和壓縮速度，具有實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)收集滑動(dòng)平均過(guò)濾算法L Z W； F P G A中的圖分類(lèi)編號(hào)： T N 4 3文獻(xiàn)識(shí)別碼： a文章編號(hào)： 1674-636 (2010 ) 0.2-0.6.10 impleementionofmonig-avergefilterallegorithmadllgorithmbasedonfg AC P E ID o n g - x i n g 222222222喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓喀嚓6 ivo砷Wei涂上i t yo f C h i n a后tiYYUN03051 ) ab

3、stract:considrinthepstbstbstbstbstaqqsitnstmfralongpriodofhih-sp edsmamamigadthelmiatatmasisisisisisisisisisitiy asoliuti onfipaisproposed.asttheesamoteetimi是inordertosmooththequntizingnosie是beofredatacofsmisionusingafilterasteshe-treeetentttteee n-treo decs tshebasacthiroyoflwairgirlgirlgirlgirlgir

4、lgirlgageefilrailgirlgirletmagirlgirlgirlgirlgirlgirlgirlgirlgirlgirlg irlgirlgirlgirlgirlgirlgirlgirlgirlgirlgirlgirlgirl ivolotththehih-ffeinceninoieoaftd，meaeNWhiel，iffe，iffe，iffe，iffe，iffe，iful，iful，iful，iful，ifaf，ifaf iful，iful，iful ibtotbainsagodcordssiinonraioadpocatesigsegseed，aidhasacacsaip

5、cplvalive.keywor RS:dachaacyusitin； movoge-aereeflaligliethm； L Z W； F P G A在工業(yè)生產(chǎn)、科研過(guò)程中為了觀察信號(hào)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要長(zhǎng)時(shí)間高速地對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，龐大的數(shù)據(jù)量給數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)和處理帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)可以減輕數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)系統(tǒng)上的壓力。的。 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)有可逆壓縮和可逆壓縮兩種。 可逆壓縮利用數(shù)據(jù)冗馀進(jìn)行壓縮，在重構(gòu)壓縮后的數(shù)據(jù)后，與原始數(shù)據(jù)完全相同：重構(gòu)可逆壓縮后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)不同。 許多數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)為了待測(cè)對(duì)象的不確定性必須使用無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮I n。 由于L Z W可逆壓縮算法具有白自適應(yīng)特性

6、，在信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性不明的情況下，還是有良好的壓縮效果。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(F P G A )的高集成度、低功耗、靈活性、并行運(yùn)算特性1 2 1，該設(shè)計(jì)使用F P G A通過(guò)硬件方式實(shí)現(xiàn)L z W算法。 提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)壓縮能力。 另外，考慮到L z W算法自身的特點(diǎn)，為了提高壓縮率，減少上位機(jī)的對(duì)數(shù)數(shù)據(jù)軟濾波的運(yùn)算量，采用了在壓縮數(shù)據(jù)前進(jìn)行滑動(dòng)平均數(shù)字濾波的預(yù)處理方法。數(shù)據(jù)集曲線。 提高后續(xù)壓縮的性能.系統(tǒng)采用具有低通路特性的滑動(dòng)平均數(shù)字濾波器. 滑動(dòng)平均濾波法將iv個(gè)收集數(shù)據(jù)視為一列，列長(zhǎng)度相同，v，每次進(jìn)行新采樣時(shí)，將新采樣結(jié)果入隊(duì)，去除原列開(kāi)頭的數(shù)據(jù)。 對(duì)列的iv個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算

7、。 其結(jié)果成為新的過(guò)濾結(jié)果 3 1。 濾波算法的數(shù)學(xué)模型描述如下： I盟x。=-壽乞x (1) 1I=0式中，兄弟是在第幾次采樣中濾波的結(jié)果，iv是濾波器折動(dòng)平均的分?jǐn)?shù)x。 未過(guò)濾的第(n-I )個(gè)樣本值。 具體地實(shí)現(xiàn)時(shí)，綜合考慮采樣頻率、信號(hào)的截止頻率以及硬件實(shí)現(xiàn)的規(guī)模和難易度，將iv值設(shè)定為8。 模塊使用8級(jí)移位寄存器和7個(gè)加法器實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的滑動(dòng)加法。 8級(jí)移位寄存器構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列。 其中的數(shù)據(jù)被各時(shí)鐘邊緣按壓而移動(dòng)一次，形成新舊數(shù)據(jù)的移動(dòng)m操作。 另外，使用固定值為8的除法器，實(shí)現(xiàn)了求滑動(dòng)和平均的運(yùn)算。 1滑動(dòng)平均數(shù)字濾波器2L Z W算法及其F P G A的實(shí)現(xiàn)是為了去除采樣系統(tǒng)中

8、的小幅度高頻A /D定量噪聲，平滑地實(shí)現(xiàn)了2 .1原稿日： 20009-08-20原稿號(hào)： 200090804作者概況：陳世海(1981 )，男，安徽旳L Z W算法的基本原理L Z W算法是一種基于詞典的壓縮算法，該算法的關(guān)鍵在于研究方向：教科書(shū)壓縮。6 7 -萬(wàn)方數(shù)據(jù)切斷皇塑料鹽三堡q！ q圭筷到塑料鍬到蒂冢筼翠INDEXLZWInitialize T a b l行傳送和存儲(chǔ)。 解壓縮數(shù)據(jù)時(shí)，也可以壓縮馴鹿從“r -”.產(chǎn))tls .工廠) m數(shù)據(jù)流重建辭典，來(lái)解壓縮舊數(shù)據(jù)。 算法dco l.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t.t

9、.t.t.t.t.- l二-算法=。 輸入字符； inpuTCTCCHARACTTER； whilechaccter=inpuctchcractter )eof|l塊核心( II 1 )“壟I墜落二酮制塊I竺配： 竺、竺銜蘭警備：三個(gè)籠2.mm的籠突然要綜合3個(gè)系統(tǒng)，進(jìn)行模擬和調(diào)整的下一個(gè)回合的匹配。 如果匹配失敗，則輸出s，將s和c的代碼值設(shè)為“”- -。 j一萬(wàn)方數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)落堂壅：用專(zhuān)用軟件打開(kāi)過(guò)濾器前后的數(shù)據(jù)。 當(dāng)觀察波形時(shí)，發(fā)現(xiàn)信號(hào)被濾波以減小衰減。 有效抑制了波形中的高頻量化噪聲，并且曲線的平滑度良好，這也表明濾波器的設(shè)計(jì)達(dá)成了預(yù)期的效果。 為了評(píng)估L Z W系統(tǒng)的壓縮效果，選擇了一組C

10、 a n t e r b u r y文件來(lái)運(yùn)行測(cè)試1 6 1。 表2是測(cè)試結(jié)果的一部分。 為了在F P G A內(nèi)部實(shí)現(xiàn)L Z W辭典，容量有限，對(duì)文本類(lèi)的數(shù)據(jù)壓縮效果差。 與文本數(shù)據(jù)相比，fax圖像系的數(shù)據(jù)具有高壓縮效果。 實(shí)際測(cè)試了A /D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)壓縮率約為2 5 %，本設(shè)計(jì)適用于實(shí)際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 包裹2CANTERURY文件測(cè)試的結(jié)果4結(jié)論本設(shè)計(jì)通過(guò)n、GAA從硬件上實(shí)現(xiàn)了滑動(dòng)濾波算法和L Z W無(wú)損壓縮算法。 通過(guò)實(shí)際的測(cè)試驗(yàn)證了。 這個(gè)系統(tǒng)可以正確地過(guò)濾和壓縮數(shù)據(jù). 壓縮效果很好，可以有效地減輕收集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)壓力。 同時(shí)。 8 1 .6M b /s的壓縮速度可以滿

11、足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)要求。 如果用外部R A M存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)L Z W辭典的話，就能大幅度擴(kuò)大辭典容量，顯著改善數(shù)據(jù)的壓縮效果。參考文獻(xiàn)：【l】38771鴻、佩東興、祖先靜.無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用探討 J .華北工學(xué)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，24 (1):6-7 .【2】利用李雷定、馬鐵華. F l e A實(shí)現(xiàn)L z W算法的研究【j】.電子測(cè)量技術(shù)， 3 1 (1 0 ) :1 7 0 1 7 2 . 【3】黃凱明.滑動(dòng)平均數(shù)字濾波器參數(shù)研究【j】.集美大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，1l (4):381-384，【4】朱鋼、臧亞琴、劉方.壓縮技術(shù)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用【j】.數(shù)據(jù)采集和處理n

12、elsonmnnmark腳dacompesin EB/ou L9.HTP:/marne son.ud L9/101/lzw-da t a - c o m p r e s s i o N 【6 】D a v i ds a l o m o n .教科書(shū)壓縮原理和應(yīng)用【m】.吳樂(lè)南等譯.北京：電子工業(yè)出版社. 2003.16-萬(wàn)方數(shù)據(jù)FPGA實(shí)現(xiàn)了滑動(dòng)平均濾波算法和LZW壓縮算法FPGA 實(shí)現(xiàn)了塔算法和LZW壓縮算法的作者：陳世海，佩東興，張珂作者單位：中北大學(xué)器械科學(xué)和動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西，太原030051刊名：電子設(shè)計(jì)工程英文刊名：電子設(shè)計(jì)工程年，卷(期):2010 18(2)引用次數(shù)

13、： 0次參考文獻(xiàn)1 .鞋鴻.后東興.祖靜無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮在數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中的應(yīng)用探討2003(1) 2.利用李雷定.馬鐵華FPGA實(shí)現(xiàn)LZW算法的研究2008(10) 3.黃凱明折動(dòng)平均數(shù)字濾波器研究2006(4)。 4 .朱鋼.臧亞琴.劉方壓縮技術(shù)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用1997(1)5.納爾遜marklzwdatacompression 1989.David Salomon .吳樂(lè)南數(shù)據(jù)壓縮原理和應(yīng)用2003類(lèi)似文獻(xiàn)(3條)類(lèi)似文獻(xiàn)(3條)。 1、學(xué)位論文孫王強(qiáng)多路微弱電流采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)2007本文詳細(xì)介紹了多路微弱光電流采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，選擇某個(gè)電流利用精密的I/V轉(zhuǎn)換電路獲得相應(yīng)的電壓，原理上可以消除I/V轉(zhuǎn)換電路引起的偏差誤差。 由于模擬開(kāi)關(guān)的各通道之間的寄生電容的存在，I/V轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換電壓不立即穩(wěn)定，振蕩現(xiàn)象的發(fā)生，分析了電路模型，并提出了電路模型，為了達(dá)成相應(yīng)地說(shuō)明的系統(tǒng)指標(biāo)，利用并行處理的思想，在4個(gè)I/V轉(zhuǎn)換模塊中同時(shí)動(dòng)作選擇使用模擬開(kāi)關(guān)CD4052將達(dá)到穩(wěn)定的電壓信號(hào)輸入到采樣保持件，在前通道中采用“管線”式的作業(yè)，在碼電路和可編程控制放大器PGA203中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)范圍轉(zhuǎn)換，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度和速度比較了89C51和. MSP430單片機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。 MSP430內(nèi)部支持