[发明专利]基于FPGA的模块化盲源分离逻辑电路无效
申请号: | 201310606261.3 | 申请日: | 2013-11-22 |
公开(公告)号: | CN103746948A | 公开(公告)日: | 2014-04-23 |
发明(设计)人: | 王京辉;赵源超;陈东升;唐树刚 | 申请(专利权)人: | 天津理工大学 |
主分类号: | H04L25/03 | 分类号: | H04L25/03 |
代理公司: | 天津佳盟知识产权代理有限公司 12002 | 代理人: | 侯力 |
地址: | 300384 天津市西青*** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 fpga 模块化 分离 逻辑电路 | ||
技术领域
本发明属于信号处理技术领域,涉及以FPGA芯片为实现载体的盲源分离逻辑电路,该方法可广泛应用于工业控制或通信处理中。
背景技术
在现实生活和自然界中要得到反映某物理特性真实原始的源信号很困难,通过传感器获取的信息,往往是多个未知信号成分混合在一起的信号,对观测信号进行处理的目的就是恢复出无法直接观测的各个原始源信号。盲源分离过程可描述为:通过寻找一个满秩线性变换矩阵,以便使输出的各个分量尽可能地相互独立,最大程度地逼近各个源信号。
盲源分离在现代信号处理领域占有越来越重要的地位,已经在军事、生物医学、环境地理、工业控制、机械制造、图像分析等方面得到探索性的应用,但是在解决实际问题的过程中,对于大数据量实时要求严格的应用,如被动雷达、地震监测、加速器控制等仍然存在问题;产生这一需求根本原因是随着应用中采集的数据量越来越大,人们希望高速精确的获取数据的潜在信息。通用处理器的方法已经不能够满足需求,而FPGA的硬件结构可以完成这样的任务。
当前的FPGA实现盲源分离时,基本存在这样的问题 ,①算法结构复杂,计算过程涉及大量的矩阵处理,计算量巨大,导致实时性不够;②不同的应用和规模,算法结构差异巨大,基本没有移植性。
本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足,提供了一种基于FPGA芯片的模块化盲源分离逻辑电路,研究表明,采用硬件模块法的方式在算法的实时性方面将有极大的提高,同时易于根据输入信号变化,进行模块的替换,为工程应用提供了极大的方便。
发明内容
该盲源分离逻辑电路实现方式如下:首先通过硬件描述语言对盲源分离的实现过程进行描述,然后通过EDA工具,把描述内容生成逻辑电路的网表文件,然后把网表文件烧写到FPGA芯片中,使得FPGA芯片成为盲源分离的专用芯片;
以下描述中,单元指由数字逻辑组成的基本运算电路结构;模块指由单元构成的功能电路。
本发明提供的基于FPGA芯片的模块化盲源分离逻辑电路整体结构如图1所示,在FPGA芯片的内部由四个逻辑电路模块组成,分别是:数据输入模块、信号预处理模块、获取分离矩阵模块、分离信号输出模块,四个模块连接在一起,完成盲信号分离,其中,数据输入模块依次连接信号预处理模块、获取分离矩阵模块和分离信号输出模块,信号预处理模块同时连接分离信号输出模块,每个模块由基本数字逻辑电路单元组成;
模块1、数据输入模块:包括帧处理单元及局部存储单元;
输入信号后,送到帧处理单元,帧处理单元自带局部存储单元,通过读写总线连接,该局部存储单元作为外部输入数据的缓存,接收到数据后,按先进先出的方式发送给模块2,每发送一帧长度的数据,发送一个同步信号给模块2。
模块2、信号预处理模块:
对于被分离信源输入为多路信号的情况,该模块由特征值与特征向量单元、选择单元、开方单元、求倒数单元、多个局部存储单元、每路信号对应的求均值单元以及多路信号共用的矩阵与转置矩阵乘法单元组成;
连接方式如下:每路输入信号连接一个求均值单元,每路求均值单元通过读写电路共享一个均值局部存储单元,每路求均值单元的输出信号线连接到矩阵与转置矩阵乘法单元,矩阵与转置矩阵乘法单元自带局部存储单元,在矩阵与转置矩阵乘法单元的局部存储单元中进行输入数据的转置,矩阵与转置矩阵乘法单元连接特征值与特征向量单元;特征值与特征向量单元带有局部存储单元,特征值与特征向量单元通过外部同步信号线与选择单元和开方单元并行连接,开方单元通过读写总线连接特征值与特征向量单元的局部存储单元,求倒数单元的输入通过读写总线连接特征值与特征向量单元的局部存储单元获得,求倒数单元的输出线路与求均值单元的输出线路共同连接在矩阵与转置矩阵乘法单元上,把乘法结果作为送给模块3。
模块3、获取分离矩阵模块:
由数据计算单元、特征值和特征向量单元、矩阵求逆单元、矩阵乘法单元、多个局部存储单元组成;
连接方式如下:模块2同步信号线与乘法结果信号连接模块3的数据计算单元,数据计算单元自带局部存储单元,数据计算单元连接到特征值和特征向量单元,特征值和特征向量单元自带局部存储单元,矩阵求逆单元的输入通过读写总线连接特征值和特征向量单元的局部存储单元得到,矩阵求逆单元的输出线路与数据计算单元的输出线路共同连接到矩阵乘法单元,矩阵乘法单元把计算结果送入模块4;
模块4、分离信号输出模块:
该模块主要由矩阵求逆单元、矩阵乘法单元和串行输出单元组成;
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