[实用新型]一种1-bit压缩感知采样及数据处理电路

说明书

技术领域

本实用新型属于压缩感知领域，主要涉及1-bit压缩感知采样及数据处理电路。

背景技术

目前，所应用的采样方案需通过对高速ADC对信号经行采样后，对采样后的数据经行压缩编码处理并经行存储，减少数据量。在解码端对数据经行解码处理，恢复原采样后得到的信号。该采样方案由于必须满足奈奎斯特采样定理，信号采样速率大于信号带宽两倍，需要高速ADC进行采样。将采样后的数据进行压缩，将小系数的数据直接丢弃，重大系数予以保留，并对他们的幅度和位置经行编码，最后存储和传输该编码值，在解码端对数据经行恢复。该采样机数据处理方案对硬件的要求很高，采样后的数据大量被丢弃，浪费系统内存和处理器资源。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述问题，本实用新型提出了1-bit压缩感知处理电路，实现不使用ADC对信号的压缩感知采样，完成采样数据的存储、数据重建及数据传输。

(二)技术方案

本实用新型主要涉及1-bit压缩感知采样及数据处理电路，包括压缩感知采样电路、处理器电路和网络接口电路，以及存储器部分；所述的压缩感知采样电路包括模拟乘法器电路、数模转换电路、积分电路、整流电路，所述的处理器电路包括单片机(MSP430)电路和FPGA(可编程逻辑器件)电路，所述的网络接口电路包括单片机(STC89C54)电路和以太网芯片电路。

进一步的，运行方式是先通过处理器产生的随机序列输入至压缩感知采样电路的DAC(数模转换器)生成模拟信号，在模拟乘法器与待采样信号完成混频，混频后的信号经积分和整流处理，再由FPGA(可编程逻辑器件)完成门限判决，门限判决电路是与一个或者多个门限电压相比较的电路，相比较的基准电平称为门限电平。即当输入的幅值大于设定值时，输入为1，小于设定值时，输入为0。采样后的幅值仅需要用一个比特来表示，为1-bit压缩感知。门限判决得到的数据直接由处理器对采样数据经行算法重建，再通过网络接口或者其他数据接口对数据进行传输。

进一步的，所述的存储器部分可以是FPGA(可编程逻辑器件)、单片机、DSP等处理器，同时存储器部分也可以采用SDRAM、硬盘等数据存储设备，数据传输可以通过USB、网络接口等数据传输接口。

进一步的，利用传统采样得到100个点的数据，若每个点的数据采用8个比特来表示，则100个点需要800比特，而1-bit压缩感知每个点的数据仅需1个比特来表示，100的点仅需要100个比特，占用的存储的空间减少了87.5％。如果传统采样的的数据每个点用16个比特来表示，对比使用1-bit压缩感知占用空间将减少93.75％。

进一步的，所述压缩感知采样部分各个元器件的型号为：模拟乘法器(MC1496)、数模转换器(DAC0832)、音频运放OP2134；所述处理器部分各个元器件的型号为：单片机(MSP430)、FPGA(可编程逻辑器件)(XC3S50AN)；所述网络接口各个元器件的型号为：单片机(STC89C54)和以太网芯片(RTL8019AS)。

(三)有益效果

高速ADC往往成本昂贵，而且采样后产生的数据巨大，采样数据的每个幅度值需要用多个比特来表示。而该发明不需要使用ADC来进行数据采样，每个采样值只需一个比特来表示，所以得到的数据占用存储空间极小。该电路不需通过对采样后的数据进行压缩处理，而是压缩与采样同时经行。无需对采样后的数据压缩冗余度，因此可以大大降低数据采集的要求，而且无需对数据进行压缩处理。采集后数据量小，可以使存储设备得到更好的利用，并且由于无需对大量的采样数据经行压缩编码处理，可以降低系统的内存使用和处理器资源。因此可以选用廉价的处理器和内存，进一步降低成本。

附图说明

图1是本实用新型的原理电路图。

图2是本实用新型的采样电路图。

图3是本实用新型的处理器电路图。

图4是本实用新型的网络接口电路图。

图5是本实用新型的电路原理框图。

图6是传统采样得到的数据示意图。

图7是本实用新型采样得到的数据示意图。

图8是本实用新型缩感知算法重建得到的数据示意图。