适合于硬件高效执行的新型无乘法小波变换

消除小波变换中的乘法运算,能大大节省超大规模集成电路(very large-scale integration, VLSI)执行小波变换的时间,降低VLSI的复杂度。实现无乘法运算小波变换(multiplication-free wavelet transform, MFWT)的捷径是利用移位小波,即对应的小波滤波器是滤波系数为±1乘2的整数次幂的移位滤波器或移位滤波器序列。该文提出的实现MFWT的途径是：小波变换采用提升方式(lifting wavelet transform),小波滤波器在Lazy小波的基础上用提升法(liftingscheme)生成,每个提升滤波器都设计成简单的移位滤波器;这样,提升WT的每个预测(Predict)与改正(Update)步骤都只是计算当前数据与移位滤波器的相关系数的过程,可用移位加实现,避免了乘法运算。这种方案的关键是设计移位小波滤波器。该文详细研究了线性相位、非线性相位移位小波滤波器生成方法,内容包括如何根据对小波相频特性的要求选择提升滤波器形式,如何根据对小波幅频特性的要求确定提升滤波器参数等,并给出了一大批这样生成的移位小波滤波器的参数,以及部分这种小波的特性曲线。     

Parallel VLSI design for the fast 3-D DWT core algorithm

By studying the core algorithm of a three-dimensional discrete wavelet transform (3-D DWT) in depth, this paper divides it into three one-dimensional discrete wavelet transforms (1-D DWTs). Based on the implementation of a 3-D DWT software, a parallel architecture design of a very large-scale integration (VLSI) is produced. It needs three dual-port random-access memory (RAM) to store the temporary results and transpose the matrix, then builds up a pipeline model composed of the three 1-D DWTs. In the design, the finite state machine (FSM) is used well to control the flow. Compared with the serial mode, the experimental results of the post synthesized simulation show that the design method is correct and effective. It can increase the processing speed by about 66%, work at 59 MHz, and meet the real-time needs of the video encoder. Translated from Transactions of Beijing Institute of Technology, 2006, 26(3): 211–215 [译自: 北京理工大学学报]     

广域测量系统数据在线无损压缩算法

广域测量系统(wide-area measurement system,WAMS)中,相量测量装置(phasor measurement unit,PMU)上传数据频率为100Hz,存储占用空间和写入速度对系统要求很高。旋转门(swing door trending,SDT)压缩算法在保留原始数据足够精度的条件下,压缩效率低,Huffman编码压缩计算时间长,难以适应WAMS实时数据的采样速度。文中给出了一种WAMS实时数据在线压缩算法：对原始数据做初等变换,只保存过程数据的增量,浮点(float)型数据分解为单字节存取,用改进的LZW(Lemple-Ziv-Welch)算法实现WAMS过程数据的在线无损压缩。6 000个连续实时数据压缩计算时间为16 ms,压缩比小于30%,可以满足电力系统分析计算对过程数据的要求。工程实践表明,该算法有效可靠,可满足WAMS实时数据的存储要求。     

Efficient abstraction algorithms for accelerating reconfiguration of VLSI arrays

Employment of fault‐tolerant techniques is necessary for the operability and reliability of very large scale integration (VLSI) arrays. Moreover, fault tolerance must be obtained at high speed on real‐time embedded systems. In this paper, a novel abstract model, based on the abstraction technique, is proposed to accelerate the reconfiguration of degradable VLSI arrays with low fault density. Given an m × n physical array with faults, the proposed technique extracts some physical rows including faulty elements to construct an abstraction array, ignoring the physical rows without faults, such that the size of original physical array can be significantly reduced to speed up the reconfiguration of VLSI array. In addition, we conclusively demonstrate the preservation of properties between the abstract array and the physical array to guarantee that the proposed technique is correct. Experimental results show that for a 128 × 128 physical array with 0.1% faults, a 15 × 128 abstract array can be constructed and the compression is more than 88.20%. This abstraction technique is bound into a reconfiguration algorithm cited in this paper. Simulation results show that the running time can be improved by more than 66.79% for a 128 × 128 physical array with 0.1% faults. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

一个基于FPGA的多通道压频转换数据采集系统接口

本文描述了一个用于8通道压频转换（VFC）数据采集系统的全数字接口模块，该采集系统具有高信噪比和低的接口定时约束，接口模块用一片现场可编程门阵列（FPGA）芯片实现．除了结构紧凑、工作可靠以外，使用FPGA实现的该接口模块可以多次重新构造，以便适应系统结构或功能上的变化需求．     

基于FPGA的多通道数据采集系统的设计

介绍了一种基于Mach XO2 4000ZE系列的FPGA芯片和模数转换芯片AD7356的多通道数据采集系统,采样率最高可达到5Msps。系统采用多个AD芯片来实现多路模拟量的实时采集。通过verilog编程语言实现FPGA芯片对AD转换的时序控制。FPGA内嵌的双口RAM作为数据缓存器来存储转换结果。通过FPGA控制单元对AD转换部分和数据缓存部分的控制可实现数据采集与数据输出的同时执行。阐述了系统的构成以及各个部分的工作原理,着重分析了FPGA控制策略和数据缓存的实现,并使用Modelsim仿真软件进行仿真与分析。     

Optimization of Data Coils in a Multiband Wireless Link for Neuroprosthetic Implantable Devices

We have presented the design methodology along with detailed simulation and measurement results for optimizing a multiband transcutaneous wireless link for high-performance implantable neuroprosthetic devices. We have utilized three individual carrier signals and coil/antenna pairs for power transmission, forward data transmission from outside into the body, and back telemetry in the opposite direction. Power is transmitted at 13.56 MHz through a pair of printed spiral coils (PSCs) facing each other. Two different designs have been evaluated for forward data coils, both of which help to minimize power carrier interference in the received data carrier. One is a pair of perpendicular coils that are wound across the diameter of the power PSCs. The other design is a pair of planar figure-8 coils that are in the same plane as the power PSCs. We have compared the robustness of each design against horizontal misalignments and rotations in different directions. Simulation and measurements are also conducted on a miniature spiral antenna, designed to operate with impulse-radio ultra-wideband (IR-UWB) circuitry for back telemetry.     

电力系统稳态数据参数化压缩算法

针对电力系统运行中产生的大量稳态数据,提出一种基于自适应神经模糊推理系统(adaptive-network-based fuzzy inference system,ANFIS)建模的参数化压缩算法。通过实现等相位采集方式,有效改善电网稳态数据的周期滑步现象,并建立和分析等相位数据的数学模型,为参数化压缩算法提供理论依据。设计参数化压缩算法的结构,并给出实现流程。该算法利用ANFIS系统建立基准序列模型,用于重构数据,采用三次样条插值建立基准相位模型,用于计算各周波相位差,由此将需存储的数据变为模型参数及相位差。最后利用仿真和实测数据详细分析影响系统信噪比和压缩比的因素,为参数的选取提供了参考,验证了算法不仅能提高稳态数据的压缩比,而且能有效滤除系统噪声,为电力系统海量数据的压缩提供了一种新思路。     

基于FPGA的高精度多路温度采集器

描述了一个高精度多通道温度采集器的硬件设计和实现过程,系统采用AD590作为温度传感器、辅之以高质量数据放大器,可实现高精度温度测量;模数转换部分采用ADC0809;采集控制单元采用ALTERA的FPGA芯片实现。系统具有简洁可靠、开发周期短等特点。     

Reed-Solomon译码算法

文中利用BM迭代算法与最短线性反馈移位寄存器综合算法(LFSR)的相关性,提出基于Ⅵ蔓I设计的RS译码的实现方法.该方法实现译码器的标准单元化设计,并且有效提高译码的速度,简化硬件设计.     

声波测井数据压缩的一种SPIHT改进算法

大量声波测井数据的传输和存储迫切需要有效的压缩编码技术,文中把声波测井数据看成声波图像,利用提升算法构造整数小波变换,同时针对井下数据处理的实时性,提出了一种改进的SPIHT算法,并设计了一种适合井下数据处理的并行实现结构,实际应用表明该方法能够满足高速实时处理的需要.     

绝缘子泄漏电流的自适应SPIHT数据压缩

任何一串绝缘子故障都可能诱发电网事故,因此绝缘子的在线监测十分重要。为了发现绝缘子放电等异常,泄漏电流的采样频率须比较高,数据量大,这就要求对这些采样数据进行压缩。本文提出自适应SPIHT算法,该算法可以根据小波系数集合的显著性自适应地进行集合划分,有效地减少了原始SPIHT算法判断集合中系数是否全部为0的次数,尤其适合压缩泄漏电流这类高噪声信号。针对泄漏电流周期冗余和高噪声的特点,本文利用自适应SPIHT和DPCM分别对泄漏电流的小波细节分量和近似分量进行编码。如果再应用上下文自适应二进制算术编码,那么编码性能还可以进一步提高。对绝缘子泄漏电流的实测数据检验了算法的压缩性能,和SPIHT算法相比,压缩性能显著提高。该算法同已有的用于电力系统数据压缩的二维算法相比,允许采完一个工频周期的数据后就进行压缩,更适用于实时或在线的场合。     

实现五维数据可视化的一种方法

将第4个自变量映射到时间上,使因变量的空间色场有规律地变化,能够实现五维数据场可视化,但其实现方法是原理性的,需对事先得到的四维可视化图形簇进行按序排列的人工预处理,再依次展现出来,不但耗时且需要操作技巧。此处提出了一种改进的五维数据可视化方法,一次性地用程序实现了完全五维数据场的可视化。提供了电压型PWM变频电源用非对称T型无源滤波器优化设计的算例和程序框图,并对所耗计算机时空资源进行了分析。     

电力系统周期性数据大比率压缩算法

针对电力系统大量周期性实时数据,提出了一种新的数据压缩与解压缩算法.针对周期性数据循环内与循环间信息不均衡性,基于三次样条插值方法进行重采样以实现整周期采样,克服电网频率波动的影响,消除循环内与循环间信息的耦合,更有效去除循环间数据的冗余性,实现大压缩比.分析了该重采样方法的误差,利用基于提升格式的小波分解对数据等相位点序列分别进行分解与重构,实现数据压缩与解压缩.利用实际测取的电力生产过程中的周期性数据对所提出的算法进行验证,试验结果表明,在相同的压缩比下,重采样之后进行压缩的数据的信噪比优于直接压缩数据的信噪比.     

基于B样条小波的电力系统故障录波信号的数据压缩技术

针对在电力系统发生故障时,微机型继电保护装置因受内存容量的限制,不能存储过多故障数据的现象,提出一种实用的数据压缩技术———采用离散小波变换把数据从时域变换到频域,对高频系数选取门限进行阈值量化,对低频系数则经过数据变换后实施自适应Huffman编码处理,并对小波阈值设置、样条小波、Huffman编码等关键问题进行了详细讨论。仿真分析表明,数据压缩比和重构的方均误差均很小,验证了本方法的可行性,具较高的实用价值。     

数据压缩在用电信息采集远程通信中的应用

探讨了用电信息采集系统中远程通信数据压缩的重要性和可行性,并从信息论角度指出远程通信报文存在的信息冗余度,提出采用数据压缩的方法可以缩短用电信息采集数据的传输时间,提高数据传输效率。并且,在GPRS/CDMA等无线公网通信技术为实际主导的通信方式现状下,数据压缩还可以降低数据传输成本,为电力企业节约通信流量费用。通过运用无损压缩领域的经典算法LZ77进行仿真实验,验证了数据压缩的效果。实验结果表明,LZ77算法对于常用的电能量和电能质量等长通信报文可以起到良好的压缩效果,对于低压居民电量采集等应用可以极大地缩短数据传输时间,为用电信息数据的及时获取提供保障,改善用电信息采集系统的工作效率。     

电力系统二维重组法数据压缩算法

提出了一种新的数据压缩与解压缩算法,针对周期性数据循环内与循环间信息不均衡性,能够在电网频率波动的情况下,通过自动调整采样频率,消除周期性数据循环内与循环间信息耦合,更有效地去除循环间数据冗余性,实现电力系统周期性数据大比率数据压缩。采用了二元线性回归算法对电网频率进行实时预测,提出同步数字倍频法用来产生同步采样脉冲,进而实现等相位同步采样,利用基于提升格式的小波分解对数据等相位点序列分别进行分解与重构,实现数据压缩与解压缩。利用实际测取的电力生产过程中的周期性数据对算法进行验证,试验结果表明,在相同的压缩比下,基于等相位采样的重构效果优于基于等间隔采样的重构效果。     

嵌入式零树图像编码在故障信号压缩中的应用

随着对电力系统故障过程监控水平要求的逐步提高,急剧增大的故障录波器数据量给数据传输和储存带来了很大的困难,因此数据压缩也越来越受到人们的关注。在描述小波包变换的基础上,提出了一种由嵌入式零树编码算法改变而成的应用于电力系统一维故障数据压缩的压缩方法。仿真结果表明该算法对电力系统故障数据的压缩十分有效,并且实现简单,在任意点中断编解码不会影响算法重构出基本波形。     

任意波形发生器用于产生多路信号

本文研究任意波形发生器（AWG）的工作原理及关键技术。介绍利用数字信号处理产生任意波形的理论根据及对所用的AWG性能的要求,并通过试验验证AWG产生复杂、多变的背景多路信号的能力。