专利名称：基于压缩采样技术的模数转换器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及数字技术，具体说就是基于压缩釆样技术的模数转换器。
(二)
背景技术：
数据压缩就是去掉数据中的冗余部分，传统的数据压缩编码理 论是以信息论为基础的，通常可以分为无损压缩算法和有损压缩算法 两类。无损压缩算法就是在数据压缩和解压缩过程中都不会有损失。 有损压缩算法会造成一些信息熵的损失，但是只要这种损失限制在允
许范围之内是可以接受的。经典的压缩编码方法通常有三种类型预 测编码、变换编码、统计编码。另外较新的有分形编码、小波变换图 像压缩编码等。
2006年，美国加州理工学院的Cand 6 s教授提出一种新的数据 压缩算法"压缩采样(Compressive Sampling, CS )，，，目前该方法 主要应用于图像数据的压缩。压缩采样技术和传统的数据压缩不同， 传统的数据压缩算法是先采集得到完整的数据，然后再对数据进行压 缩处理；而压缩采样则是直接获得压缩格式的数据，和传统的数据压 缩相比显然具有4艮大的优越性。
压缩采样技术可以和传统的ADC结合，制作成新的压缩釆样ADC， 实现直接采集得到压缩格式的数据。传统的ADC在进行模数转换的时 候需要满足采样定理，也就是采样频率必须大于信号中最高频率的2倍以上的时候，采样之后的数字信号才能完整地保留原始信号中的信 息。如果信号频率较高的话，那么釆样得到的数据量也是巨大的。而 采用压缩采样技术的ADC则不需要考虑采样频率，只和信号的稀疏性 有关，如果信号本身是稀疏的或者经过某种正交变换之后是稀疏的 话，那么就可以直接釆集压缩格式的数据，大大减少数据的采集量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不需要考虑采样频率、只和信号的稀 疏性有关、可以直接采集压缩格式数据、大大减少数据采集量的基于 压缩采样技术的模数转换器。
本发明的目的是这样实现的它是由模拟信号、压缩采样ADC和 压缩格式的二进制数字信号组成的。模拟信号连接压缩采样ADC,压 缩采样ADC连接压缩格式的二进制组成的信号。
本发明基于压缩采样技术的模数转换器，还有以下技术特征
所述的压缩采样ADC包括微控制器1、传统数模转换器DAC 2、 模拟乘法器3、积分电路4和传统ADC 5。微控制器l连接传统数模 转换器DAC 2 ，传统数模转换器DAC 2连接模拟乘法器3，模拟乘法 器3连接积分电路4，积分电路4连接传统ADC 5。
本发明基于压缩采样技术的模数转换器，工作过程如下首先由 微控制器1发出指令将事先存储在微控制器1上的巡组长度为"的服 从均值为零，方差为l/m的正态分布的随机数，通过传统数模转换器 DAC 2将离散的输入转换成模拟信号A(O， y = l，...，m,输入的模拟 信号x^)和^(小y人l，…，m通过模拟乘法器3相乘，得到新的模拟信号xWx^W，然后对新的模拟信号通过积分电路4进行积分，再采
用传统ADC 5对积分之后的模拟信号进行采样处理，处理之后即可以 得到离散的二进制数贝/), 7' = 1，...，附。
本发明是将模拟信号转换为数字信号的同时可以实现数据压缩 的功能，也就是从模拟信号中直接采集得到压缩格式的数字信号，和 传统的ADC比较可以大大减少数据采集量。
(四)
图1为本发明压缩采样ADC总体方框图； 图2为本发明压缩采样ADC的电路示意图。
(五) 具体实施例方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1，结合图2，本发明所述的传统数模转换器DAC (2)、 模拟乘法器(3 )、积分电路(4 )和传统ADC ( 5 )，目前都可以利用 现成的模块和产品，对他们的型号无特殊要求。对于微控制器(l), 具有存储数据的功能；需要写入相应的程序，使其能够满足压缩采样
的功能。首先采用C语言编写程序产生M组长度为/7的服从均值为零
方差为l/附的正态分布的随机数，并且将其转换为二进制数，然后采
用汇编语言将二制数写入并且保存在微型处理器中。然后编写控制程
序，使微控制器能够发出指令，将输入的二进制随机数通过传统数模 转换器DAC (2)将其转换为模拟信号^W， y、l,…，m,设压缩采样
ADC每隔时间Ar需要将采集得到的模拟信号转换为离散信号，则控 制器(1)每隔时间Ar发出一次指令。传统数模转换器DAC ( 2 )的作用是收到由微控制器(1 )输出的
离散的随机数后，将其转换成为模拟信号，再通过电路将模拟信号输
入到模拟乘法器(3)。模拟乘法器(3)则是实现将采集得到的模拟 信号x(/)和由传统数模转换器DAC (2)转换过来的模拟信号A(O, y' = l,...,w，进行乘法运算，为了运算速度更快，釆用并行的结构， 即釆用/ 个模拟乘法器同时进行乘机运算。将模拟乘法器(3)输出 的模拟信号输入到积分电路(4)里，同样采用/"个积分电路，快速 的完成积分运算。然后对积分电路(4)输出的模拟信号分别釆用/z/ 个传统ADC (5)进行模数转换，得到二进制格式的输出数据乂y), 7 = l，...，m，这样就实现了压缩采样ADC的全部功能。
本发明适用于具有稀疏特性或者具有近似稀疏特性的模拟信号， 对于模拟信号，所谓的稀疏性是指信号在某些正交基下展开之后，得 到的"个系数包含非零点s，满足^<<";近似稀疏性是指，在某些 正交基下展开之后，得到的"个系数中s U《")个系数相对较大， 而其中s个系数则接近于零。满足上述稀疏性的信号称之为稀疏度 为大因为模拟信号xW可以看成是离散的有限个的系数",和连续的 正交基K 的乘积之和的形式
如果系数a,是包含s << "个非零点，则可以称模拟信号x(O是稀 疏的。式中a,为信号分解系数，《=〈义#,〉或"=^^; ^为"xl正 交基列向量。其中正交基甲的可以有多种选择，比如傅立叶变换时 所用的正弦波，小波变换的各种小波基等。对模拟信号的压缩釆样采用线性映射的方式
式中T矩阵是/ 个连续的基函数^,(0, z、l，…，w;①矩阵则是"个 随机连续函数^W，= …，m。则系数c^[a,，…,aj可以通过求解
如下优化问题进行重构
(Pl) S = minl间L且05^ = _y
测量得到的信号少C/)， 乂 = 1,..-，附为
+00
'=
—00
y = i，...，m, ^W为也为连续函数。0矩阵的元素可以按照下
式计算，即
《,,
9y,， y'-l，…，w, / = 1，...，"即构成矩阵^乂"维矩阵 。
对于测试数据有噪声影响的情况，则
y = a + e
式中e为测量噪声。压缩采样的重构问题则变为如下的(P2)问题
(P2) min!间L且| 3-逸S s 式中s为测量噪声e的能量上限，满足l^^s。 (P2)问题只是采用的 优化算法不一样。根据压缩采样的原理，当m^3s的时候(Pl )和(P2 ) 优化问题具有唯一精确解。
求解(Pl)和(P2)可以采用线性失见划的方法，通过Matlab编程求解，常用的线性规划的方法有内点法和单纯形法，求解得到系数 = h,..., ]的唯一精确解6之后，通过下式可以求解得到模拟信号
々)
々)
通过采样定理对J^)进行离散化处理，就可以得到x(O, hl，…，"。 压缩釆样模数转换器主要是采集得到压缩格式的数据_y。)，
y = l,...，m,对于信号的重构，可以通过Matlab编写程序完成，在客
户端只需运行信号重构程序，既可以得到信号;c(/)， / = 1广.,"。
测量点数历的取值和信号的稀疏度有关，设信号稀疏度为A则
m》3s,因此信号越稀疏，在同样重构误差的情况下，可以采用越少
的测量点数現
本发明适用于具有稀疏性或者近似性稀疏的信号，从频率成分的 角度讲，对于频率成分为窄带特性的信号适用。例如土木工程结构健 康监测中涉及到的桥梁结构，多层、高层建筑的结构振动响应信号均 具有频率成分窄带特性，因此本发明可以适用此类信号。另外对于频 率成分具有高频窄带特性的信号，本发明适用，因为高频信号需要很 高的采样频率，传统ADC需要采样得到大量数据，而本发明可以大量 的节省数据采集量。
对本发明进行数值模拟，结果表明，本发明和传统的ADC相比， 可以节约数据采集量40%-60%左右。
权利要求
1.一种基于压缩采样技术的模数转换器，它是由模拟信号、压缩采样ADC和压缩格式的二进制数字信号组成的；其特征在于模拟信号连接压缩采样ADC，压缩采样ADC连接压缩格式的二进制数字信号。
2. 根据权利要求1所述的一种基于压缩采样技术的模数转换 器，所述的压缩采样ADC包括微控制器(1)、传统数模转换器DAC(2)、模拟乘法器(3)、积分电路(4)和传统ADC (5);其特征在 于微控制器(1)连接传统数模转换器DAC (2),传统数模转换器 DAC ( 2 )连接模拟乘法器(3 ),模拟乘法器(3 )连接积分电路(4 ), 积分电路(4 )连接传统ADC ( 5 )。
3. —种基于压缩釆样技术的模数转换器，工作过程如下首先由 微控制器(1 )发出指令将事先存储在微控制器(1)上的/z/组长度为 "的服从均值为零方差为1/m的正态分布的随机数，通过传统数模转 换器DAC (2)将离散的输入转换成模拟信号A(O, j、l,…，m,输入 的模拟信号x(/)分别和^(小7、1,…，m通过模拟乘法器(3)相乘， 得到新的模拟信号x^x ^W，然后对新的模拟信号通过积分电路(4 )进行积分，再采用传统ADC (5)对积分之后的模拟信号进行采样处 理，处理之后即可以得到离散的二进制数y(j')， y = l,...,m。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种不需要考虑采样频率、只和信号的稀疏性有关、可以直接采集压缩格式数据、大大减少数据采集量的基于压缩采样技术的模数转换器。它是由模拟信号、压缩采样ADC和压缩格式的二进制数字信号组成的。模拟信号连接压缩采样ADC，压缩采样ADC连接压缩格式的二进制数字信号。本发明是将模拟信号转换为数字信号的同时可以实现数据压缩的功能，也就是从模拟信号中直接采集得到压缩格式的数字信号，和传统的ADC比较可以大大减少数据采集量。
文档编号H03M1/12GK101409558SQ200810209559
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者惠 李, 鲍跃全 申请人:鲍跃全;李 惠