一种正弦插值方法、装置和高速数据采集设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种正弦插值方法、装置和高速数据采集设备。所述方法包括：建立低通滤波器对应的多相滤波结构，并在所述多相滤波结构的每个分支上设置有锁存器，形成M级流水线结构；对所述M级流水线结构进行复制，形成N级并行的M级流水线结构；所述方法还包括：利用补零插值器对原始信号进行补零的插值处理，得到补零正弦插值信号；利用形成的成N级并行的M级流水线结构对补零正弦插值信号进行滤波处理，得到所述原始信号对应的正弦插值信号。本发明专利技术的技术方案能够提高数据插值处理速度，降低电路功耗，改善波形采样率。

Sine interpolation method, device and high-speed data acquisition device

The invention discloses a sine interpolation method, a device and a high-speed data acquisition device. The method includes: establishing the corresponding low-pass filter polyphase filter structure, and the polyphase filter set for each branch structure on the latch, the formation of M level pipeline structure; the M level pipeline structure for replication, formation of M N level parallel pipeline structure; the method also including: the use of zero padding interpolation for interpolation processing zero on the original signal by adding zero sine interpolation signal; formed by the M level pipeline structure into N level parallel filtering of the zero sine interpolation signal, sine interpolation signal obtained by the original signal corresponding to the. The technical proposal of the invention can improve the data interpolation processing speed, reduce the power consumption of the circuit, and improve the sampling rate of the waveform.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字处理
，特别涉及一种正弦插值方法、装置和高速数据采集设备。
技术介绍
数据插值技术广泛应用于图像处理、雷达成像、数字化测试仪器以及数据采集与处理系统等高速数据处理领域。随着数字信号处理技术的快速发展，数据处理速率也越来越高，传统的插值方法已不能满足现代数字信号处理中高速性、实时性的要求，如何实现高速数据流的高速实时插值已成为制约高速数字信号处理发展的重要因素。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供了一种正弦插值方法、装置和高速数据采集设备，以解决现有技术对高速数据流的插值速度差、实时性不好的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供了一种正弦插值方法，建立低通滤波器对应的多相滤波结构，并在所述多相滤波结构的每个分支上设置有锁存器，形成M级流水线结构；对所述M级流水线结构进行复制，形成N级并行的M级流水线结构；所述方法还包括：利用补零插值器对原始信号进行补零的插值处理，得到补零正弦插值信号；利用形成的成N级并行的M级流水线结构对补零正弦插值信号进行滤波处理，得到所述原始信号对应的正弦插值信号。优选地，所述建立低通滤波器对应的多相滤波结构包括：获得低通滤波器的冲击响应h(n)，对获得的冲击响应h(n)进行Z变换，得到所述低通滤波器的系统函数按照相位均匀划分的方式对得到的系统函数H(z)进行相位分解，得到所述低通滤波器的多相滤波结构优选地，所述N级并行的M级流水线结构的传播延时为：其中，Ccharge为实现所述N级并行的M级流水线结构的FPGA在单个时钟周期里充放电的电容，V0为电源电压，Vt为阈值电压，k为工艺参数的函数，β为大于0小于1的常数。优选地，所述M级流水线结构为三级流水线结构，所述N级并行的M级流水线结构为三级并行的三级流水线结构。另一方面，本专利技术提供了一种正弦插值装置，其特征在于，所述装置包括：预处理单元，用于建立低通滤波器对应的多相滤波结构，并在所述多相滤波结构的每个分支上设置有锁存器，形成M级流水线结构；以及用于对所述M级流水线结构进行复制，形成N级并行的M级流水线结构；补零插值单元，用于利用补零插值器对原始信号进行补零的插值处理，得到补零正弦插值信号；优化处理单元，用于利用形成的成N级并行的M级流水线结构对补零正弦插值信号进行滤波处理，得到所述原始信号对应的正弦插值信号。优选地，所述预处理单元包括：Z变换模块，用于获得低通滤波器的冲击响应h(n)，对获得的冲击响应h(n)进行Z变换，得到所述低通滤波器的系统函数相位分解模块，用于按照相位均匀划分的方式对得到的系统函数H(z)进行相位分解，得到所述低通滤波器的多相滤波结构优选地，所述N级并行的M级流水线结构的传播延时为：其中，Ccharge为实现所述N级并行的M级流水线结构的FPGA在单个时钟周期里充放电的电容，V0为电源电压，Vt为阈值电压，k为工艺参数的函数，β为大于0小于1的常数。优选地，所述M级流水线结构为三级流水线结构，所述N级并行的M级流水线结构为三级并行的三级流水线结构。又一方面，本专利技术提供了一种高速数据采集设备，所述高速数据采集设备包括：数字处理器和显示单元，所述数字处理器包括模数转换芯片和上述技术方案提供的正弦插值装置。优选地，所述高速数据采集设备为数字示波器。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术通过预先建立插值所需的低通滤波器对应的多相滤波结构，结合流水线技术和并行处理技术得打N级并行的M级流水线结构，使得在原始信号进行补零插值处理后，利用N级并行的M级流水线结构对补零正弦插值信号进行滤波处理，提高数据插值处理速度，降低电路功耗，改善波形采样率。附图说明图1为实施例一提供的正弦插值方法得流程图；图2为实施例一提供的低通滤波器的多相滤波结构示意图；图3为图2中多相滤波结构的三级流水线结构示意图；图4为图3中三级流水线结构对应的三级并行的三级流水线结构示意图；图5为图4中三级并行的三级流水线结构的FPGA实现示意图；图6为实施例二提供的正弦插值装置示意图；图7为实施例三提供的高速数据采集设备示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。首先，对本专利技术涉及的技术手段进行介绍：常用的数据插值方法主要有两类：一类是基于插值曲线的插值算法，如线性插值、多项式插值、样条曲线插值和高斯插值等；另一类是正弦插值。其中，线性插值具有算法简单、易于硬件实现等特点被广泛应用于信号插值领域，但由于其插值原理的局限，只能用于采样率相对较高的场合，对于较低采样率下信号的插值恢复，线性插值技术难以实现；基于拉格朗日多项式插值算法和抛物线插值算法在较低采样率下仍具有良好的原始信号恢复特性，常用于波形的恢复和数据信号的重建，但相对于线性插值与正弦插值，其运算复杂度较高、硬件实现较复杂，因此常用于低速率数据流的插值；FIR正弦插值算法具有低采样率下良好的数据恢复特性、严格的线性相位、良好的稳定性和易于实现等特点而得到广泛应用；FIR正弦插值多项结构是FIR正弦插值算法的一种改进，多项结构的应用降低了FIR正弦插值算法的复杂度，节约了硬件资源，提升了数据处理速度。流水线技术是一种在单个时钟周期可以有多条指令重叠执行的处理技术，流水线变换可以大幅缩短插值关键路径，从而可以提高时钟速度和运算速度，或者可以在同样速度下降低功耗。并行处理涉及体系结构、算法映射、程序设计等技术，在数字信号处理中，一直是个研究热点。在并行处理中，多个输入在一个时钟周期内并行地计算。这样，有效处理速度提高到与并行级数相当的倍数。并行处理和流水线一样，也能用来降低功耗。实施例一：图1为本实施例提供的正弦插值方法的流程图，如图1所示，该方法包括：S110，建立低通滤波器对应的多相滤波结构，并在多相滤波结构的每个分支上设置有锁存器，形成M级流水线结构；对M级流水线结构进行复制，形成N级并行的M级流水线结构。由于低通滤波器的多相滤波结构能够有效地节省硬件资源，提升数据处理速度，且流水线技术通过缩短数据处理的关键路径能够提高数据处理速度，并行处理技术在一个时钟周期内并行地对数据进行处理也能够提高数据处理速度，流水线技术和并行处理技术可应用在多相滤波结构上，因此本实施例建立低通滤波器对应的多相滤波结构。本实施例中的N级并行的M级流水线结构的传播延时为：其中，Ccharge为实现N级并行的M级流水线结构的FPGA在单个时钟周期里充放电的电容，V0为电源电压，Vt为阈值电压，k为工艺参数的函数，β为大于0小于1的常数。在本实施例一个实现方案中，通过下述方法建立低通滤波器对应的多相滤波结构：获得低通滤波器的冲击响应h(n)，对获得的冲击响应h(n)进行Z变换，得到所述低通滤波器的系统函数按照相位均匀划分的方式对得到的系统函数H(z)进行相位分解，得到所述低通滤波器的多相滤波结构其中，多相滤波结构还可以表示为S120，利用补零插值器对原始信号进行补零的插值处理，得到补零正弦插值信号。由于本步骤中得到的补零正弦插值信号中补入的零点在进行低通滤波时，与低通滤波器的冲击响应的乘法运算无意义，会严重降低差值速度，因此可以利用步骤S110中的N级并行的M级流水线结构对补零正弦插值信号进行滤波处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正弦插值方法，其特征在于，建立低通滤波器对应的多相滤波结构，并在所述多相滤波结构的每个分支上设置有锁存器，形成M级流水线结构；对所述M级流水线结构进行复制，形成N级并行的M级流水线结构；所述方法还包括：利用补零插值器对原始信号进行补零的插值处理，得到补零正弦插值信号；利用形成的成N级并行的M级流水线结构对补零正弦插值信号进行滤波处理，得到所述原始信号对应的正弦插值信号。

【技术特征摘要】
1.一种正弦插值方法，其特征在于，建立低通滤波器对应的多相滤波结构，并在所述多相滤波结构的每个分支上设置有锁存器，形成M级流水线结构；对所述M级流水线结构进行复制，形成N级并行的M级流水线结构；所述方法还包括：利用补零插值器对原始信号进行补零的插值处理，得到补零正弦插值信号；利用形成的成N级并行的M级流水线结构对补零正弦插值信号进行滤波处理，得到所述原始信号对应的正弦插值信号。2.根据权利要求1所述的正弦插值方法，其特征在于，所述建立低通滤波器对应的多相滤波结构包括：获得低通滤波器的冲击响应h(n)，对获得的冲击响应h(n)进行Z变换，得到所述低通滤波器的系统函数按照相位均匀划分的方式对得到的系统函数H(z)进行相位分解，得到所述低通滤波器的多相滤波结构3.根据权利要求1所述的正弦插值方法，其特征在于，所述N级并行的M级流水线结构的传播延时为：NTpd=CchargeMβV0/(k(βV0-Vt)2)=NCchargeV0/(k(V0-Vt)2)]]>其中，Ccharge为实现所述N级并行的M级流水线结构的FPGA在单个时钟周期里充放电的电容，V0为电源电压，Vt为阈值电压，k为工艺参数的函数，β为大于0小于1的常数。4.根据权利要求1至3任一项所述的正弦插值方法，其特征在于，所述M级流水线结构为三级流水线结构，所述N级并行的M级流水线结构为三级并行的三级流水线结构。5.一种正弦插值装置，其特征在于，所述装置包括：预处理单元，用于建立低通滤波器对应的多相滤波结构，并在所述多相滤波结构的每个分支上设置有锁存器，形成M级流水线...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞翔，
申请(专利权)人：歌尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37