Разработка системы сжатия эхо-сигналов различной длительности
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
ства задействованных аппаратурных ресурсов и времени задержки, то есть времени, необходимого для выполнения процесса вычисления n-го отсчета БС-фильтром.
2.3 Анализ полученных результатов
iелью упорядочивания полученных данных, оценки количества производимых операций сведены в таблицу 1. В табл. 1 так же приведены рассчитанные значения для Nx = 128, Nh = 256, N = Nx + N0 = 256.
Таблица 2.1
Тип фильтраКоличество умноженийКоличество сложений/вычитанийКИХ-фильтрPумн КИХ ? = 4.Nh.Nx = = 131072Pсл КИХ ? = (4.(Nh -1) + 2).Nx = = 130816БС-фильтрPумн ? = 4.N.(log2N + 1) = = 18432Pсл ? = 2.N.(3.log2N + 1) = = 25600
Как видно из приведенной выше таблицы, выигрыш БС - фильтра по сравнению с КИХ - фильтром составляет: более семи раз в количестве производимых умножений и более пяти раз в количестве умножений.
iелью сравнения количества затраченных аппаратных ресурсов для построения вариантов фильтров с конечной импульсной характеристикой, полученные ранее оценочные результаты сведены в таблицу 2.1.
Целесообразно отметить, что даже при умеренном количестве отсчетов импульсной характеристики - 256, количество сумматоров и умножителей, необходимых для построения КИХ-фильтра общей структуры значительно больше, чем у БС-фильтра. Сравнение двух рассматриваемых вариантов построения фильтров с конечной импульсной характеристикой предполагает поточную организацию обработки отсчетов, а, следовательно, в обоих структурах сигнал будет обрабатываться в режиме реального времени. Однако, время задержки рассматриваемых фильтров будет различным. Оценочный результат, полученный по выражениям (2.17) и (2.31) показывает, что от порядка фильтра, отношение времен задержек практически не зависит и составит примерно пять, то есть у КИХ-фильтра с общей структурой время задержки будет примерно в пять раз меньше, чем у фильтра, функционирующего по алгоритму быстрой линейной свертки.
Так как на современной элементной базе одинаково успешно реализуются оба алгоритма, а время обработки становится значительно более критичным, было решено реализовать КИХ-фильтр. Также было решено серьезно модифицировать структуру КИХ-фильтра общего вида (разбив вычисление свертки на 4 параллельных потока, а также применив альтернативный способ умножения комплексных чисел, позволяющий использовать 3 умножителя вместо 4, подробнее алгоритм работы устройства будет рассмотрен далее). Данные модификации позволяют немного снизить затраты аппаратных ресурсов, при вычислениях на параллельной архитектуре.
2.4 Выводы
В процессе работы были получены результаты, показывающие, что даже при умеренных порядках рассматриваемых цифровых фильтров, несмотря на меньшую требовательность к аппаратным ресурсам фильтра с конечной импульсной характеристикой, функционирующего по алгоритму быстрой свертки, необходимо использовать согласованный модифицированный КИХ-фильтр. Далее кратко приведены результаты работы:
1)выигрыш в производимом количестве операций фильтра на основе быстрой свертки при длине импульсной характеристики 256 отсчетов получается больше семи раз.
2)для количества отсчетов импульсной характеристики, которое используется в работе, Nh = 256 выигрыш БС-фильтра в количестве сумматоров составляет примерно 10 раз, а умножителей в 14 раз, но для построения КИХ-фильтра будет затрачено примерно в 6 раз меньше ЛЗ и всего в 1,5 раза меньше объем ПЗУ. Для модифицированного КИХ-фильтра умножителей затрачивается примерно в 10 раз больше.
)у КИХ-фильтра с общей структурой время задержки будет примерно в пять раз меньше, чем у БС-фильтра.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что в рамках данной работы целесообразнее использовать модифицированный согласованный КИХ-фильтр, однако для получения максимального выигрыша во времени необходимо использовать ПЛИС для реализации алгоритмов, т.к. ПЛИС позволяет выполнять множество вычислений параллельно.
3. Разработка технического задания
.1 Техническое задание на разработку модуля сжатия сложных сигналов
В соответствии с заданием на диплом и общими требованиями, предъявляемыми к разрабатываемым приборам на предприятии, составляем техническое задание на модуль сжатия сложных сигналов.
.Функциональное назначение
Модуль является составной частью системы ЦОС и предназначен для цифровой обработки (сжатия) эхо-сигналов.
. Состав
В состав ячейки входят следующие функциональные части:
.1 Управления и синхронизации.
Функции:
синхронизации от внешних сигналов;
формирование сигналов синхронизирующих серий;
формирование сигналов временной развертки;
формирование сигналов управления.
.2 Память квадратур опорной функции.
Функции:
хранение копии квадратур зондирующего сигнала;
.3 Память квадратур тестовых ЛЧМ сигналов.
Функции:
хранение копии квадратур тестовых сигналов;
.4 Приема эхо-сигналов.
Функции:
прием и распаковка эхо-сигналов основного канала;
коммутация эхо-сигналов двух входных каналов с тестовым ЛЧМ сигналом из памяти;
.5 Вычисления свертки.
Функции:
Вычисление свертки принятых эхо-сигналов с опорной функцией длиной до 256 отсчетов.
. Требования назначения
.1 Основные технические характеристики модуля:
.1.1 В устройстве должны реализовываться следующие функции:
хранение квадратур опорной функции (копии) для разных ДЗИ;
хранение 13-ти разрядных код