实时小波滤波器的制作方法

本实用新型涉及信息检测领域，尤其涉及实时小波滤波器。

背景技术：

现有技术中，小波分解与重构是时频分析的重要手段，因为可以同时得到时间和频率信息，被称为信号显微镜，小波基的局域化特性，使其可以处理非平稳信号。目前没有专用于小波分解与重构的芯片，现有的小波分解和重构有以下缺陷：

1、现有的小波分解和重构应用，大多采用将数据采集到计算机，利用PC 机中的Matlab软件，对数据进行离线处理，这种方法无法实现对数据的实时处理。

2、除了对数据进行离线处理，科研人员通过搭建数据采集系统，数据处理系统，数据接口系统，自己编程，进行数据的实时处理，这种方法的缺点是材料和时间成本高，往往需要3个月以上，才能完成一个系统的搭建。

3、目前的滤波器芯片，都是基于平稳信号的线性滤波器，对尖峰噪声和白噪声无能为力，而小波滤波器的局域化特征是滤除尖峰噪声的有力武器，而稀疏性特征，是滤除白噪声的利器。

因此，现有技术中的缺陷是：现有的小波分解和重构，通常采用离线处理的方式，处理时间长，材料成本高。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本实用新型提供一种实时小波滤波器，通过阈值控制端口的设置，基于中央处理器中固化的小波分解与重构软件方法，通过外部的阈值控制端口实现小波的分解与重构的阈值调节。实现实时在线处理，且处理速度快，体积小，成本低。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种实时小波滤波器，包括：

模拟信号输入端口、模数转换器、阈值控制端口、中央处理器、内置时钟、供电电源、数模转换器和模拟信号输出端口；

所述模拟信号输入端口与所述模数转换器连接，用于将模拟信号输入到所述模数转换器；所述模数转换器、内置时钟、阈值控制端口和数模转换器分别与所述中央处理器控制连接，所述数模转换器与所述模拟信号输出端口连接；

所述供电电源包括直流电源和电源转换器，所述电源转换器分别与所述中央处理器和所述直流电源连接，所述电源转换器用于将所述直流电源的电压转换成为所述中央处理器供电的电压，所述直流电源用于为包括中央处理器在内的所有器件提供电源；

所述阈值控制端口用于通过所述中央处理器进行阈值调整，实现对所述模拟信号进行小波分解与重构处理。

本实用新型提供一种实时小波滤波器，其技术方案为：包括模拟信号输入端口、模数转换器、阈值控制端口、中央处理器、内置时钟、供电电源、数模转换器和模拟信号输出端口；所述模拟信号输入端口与所述模数转换器连接，用于将模拟信号输入到所述模数转换器；所述模数转换器、内置时钟、阈值控制端口和数模转换器分别与所述中央处理器控制连接，所述数模转换器与所述模拟信号输出端口连接；所述供电电源包括直流电源和电源转换器，所述电源转换器分别与所述中央处理器和所述直流电源连接，所述电源转换器用于将所述直流电源的电压转换成为所述中央处理器供电的电压，所述直流电源用于为包括中央处理器在内的所有器件提供电源；所述阈值控制端口用于通过所述中央处理器进行阈值调整，实现对所述模拟信号进行小波分解与重构处理。

本实用新型提供一种实时小波滤波器，通过阈值控制端口的设置，基于中央处理器中固化的小波分解与重构软件方法，通过外部的阈值控制端口实现小波的分解与重构的阈值调节。实现实时在线处理，且处理速度快，体积小，成本低。

进一步地，所述直流电源为单个3.3V直流电源。

进一步地，所述实时小波滤波器的尺寸为厘米级尺寸。

进一步地，所述数模转换器为数字模拟转换器。

与现有技术相比，本实用新型提供一种实时小波滤波器，存在以下有益效果：

1、实时性，将离线处理变革为实时在线处理。

2、单电源供电(3.3V)，兼容绝大多数应用系统，简化系统电源设计。

3、模块化，降低时间和材料成本，接口简单(小于10脚)，体积小，重量轻。

4、能够滤除尖峰噪声和白噪声。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出了本实用新型实施例所提供的一种实时小波滤波器的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例所提供的一种实时小波滤波器的第一电路管脚示意图；

图3示出了本实用新型实施例所提供的一种实时小波滤波器的第二电路管脚示意图；

图4示出了本实用新型实施例所提供的一种实时小波滤波器的小波分解和重构算法示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例一

参见图1和图2，本实用新型提供一种实时小波滤波器，包括：

模拟信号输入端口1、模数转换器2、阈值控制端口3、中央处理器4、内置时钟5、供电电源、数模转换器7和模拟信号输出端口9；

模拟信号输入端口1与模数转换器2连接，用于将模拟信号输入到模数转换器2；模数转换器2、内置时钟5、阈值控制端口3和数模转换器7分别与中央处理器4控制连接，数模转换器7与模拟信号输出端口9连接；

供电电源包括直流电源8和电源转换器6，电源转换器6分别与中央处理器 4和直流电源8连接，电源转换器6用于将直流电源8的电压转换成为中央处理器4供电的电压，直流电源8用于为包括中央处理器4在内的所有器件提供电源；

阈值控制端口3用于通过中央处理器4进行阈值调整，实现对模拟信号进行小波分解与重构处理。

本实用新型提供一种实时小波滤波器，其技术方案为：包括模拟信号输入端口1、模数转换器2、阈值控制端口3、中央处理器4、内置时钟5、供电电源、数模转换器7和模拟信号输出端口9；模拟信号输入端口1与模数转换器2 连接，用于将模拟信号输入到模数转换器2；模数转换器2、内置时钟5、阈值控制端口3和数模转换器7分别与中央处理器4控制连接，数模转换器7与模拟信号输出端口9连接；供电电源包括直流电源8和电源转换器6，电源转换器6分别与中央处理器4和直流电源8连接，电源转换器6用于将直流电源8 的电压转换成为中央处理器4供电的电压，直流电源8用于为包括中央处理器 4在内的所有器件提供电源；阈值控制端口3用于通过中央处理器4进行阈值调整，实现对模拟信号进行小波分解与重构处理。

本实用新型提供一种实时小波滤波器，通过阈值控制端口的设置，基于中央处理器中固化的小波分解与重构软件方法，通过外部的阈值控制端口实现小波的分解与重构阈值的调节，实现了小波分解与重构滤波器的小型化，模块化，实时化。完成了从离线处理到在线处理的转变。小波滤波器，具有通常的基于傅里叶变换的滤波器无法完成的时频分析能力，能够实现对尖峰噪声和白噪声的实时检测和处理。

其中，中央处理器4为CPU。

作为本实用新型的优选实施例，直流电源8为单个3.3V直流电源。

直流电源8可为电源接口，直接连接外部的3.3V直流电源；采用单电源供电，兼容绝大多数应用系统，简化系统电源设计。

作为本实用新型的优选实施例，实时小波滤波器的尺寸为厘米级尺寸。

本实施例中的单电源供电采用厘米级尺寸，使模块可以方便的焊接于用户电路系统中，成为用户系统的有机整体，大大降低用户的材料和时间成本。

作为本实用新型的优选实施例，数模转换器7为数字模拟转换器。

DAC的位数越高，信号失真就越小。声音也更清晰稳定。

参见图3，作为本实用新型的优选实施例，还包括输入抗混叠滤波器10，输入抗混叠滤波器10分别与模拟信号输入端口1和模数转换器2连接，用于对所模拟信号输入端口1输入的信号进行抗混滤波。

参见图3，作为本实用新型的优选实施例，还包括输出抗混叠滤波器11，输出抗混叠滤波器11分别与数模转换器7和模拟信号输出端口9连接，用于对从数模转换器7中输出的信号进行抗混滤波。

结合图4，对本实施例中的实时小波滤波器进行说明：

首先，小波分解和重构，是时频分析的重要手段，小波基的局域性特征，使其具备检测尖峰信号的能力，而小波分解的稀疏化特性，使其具备滤除白噪声的能力。本实施例中将小波的分解与重构算法集成在中央处理器4中，小波的分解与重构算法为现有技术。

然后，实时小波滤波器工作时，接收来自外部的模拟信号输入，模拟信号通过模数转换器2处理后，送至中央处理器4，经过和分解双正交滤波器卷积，分解为各层细节系数和轮廓系数，通过和阈值比较，对分解结果进行取舍，取舍后的系数，和重构双正交滤波器卷积，完成信号的重构。然后经过数模转换器7处理后输出。其中，模拟信号的分解与重构过程如图2所示，具体为：

信号输入1，进行分解得到第一层分解细节系数2和第一层分解轮廓系数3；

基于第一层分解细节系数2和第一层分解轮廓系数3，分解得到第一层分解细节系数的第二层细节系数4、第一层分解细节系数的第二层轮廓系数5、第一层分解轮廓系数的第二层细节系数6和第一层分解轮廓系数的第二层轮廓系数7；

进行阈值8判断，对上述分解结果进行取舍，得到取舍后的系数；

进行重构处理，得到处理后的第一层分解细节系数的第二层细节系数9、处理后的第一层分解细节系数的第二层轮廓系数10、处理后的第一层分解轮廓系数11的第二层细节系数和处理后的第一层分解轮廓系数的第二层轮廓系数 12；

接着进行重构，得到重构的第一层细节系数13和重构后的第一层轮廓系数 14；

最后得到最终重构结果15。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、实时性，将离线处理变革为实时在线处理。

2、单电源供电(3.3V)，兼容绝大多数应用系统，简化系统电源设计。

3、模块化，降低时间和材料成本，接口简单(小于10脚)，体积小，重量轻。

4、能够滤除尖峰噪声和白噪声。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。