本發(fā)明屬于采樣數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種數(shù)據(jù)降噪方法，具體的說，涉及一種應(yīng)用于量化采樣系統(tǒng)的針對量化采樣數(shù)據(jù)的降噪方法。

背景技術(shù)：

量化噪聲存在于量化采樣系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)中。

以近地表FDEM觀測系統(tǒng)(近地表頻率域電磁法觀測系統(tǒng))的數(shù)據(jù)采集為例，此類系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包含量化噪聲。由于這種觀測系統(tǒng)的量化噪聲是一種特殊的噪聲，是由于數(shù)據(jù)采集時候模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置(ADC)的量化采樣造成的，因此，無論怎么濾波都不能很好的解決這個問題，且，現(xiàn)有技術(shù)中，鮮有人研究降低量化采樣系統(tǒng)量化噪聲的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種應(yīng)用于量化采樣系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理方法，目的是，降低量化采樣系統(tǒng)中，由于量化采樣造成的量化噪聲。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：量化采樣降噪方法，量化降噪系統(tǒng)對量化采樣數(shù)據(jù)進行降噪處理，量化降噪系統(tǒng)包括數(shù)字處理器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；

數(shù)字處理器包括用于產(chǎn)生數(shù)字噪聲序列的噪聲發(fā)生單元；

噪聲發(fā)生單元產(chǎn)生的噪聲數(shù)據(jù)一路輸出至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與模擬信號源數(shù)據(jù)進行模擬運算后經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器傳遞至數(shù)字處理器；另一路輸出至數(shù)字處理器，與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器傳遞至數(shù)字處理器的數(shù)據(jù)進行數(shù)字運算后，用作后續(xù)處理。

優(yōu)選為：數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出端接運算放大器及低通濾波器，經(jīng)運算放大和濾波后的數(shù)據(jù)與模擬信號源傳遞的數(shù)據(jù)疊加后，傳遞至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

優(yōu)選為：噪聲發(fā)生單元包括時鐘觸發(fā)單元、用于存儲噪聲序列的n位寄存器A、用于數(shù)據(jù)緩存的1位寄存器B，用于輸出數(shù)據(jù)緩存的1位寄存器D、1位寄存器E和1位寄存器F，噪聲序列級數(shù)為n，數(shù)據(jù)格式為A＝(A₁,A₂,...A_n)；時鐘觸發(fā)單元獲取時鐘信號后，更新并生成數(shù)字噪聲，步驟包括：

S1：初始令A(yù)_n＝1，A₁，A₂，……A_n-1均為0；

S2：寄存器B緩存數(shù)據(jù)，B＝A₁；

S3：時鐘觸發(fā)單元獲取時鐘信號后，數(shù)字處理器按下式計算噪聲數(shù)據(jù)，A_n＝A_n-1，A_n-1＝A_n-2，……，A₃＝A₂，A₂＝B；

S4：令寄存器D中數(shù)據(jù)D＝A_i，其中1≤i≤n，令寄存器E數(shù)據(jù)E＝D×C,令寄存器F數(shù)據(jù)F＝D，C為整數(shù)系數(shù)；

S5：寄存器E數(shù)據(jù)輸出噪聲至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，并與模擬信號源數(shù)據(jù)進行疊加處理；

S6：間隔時間T后，寄存器F數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)處理器與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至數(shù)據(jù)處理器的數(shù)據(jù)最低位進行異或運算，溢出位丟失，得到數(shù)據(jù)替換原數(shù)據(jù)的末位，用作后續(xù)處理；

S7：下一時鐘觸發(fā)信號到來，重復(fù)步驟S2至S6；否則，結(jié)束降噪處理。

優(yōu)選為：C等于數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的最低量化之與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器最低量化之的比按四舍五入取整的結(jié)果。

優(yōu)選為：將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的set-up時間和hold時間相加，計算模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的延遲時間，間隔時間T等于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的延遲時間。

優(yōu)選為：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)并傳遞至數(shù)據(jù)處理器，傳遞數(shù)據(jù)的同時，時鐘觸發(fā)單元被觸發(fā)。

優(yōu)選為：n為4～7間的整數(shù)。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供了一種量化采樣數(shù)據(jù)的降噪方法，與傳統(tǒng)方法不同，本發(fā)明將噪聲數(shù)據(jù)分別引入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(采樣數(shù)據(jù))的前端和后端，分別采用疊加和異或處理，相當于對采樣數(shù)據(jù)進行了雙重降噪處理，可極大提高數(shù)據(jù)降噪處理的精度。

(2)本發(fā)明進一步提供了一種基于噪聲序列的量化采樣數(shù)據(jù)的降噪方法，提供了一種噪聲序列的產(chǎn)生方法。結(jié)合量化噪聲的特點，噪聲序列可實現(xiàn)精確去噪。

(3)由于加入了時間延遲，可以保證模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器前后運算的噪聲均來自于同一組噪聲序列的數(shù)據(jù)，從而降低誤差引入，保證計算精度。

附圖說明

圖1為量化降噪系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為量化降噪數(shù)據(jù)處理流程圖。

具體實施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行清楚完整地描述。顯然，具體實施方式所描述的實施例僅為本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

量化采樣降噪方法，是指降低采樣系統(tǒng)中量化噪聲的方法，量化降噪系統(tǒng)對量化采樣數(shù)據(jù)進行降噪處理。

如圖1所示，其中所述的量化降噪系統(tǒng)包括數(shù)字處理器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器；其中數(shù)字處理器可以采用FPGA、ARM、DSP等，數(shù)字處理器的位寬需要足夠大，保證數(shù)字處理過程中不會出現(xiàn)丟失低位數(shù)據(jù)的情況，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器盡量選擇24位以上分辨率的芯片。

數(shù)字處理器包括用于產(chǎn)生數(shù)字噪聲序列的噪聲發(fā)生單元；量化降噪處理采用Dither數(shù)字噪聲序列與待處理數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)運算，實現(xiàn)降噪處理。

噪聲發(fā)生單元產(chǎn)生的Dither噪聲序列一路輸出至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)與模擬信號源數(shù)據(jù)進行模擬運算后經(jīng)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器傳遞至數(shù)字處理器；另一路輸出至數(shù)字處理器，與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器傳遞至數(shù)字處理器的數(shù)據(jù)進行數(shù)字運算后，用作后續(xù)處理。

具體的說，以上模擬信號源數(shù)據(jù)即待處理的模擬數(shù)據(jù)。以本系統(tǒng)在近地表FDEM觀測系統(tǒng)(近地表頻率域電磁法觀測系統(tǒng))的具體應(yīng)用為例，模擬信號源數(shù)據(jù)使指FDEM觀測系統(tǒng)中待處理的模擬數(shù)據(jù)。數(shù)字噪聲序列分兩路應(yīng)用，一路經(jīng)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字噪聲信號轉(zhuǎn)換為模擬噪聲信號，與近地表FDEM觀測系統(tǒng)中提取的模擬信號Date1進行疊加處理，疊加后獲得數(shù)據(jù)Date2，Date2將作為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入，進行轉(zhuǎn)換后，獲得數(shù)字信號Date3，作為數(shù)字處理器的輸入。另一路Dither數(shù)字噪聲序列信號將直接輸出到數(shù)字處理器中，與數(shù)字信號Date3進行數(shù)字運算，最為最終數(shù)據(jù)，用作后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。

作為一種更優(yōu)的設(shè)計，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器輸出端接運算放大器及低通濾波器，模擬信號Date2經(jīng)運算放大和濾波后的數(shù)據(jù)與模擬信號源傳遞的數(shù)據(jù)疊加后，傳遞至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。運放和濾波的過程可增加數(shù)據(jù)精度。

以下，本實施例進一步提供一種數(shù)字處理器中數(shù)字噪聲序列信號的產(chǎn)生方法和具體的量化采樣數(shù)據(jù)降噪處理的方法。

數(shù)字處理器中噪聲發(fā)生單元包括時鐘觸發(fā)單元、用于存儲噪聲序列的n位寄存器A、用于數(shù)據(jù)緩存的1位寄存器B，用于輸出數(shù)據(jù)緩存的1位寄存器D、1位寄存器E和1位寄存器F，噪聲序列級數(shù)為n，數(shù)據(jù)格式為A＝(A₁,A₂,...A_n)；時鐘觸發(fā)單元獲取時鐘信號后，更新并生成數(shù)字噪聲，步驟包括：

S1：初始令A(yù)_n＝1，A₁，A₂，……A_n-1均為0；

S2：寄存器B緩存數(shù)據(jù)，B＝A₁；

S3：時鐘觸發(fā)單元獲取時鐘信號后，數(shù)字處理器按下式計算噪聲數(shù)據(jù)，A_n＝A_n-1，A_n-1＝A_n-2，……，A₃＝A₂，A₂＝B；具體以模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器向數(shù)字處理器發(fā)送數(shù)據(jù)的時間為準來觸發(fā)噪聲序列的產(chǎn)生，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)并傳遞至數(shù)據(jù)處理器，傳遞數(shù)據(jù)的同時，時鐘觸發(fā)單元被觸發(fā)；

S4：令寄存器D中數(shù)據(jù)D＝A_i，其中1≤i≤n，令寄存器E數(shù)據(jù)E＝D×C，令寄存器F數(shù)據(jù)F＝D，C為整數(shù)系數(shù)；其中寄存器E的作用是暫存輸出至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的噪聲數(shù)據(jù)，寄存器F的作用是暫存輸出至數(shù)字處理器，與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換單元送來的數(shù)據(jù)進行處理的噪聲數(shù)據(jù)；

S5：寄存器E數(shù)據(jù)輸出噪聲至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，并與模擬信號源數(shù)據(jù)進行疊加處理；

S6：間隔時間T后，寄存器F數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)處理器與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至數(shù)據(jù)處理器的數(shù)據(jù)最低位進行異或運算，溢出位丟失，得到數(shù)據(jù)替換原數(shù)據(jù)的末位，用作后續(xù)處理；

S7：下一時鐘觸發(fā)信號到來，重復(fù)步驟S2至S6；否則，結(jié)束降噪處理。

以上各步計算過程中，n為4～7間的整數(shù)?？紤]到數(shù)字噪聲的應(yīng)用領(lǐng)域，以近地表FDEM觀測系統(tǒng)(近地表頻率域電磁法觀測系統(tǒng))的應(yīng)用為例：根據(jù)一般近地表FDEM觀測系統(tǒng)的ADC采集精度，采用24bit的高精度ADC，其中有效位為20bit左右，如果分辨率大于24bit，則分辨率減去有效位得到的結(jié)果要大于4，目前的ADC最高位數(shù)不高于32bit，而分辨率減去有效位的差值不大于7bit，根據(jù)目前的數(shù)字處理器的計算位數(shù)，一般后續(xù)處理時不會大于7bit的丟失精度。因此根據(jù)該要求，數(shù)字噪聲序列采用4至7級來設(shè)計。

以上各步計算過程中，C等于數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的最低量化之與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器最低量化之的比按四舍五入取整的結(jié)果。比例系數(shù)C的作用是結(jié)合模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，配合進行噪聲數(shù)據(jù)的調(diào)整，避免引入噪聲過大或過小，造成數(shù)據(jù)失真。

以上各步計算過程中，將模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的set-up時間(建立時間)和hold時間(保持時間)相加，計算模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的延遲時間，間隔時間T等于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的延遲時間。

以n取5，i取5為例來具體描述以上量化數(shù)據(jù)的降噪過程。

S1：初始令A(yù)₅＝1，A₁，A₂，A₃，A₄均為0；即噪聲序列為A＝(0,0,0,0,1)；

S2：寄存器B緩存數(shù)據(jù)，B＝A₁＝0；

S3：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采集數(shù)據(jù)并傳遞至數(shù)據(jù)處理器，傳遞數(shù)據(jù)的同時，時鐘觸發(fā)單元被觸發(fā)；數(shù)字處理器按下式計算噪聲數(shù)據(jù)，A₅＝A₄，A₄＝A₃，A₃＝A₂，A₂＝B；獲得的噪聲序列為A＝(1,0,0,0,0)；

S4：令寄存器D中數(shù)據(jù)D＝A₅＝0，令寄存器E數(shù)據(jù)E＝A₅×C,令寄存器F數(shù)據(jù)F＝0，其中，根據(jù)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的最低量化之與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器最低量化之的比按四舍五入取整的結(jié)果；

S5：寄存器E數(shù)據(jù)輸出噪聲數(shù)據(jù)至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，并與模擬信號源數(shù)據(jù)進行疊加處理；

S6：間隔時間T后，寄存器F數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)處理器與模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入至數(shù)據(jù)處理器的數(shù)據(jù)最低位進行異或運算，溢出位丟失，得到數(shù)據(jù)替換原數(shù)據(jù)的末位，用作后續(xù)處理；

S7：下一時鐘觸發(fā)信號到來，重復(fù)步驟S2至S6；否則，結(jié)束降噪處理。

重復(fù)噪聲序列計算的過程中，噪聲序列中的數(shù)據(jù)進行移位或再運算，例如，第二次重復(fù)計算過程中，B＝A₁＝1，為上一次計算過程中的A₁值，A₅＝A₄＝0，A₄＝A₃＝0，A₃＝A₂＝0，A₂＝B＝1，獲得的噪聲序列為A＝(0,1,0,0,0)，以此類推。