FPGA+DSP驱动的ARC算法在航天遥测无损压缩中的实现与优化

本文主要探讨了基于ARC算法的数据压缩技术在航天遥测系统中的具体应用和实现。针对遥测噪声数据的实时无损压缩需求，作者提出了一种创新的设计方案，采用了现场可编程门阵列（FPGA）和数字信号处理器（DSP）组成的硬件架构。FPGA负责信号的预处理和暂存，包括模拟信号的调理、量化以及数据传输的调度，而DSP则利用其高速计算能力执行算术编码（ARC）算法进行数据压缩。 Shannon信息论中的信息熵概念在文中被用来理解数据压缩的本质，即通过减少冗余信息来减小数据大小。通过计算机模拟实验，作者比较了不同的压缩算法，最终选定ARC算法，因为它能够在保持无损的前提下，实现更高的压缩去除率和更快的压缩速度，从而优化整体的压缩性能。 在硬件实现上，设计的关键组件包括FPGA的数据缓冲区、DSP的分组缓存和通信接口。FPGA的控制单元选择了Xilinx公司的低成本产品，以确保系统的成本效益。信号采集电路部分，使用了TI公司的ADS8365多通道同步ADC，提供高精度和高采样率的信号处理能力。信号首先通过运算放大器进行调理，然后通过FPGA的FIR滤波器进行数字滤波，最后将处理后的数据发送给DSP。 为了处理数据压缩的大容量计算，DSP与FPGA之间采用了高效的通信机制，确保数据在压缩过程中可以实时传输。然而，考虑到DSP内存有限，数据在传输前会被暂存于FPGA的内部FIFO中，以减少对DSP资源的占用。 这篇论文详细介绍了如何利用FPGA和DSP的优势，结合ARC算法，设计出一个能满足航天遥测系统对实时无损数据压缩需求的解决方案，通过优化硬件设计和算法选择，实现了高效的数据压缩性能提升。这对于航天遥测系统的数据传输效率和存储需求具有重要意义。