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10種經典軟件濾波算法

本文轉載自   查看原文   2019-03-18 11:21   892    實例/ linux 進程

10種軟件濾波方法(來自網絡代碼未驗證)

 

1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）

    A、方法：

       根據經驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設為A）

       每次檢測到新值時判斷：

       如果本次值與上次值之差<=A,則本次值有效

       如果本次值與上次值之差>A,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值

    B、優點：

       能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾

    C、缺點

       無法抑制那種周期性的干擾

       平滑度差

// eg.
#define A 10
 
char value;
 
char filter()
{
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    if ((new_value - value > A) || (value - new_value > A))
        return value;
    return new_value;  
}

2、中位值濾波法

    A、方法：

       連續采樣N次（N取奇數）

       把N次采樣值按大小排列

       取中間值為本次有效值

    B、優點：

       能有效克服因偶然因素引起的波動干擾

       對溫度、液位的變化緩慢的被測參數有良好的濾波效果

    C、缺點：

       對流量、速度等快速變化的參數不宜

// eg.
/*   N值可根據實際情況調整
排序采用冒泡法*/
#define N   11
 
char filter()
{
char value_buf[N];
char count,i,j,temp;
for (count=0;count<N;count++){
    value_buf[count] = get_ad();
    delay();
}
for (j=0;j<=N;j++){
   for (i=0;i<=N-j;i++){
        if (value_buf > value_buf[i+1])
        {
            temp = value_buf;
            value_buf = value_buf[i+1];
            value_buf[i+1] = temp;
        }
    }
}
return value_buf[(N-1)/2];
}

3、算術平均濾波法

    A、方法：

       連續取N個采樣值進行算術平均運算

       N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低

       N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高

       N值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4

    B、優點：

       適用於對一般具有隨機干擾的信號進行濾波

       這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數值范圍附近上下波動

    C、缺點：

       對於測量速度較慢或要求數據計算速度較快的實時控制不適用

       比較浪費RAM

// eg.
#define N 12
 
char filter()
{
    int sum = 0;
    for(count=0;count<N;count++){
        sum + = get_ad();
        delay();
    }
    return (char)(sum/N);
}

4、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）

    A、方法：

       把連續取N個采樣值看成一個隊列

       隊列的長度固定為N

       每次采樣到一個新數據放入隊尾,並扔掉原來隊首的一次數據.(先進先出原則)

       把隊列中的N個數據進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果

       N值的選取：流量，N=12；壓力：N=4；液面，N=4~12；溫度，N=1~4

    B、優點：

       對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高

       適用於高頻振盪的系統   

    C、缺點：

       靈敏度低

       對偶然出現的脈沖性干擾的抑制作用較差

       不易消除由於脈沖干擾所引起的采樣值偏差

       不適用於脈沖干擾比較嚴重的場合

       比較浪費RAM

#define N 12
 
char value_buf[N];
char i=0;
 
char filter()
{
    char count;
    int sum=0;
    value_buf[i++] = get_ad();
    if (i == N)
        i = 0;
    for (count=0;count<N;count++)
        sum += value_buf[count];
    return (char)(sum/N);
}

5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）

    A、方法：

       相當於“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”

       連續采樣N個數據，去掉一個最大值和一個最小值

       然后計算N-2個數據的算術平均值

       N值的選取：3~14

    B、優點：

       融合了兩種濾波法的優點

       對於偶然出現的脈沖性干擾，可消除由於脈沖干擾所引起的采樣值偏差

    C、缺點：

       測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣

       比較浪費RAM

// eg.
#define N 12
 
char filter()
{
    char count,i,j;
    char value_buf[N];
    int sum=0;
    for(count=0;count<N;count++){
        value_buf[count] = get_ad();
        delay();
    }
 
    for (j=0;j<=N;j++){
        for (i=0;i<=N-j;i++){
            if (value_buf > value_buf[i+1])
            {
                temp = value_buf;
                value_buf = value_buf[i+1];
                value_buf[i+1] = temp;
            }
        }
    }
 
    for(count=1;count<N-1;count++)
        sum += value[count];
    return (char)(sum/(N-2));
}

6、限幅平均濾波法

    A、方法：

       相當於“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”

       每次采樣到的新數據先進行限幅處理，

       再送入隊列進行遞推平均濾波處理

    B、優點：

       融合了兩種濾波法的優點

       對於偶然出現的脈沖性干擾，可消除由於脈沖干擾所引起的采樣值偏差

    C、缺點：

       比較浪費RAM

 

7、一階滯后濾波法

    A、方法：

       取a=0~1

       本次濾波結果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結果

    B、優點：

       對周期性干擾具有良好的抑制作用

       適用於波動頻率較高的場合

    C、缺點：

       相位滯后，靈敏度低

       滯后程度取決於a值大小

       不能消除濾波頻率高於采樣頻率的1/2的干擾信號

// eg.
/* 為加快程序處理速度假定基數為100，a=0~100 */
 
#define a 50
 
char value;
 
char filter()
{
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    return (100-a)*value + a*new_value;
}

8、加權遞推平均濾波法

    A、方法：

       是對遞推平均濾波法的改進，即不同時刻的數據加以不同的權

       通常是，越接近現時刻的數據，權取得越大。

       給予新采樣值的權系數越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低

    B、優點：

       適用於有較大純滯后時間常數的對象

       和采樣周期較短的系統

    C、缺點：

       對於純滯后時間常數較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號

       不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差

// eg.
/* coe數組為加權系數表，存在程序存儲區。*/
 
#define N 12
 
char code coe[N] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};
char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;
 
char filter()
{
    char count;
    char value_buf[N];
    int sum=0;
    for (count=0,count<N;count++){
        value_buf[count] = get_ad();
        delay();
    }
    for(count=0,count<N;count++)
        sum += value_buf[count]*coe[count];
    return (char)(sum/sum_coe);
}

9、消抖濾波法

    A、方法：

       設置一個濾波計數器

       將每次采樣值與當前有效值比較：

       如果采樣值＝當前有效值，則計數器清零

       如果采樣值<>當前有效值，則計數器+1，並判斷計數器是否>=上限N(溢出)

           如果計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,並清計數器

    B、優點：

       對於變化緩慢的被測參數有較好的濾波效果,

        可避免在臨界值附近控制器的反復開/關跳動或顯示器上數值抖動

    C、缺點：

       對於快速變化的參數不宜

       如果在計數器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值導入系統

// eg.
#define N 12
 
char filter()
{
    char count=0;
    char new_value;
    new_value = get_ad();
    while (value !=new_value);
    {
        count++;
        if (count>=N) return new_value;
        delay();
        new_value = get_ad();
    }
    return value;
}

10、限幅消抖濾波法

    A、方法：

       相當於“限幅濾波法”+“消抖濾波法”

       先限幅,后消抖

    B、優點：

       繼承了“限幅”和“消抖”的優點

       改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導入系統

    C、缺點：

       對於快速變化的參數不宜

 

 11、IIR濾波？？？
A. 方法：
    確定信號帶寬， 濾之。
    Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + ... + bk*X(n-k)
B. 優點：
    高通，低通，帶通，帶阻任意。設計簡單(用matlab）
C. 缺點：
    運算量大。

// eg.
int BandpassFilter4(int InputAD4)
{
    int ReturnValue;
    int ii;
    RESLO=0;
    RESHI=0;
    MACS=*PdelIn;
    OP2=1068; //FilterCoeff4[4];
    MACS=*(PdelIn+1);
    OP2=8; //FilterCoeff4[3];
    MACS=*(PdelIn+2);
    OP2=-2001;//FilterCoeff4[2];
    MACS=*(PdelIn+3);
    OP2=8; //FilterCoeff4[1];
    MACS=InputAD4;
    OP2=1068; //FilterCoeff4[0];
    MACS=*PdelOu;
    OP2=-7190;//FilterCoeff4[8];
    MACS=*(PdelOu+1);
    OP2=-1973; //FilterCoeff4[7];
    MACS=*(PdelOu+2);
    OP2=-19578;//FilterCoeff4[6];
    MACS=*(PdelOu+3);
    OP2=-3047; //FilterCoeff4[5];
    *p=RESLO;
    *(p+1)=RESHI;
    mytestmul<<=2;
    ReturnValue=*(p+1);
    for (ii=0;ii<3;ii++)
    {
        DelayInput[ii]=DelayInput[ii+1];
        DelayOutput[ii]=DelayOutput[ii+1];
    }
    DelayInput[3]=InputAD4;
    DelayOutput[3]=ReturnValue;
 
//    if (ReturnValue<0)
//    {
//       ReturnValue=-ReturnValue;
//    }
    return ReturnValue;  
}

 

10種軟件濾波方法(來自網絡代碼未驗證)

 

1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）

    A、方法：

       根據經驗判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設為A）

       每次檢測到新值時判斷：

       如果本次值與上次值之差<=A,則本次值有效

       如果本次值與上次值之差>A,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值

    B、優點：

       能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾

    C、缺點

       無法抑制那種周期性的干擾

       平滑度差

  1.  
    // eg.
  2.  
    #define A 10
  3.  
     
  4.  
    char value;
  5.  
     
  6.  
    char filter()
  7.  
    {
  8.  
    char new_value;
  9.  
    new_value = get_ad();
  10.  
    if ((new_value - value > A) || (value - new_value > A))
  11.  
    return value;
  12.  
    return new_value;
  13.  
    }

 

 

2、中位值濾波法

    A、方法：

       連續采樣N次（N取奇數）

       把N次采樣值按大小排列

       取中間值為本次有效值

    B、優點：

       能有效克服因偶然因素引起的波動干擾

       對溫度、液位的變化緩慢的被測參數有良好的濾波效果

    C、缺點：

       對流量、速度等快速變化的參數不宜

  1.  
    // eg.
  2.  
    /* N值可根據實際情況調整
  3.  
    排序采用冒泡法*/
  4.  
    #define N 11
  5.  
     
  6.  
    char filter()
  7.  
    {
  8.  
    char value_buf[N];
  9.  
    char count,i,j,temp;
  10.  
    for (count= 0;count<N;count++){
  11.  
    value_buf[count] = get_ad();
  12.  
    delay();
  13.  
    }
  14.  
    for (j= 0;j<=N;j++){
  15.  
    for (i= 0;i<=N-j;i++){
  16.  
    if (value_buf > value_buf[i+ 1])
  17.  
    {
  18.  
    temp = value_buf;
  19.  
    value_buf = value_buf[i+ 1];
  20.  
    value_buf[i+ 1] = temp;
  21.  
    }
  22.  
    }
  23.  
    }
  24.  
    return value_buf[(N -1)/ 2];
  25.  
    }

 

 

3、算術平均濾波法

    A、方法：

       連續取N個采樣值進行算術平均運算

       N值較大時：信號平滑度較高，但靈敏度較低

       N值較小時：信號平滑度較低，但靈敏度較高

       N值的選取：一般流量，N=12；壓力：N=4

    B、優點：

       適用於對一般具有隨機干擾的信號進行濾波

       這樣信號的特點是有一個平均值，信號在某一數值范圍附近上下波動

    C、缺點：

       對於測量速度較慢或要求數據計算速度較快的實時控制不適用

       比較浪費RAM

 

  1.  
    // eg.
  2.  
    #define N 12
  3.  
     
  4.  
    char filter()
  5.  
    {
  6.  
    int sum = 0;
  7.  
    for(count= 0;count<N;count++){
  8.  
    sum + = get_ad();
  9.  
    delay();
  10.  
    }
  11.  
    return ( char)(sum/N);
  12.  
    }


       

 

4、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）

    A、方法：

       把連續取N個采樣值看成一個隊列

       隊列的長度固定為N

       每次采樣到一個新數據放入隊尾,並扔掉原來隊首的一次數據.(先進先出原則)

       把隊列中的N個數據進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果

       N值的選取：流量，N=12；壓力：N=4；液面，N=4~12；溫度，N=1~4

    B、優點：

       對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高

       適用於高頻振盪的系統   

    C、缺點：

       靈敏度低

       對偶然出現的脈沖性干擾的抑制作用較差

       不易消除由於脈沖干擾所引起的采樣值偏差

       不適用於脈沖干擾比較嚴重的場合

       比較浪費RAM

  1.  
    #define N 12
  2.  
     
  3.  
    char value_buf[N];
  4.  
    char i= 0;
  5.  
     
  6.  
    char filter()
  7.  
    {
  8.  
    char count;
  9.  
    int sum= 0;
  10.  
    value_buf[i++] = get_ad();
  11.  
    if (i == N)
  12.  
    i = 0;
  13.  
    for (count= 0;count<N;count++)
  14.  
    sum += value_buf[count];
  15.  
    return ( char)(sum/N);
  16.  
    }


      

 

5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）

    A、方法：

       相當於“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”

       連續采樣N個數據，去掉一個最大值和一個最小值

       然后計算N-2個數據的算術平均值

       N值的選取：3~14

    B、優點：

       融合了兩種濾波法的優點

       對於偶然出現的脈沖性干擾，可消除由於脈沖干擾所引起的采樣值偏差

    C、缺點：

       測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣

       比較浪費RAM

  1.  
    // eg.
  2.  
    #define N 12
  3.  
     
  4.  
    char filter()
  5.  
    {
  6.  
    char count,i,j;
  7.  
    char value_buf[N];
  8.  
    int sum= 0;
  9.  
    for(count= 0;count<N;count++){
  10.  
    value_buf[count] = get_ad();
  11.  
    delay();
  12.  
    }
  13.  
     
  14.  
    for (j= 0;j<=N;j++){
  15.  
    for (i= 0;i<=N-j;i++){
  16.  
    if (value_buf > value_buf[i+ 1])
  17.  
    {
  18.  
    temp = value_buf;
  19.  
    value_buf = value_buf[i+ 1];
  20.  
    value_buf[i+ 1] = temp;
  21.  
    }
  22.  
    }
  23.  
    }
  24.  
     
  25.  
    for(count= 1;count<N -1;count++)
  26.  
    sum += value[count];
  27.  
    return ( char)(sum/(N -2));
  28.  
    }

 

 

6、限幅平均濾波法

    A、方法：

       相當於“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”

       每次采樣到的新數據先進行限幅處理，

       再送入隊列進行遞推平均濾波處理

    B、優點：

       融合了兩種濾波法的優點

       對於偶然出現的脈沖性干擾，可消除由於脈沖干擾所引起的采樣值偏差

    C、缺點：

       比較浪費RAM

 

7、一階滯后濾波法

    A、方法：

       取a=0~1

       本次濾波結果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結果

    B、優點：

       對周期性干擾具有良好的抑制作用

       適用於波動頻率較高的場合

    C、缺點：

       相位滯后，靈敏度低

       滯后程度取決於a值大小

       不能消除濾波頻率高於采樣頻率的1/2的干擾信號

  1.  
    // eg.
  2.  
    /* 為加快程序處理速度假定基數為100，a=0~100 */
  3.  
     
  4.  
    #define a 50
  5.  
     
  6.  
    char value;
  7.  
     
  8.  
    char filter()
  9.  
    {
  10.  
    char new_value;
  11.  
    new_value = get_ad();
  12.  
    return ( 100-a)*value + a*new_value;
  13.  
    }


      

 

8、加權遞推平均濾波法

    A、方法：

       是對遞推平均濾波法的改進，即不同時刻的數據加以不同的權

       通常是，越接近現時刻的數據，權取得越大。

       給予新采樣值的權系數越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低

    B、優點：

       適用於有較大純滯后時間常數的對象

       和采樣周期較短的系統

    C、缺點：

       對於純滯后時間常數較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號

       不能迅速反應系統當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差

  1.  
    // eg.
  2.  
    /* coe數組為加權系數表，存在程序存儲區。*/
  3.  
     
  4.  
    #define N 12
  5.  
     
  6.  
    char code coe[N] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12};
  7.  
    char code sum_coe = 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+ 9+ 10+ 11+ 12;
  8.  
     
  9.  
    char filter()
  10.  
    {
  11.  
    char count;
  12.  
    char value_buf[N];
  13.  
    int sum= 0;
  14.  
    for (count= 0,count<N;count++){
  15.  
    value_buf[count] = get_ad();
  16.  
    delay();
  17.  
    }
  18.  
    for(count= 0,count<N;count++)
  19.  
    sum += value_buf[count]*coe[count];
  20.  
    return ( char)(sum/sum_coe);
  21.  
    }

 

 

9、消抖濾波法

    A、方法：

       設置一個濾波計數器

       將每次采樣值與當前有效值比較：

       如果采樣值＝當前有效值，則計數器清零

       如果采樣值<>當前有效值，則計數器+1，並判斷計數器是否>=上限N(溢出)

           如果計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,並清計數器

    B、優點：

       對於變化緩慢的被測參數有較好的濾波效果,

        可避免在臨界值附近控制器的反復開/關跳動或顯示器上數值抖動

    C、缺點：

       對於快速變化的參數不宜

       如果在計數器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會將干擾值當作有效值導入系統

  1.  
    // eg.
  2.  
    #define N 12
  3.  
     
  4.  
    char filter()
  5.  
    {
  6.  
    char count= 0;
  7.  
    char new_value;
  8.  
    new_value = get_ad();
  9.  
    while (value !=new_value);
  10.  
    {
  11.  
    count++;
  12.  
    if (count>=N) return new_value;
  13.  
    delay();
  14.  
    new_value = get_ad();
  15.  
    }
  16.  
    return value;
  17.  
    }

 

 

10、限幅消抖濾波法

    A、方法：

       相當於“限幅濾波法”+“消抖濾波法”

       先限幅,后消抖

    B、優點：

       繼承了“限幅”和“消抖”的優點

       改進了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導入系統

    C、缺點：

       對於快速變化的參數不宜

 

 11、IIR濾波？？？
A. 方法：
    確定信號帶寬， 濾之。
    Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + ... + bk*X(n-k)
B. 優點：
    高通，低通，帶通，帶阻任意。設計簡單(用matlab）
C. 缺點：
    運算量大。

  1.  
    // eg.
  2.  
    int BandpassFilter4(int InputAD4)
  3.  
    {
  4.  
    int ReturnValue;
  5.  
    int ii;
  6.  
    RESLO= 0;
  7.  
    RESHI= 0;
  8.  
    MACS=*PdelIn;
  9.  
    OP2= 1068; //FilterCoeff4[4];
  10.  
    MACS=*(PdelIn+ 1);
  11.  
    OP2= 8; //FilterCoeff4[3];
  12.  
    MACS=*(PdelIn+ 2);
  13.  
    OP2= -2001; //FilterCoeff4[2];
  14.  
    MACS=*(PdelIn+ 3);
  15.  
    OP2= 8; //FilterCoeff4[1];
  16.  
    MACS=InputAD4;
  17.  
    OP2= 1068; //FilterCoeff4[0];
  18.  
    MACS=*PdelOu;
  19.  
    OP2= -7190; //FilterCoeff4[8];
  20.  
    MACS=*(PdelOu+ 1);
  21.  
    OP2= -1973; //FilterCoeff4[7];
  22.  
    MACS=*(PdelOu+ 2);
  23.  
    OP2= -19578; //FilterCoeff4[6];
  24.  
    MACS=*(PdelOu+ 3);
  25.  
    OP2= -3047; //FilterCoeff4[5];
  26.  
    *p=RESLO;
  27.  
    *(p+ 1)=RESHI;
  28.  
    mytestmul<<= 2;
  29.  
    ReturnValue=*(p+ 1);
  30.  
    for (ii= 0;ii< 3;ii++)
  31.  
    {
  32.  
    DelayInput[ii]=DelayInput[ii+ 1];
  33.  
    DelayOutput[ii]=DelayOutput[ii+ 1];
  34.  
    }
  35.  
    DelayInput[ 3]=InputAD4;
  36.  
    DelayOutput[ 3]=ReturnValue;
  37.  
     
  38.  
    // if (ReturnValue<0)
  39.  
    // {
  40.  
    // ReturnValue=-ReturnValue;
  41.  
    // }
  42.  
    return ReturnValue;
  43.  
    }

 


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