十一種簡易濾波器設計方法

1、一.十一種通用濾波算法(轉)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(yōu)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2、中位值濾波法A、方法：   連續(xù)采樣

2、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(yōu)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3、算術平均濾波法A、方法：   連續(xù)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?。阂话懔髁?，N=12；壓

3、力：N=4B、優(yōu)點：   適用于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：   對于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   4、遞推平均濾波法（又稱滑動平均濾波法）A、方法：   把連續(xù)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,并扔掉原來隊首的一次數據.(先進先出原則) &#

4、160; 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?。毫髁?，N=12；壓力：N=4；液面，N=412；溫度，N=14B、優(yōu)點：   對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高   適用于高頻振蕩的系統(tǒng) 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   不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差   不適用于脈沖干擾比較嚴重的場合   比較浪費RAM   

5、5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）A、方法：   相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”   連續(xù)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?。?14B、優(yōu)點：   融合了兩種濾波法的優(yōu)點   對于偶然出現的脈沖性干擾，可消除由于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RAM6、限幅平均濾波法A、方法： 

6、60; 相當于“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(yōu)點：   融合了兩種濾波法的優(yōu)點   對于偶然出現的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差C、缺點：   比較浪費RAM7、一階滯后濾波法A、方法：   取a=01   本次濾波結果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結果B、優(yōu)點：   對周期性干擾具有良好的抑制作用   適用

7、于波動頻率較高的場合C、缺點：   相位滯后，靈敏度低   滯后程度取決于a值大小   不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號   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(yōu)點：   適用于有較大純滯后時間常數的對象   和采樣周期較短的

8、系統(tǒng)C、缺點：   對于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(tǒng)當前所受干擾的嚴重程度，濾波效果差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，并判斷計數器是否>=上限N(溢出)      如果計數器溢出,則將本次值替換當前有效值,并清計數器B、優(yōu)點： &#

9、160; 對于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：   對于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(tǒng)10、限幅消抖濾波法A、方法：   相當于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”   先限幅,后消抖B、優(yōu)點：   繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)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(tǒng)C、缺點： &#

10、160; 對于快速變化的參數不宜第11種方法：IIR 數字濾波器 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(yōu)點：高通，低通，帶通，帶阻任意。設計簡單(用matlab）C. 缺點：運算量大。/- 軟件濾波的C程序樣例10種軟件濾波方法的示例程序假定從8位AD中讀取數據（如果是更高位的AD可定義數據類型為int),子程序為get_ad();1、限副濾波/* A值可根據實際情況調整value為有

11、效值，new_value為當前采樣值 濾波程序返回有效的實際值 */#define A 10char 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/* N值可根據實際情況調整排序采用冒泡法*/#define N 11char filter()char value_bufN;char

12、count,i,j,temp;for ( count=0;count<N;count+)value_bufcount = get_ad();delay();for (j=0;j<N-1;j+)for (i=0;i<N-j;i+)   if ( value_buf>value_bufi+1 )         temp = value_buf;      value_buf = value_bufi+1;     

13、     value_bufi+1 = temp;   return value_buf(N-1)/2; 3、算術平均濾波法/*/#define N 12char 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）/*/#define N 12 char value_bufN;char i=0;char filter()char count;

14、int sum=0;value_bufi+ = get_ad();if ( i = N ) i = 0;for ( count=0;count<N,count+)sum = value_bufcount;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）/*/#define N 12char filter()char count,i,j;char value_bufN;int sum=0;for (count=0;count<N;count+)value_bufcount = get_ad();delay();for (j=0;j<N-

15、1;j+)for (i=0;i<N-j;i+)   if ( value_buf>value_bufi+1 )         temp = value_buf;      value_buf = value_bufi+1;          value_bufi+1 = temp;   for(count=1;count<N-1;count+)sum += value

16、count;return (char)(sum/(N-2);6、限幅平均濾波法/*/ 略 參考子程序1、37、一階滯后濾波法/* 為加快程序處理速度假定基數為100，a=0100 */#define a 50char 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/* coe數組為加權系數表，存在程序存儲區(qū)。*/#define N 12char code coeN = 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1

17、2;char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;char filter()char count;char value_bufN;int sum=0;for (count=0,count<N;count+)value_bufcount = get_ad();delay();for (count=0,count<N;count+)sum += value_bufcount*coecount;return (char)(sum/sum_coe);9、消抖濾波法#define N 12char filter()char count=0;ch

18、ar 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/*/略 參考子程序1、911、IIR濾波例子int BandpassFilter4(int InputAD4)int ReturnValue; int ii;RESLO=0;RESHI=0;MACS=*PdelIn;OP2=1068; /Fil

19、terCoeff44;MACS=*(PdelIn+1);OP2=8; /FilterCoeff43;MACS=*(PdelIn+2);OP2=-2001;/FilterCoeff42;MACS=*(PdelIn+3);OP2=8; /FilterCoeff41;MACS=InputAD4;OP2=1068; /FilterCoeff40;MACS=*PdelOu;OP2=-7190;/FilterCoeff48;MACS=*(PdelOu+1);OP2=-1973; /FilterCoeff47;MACS=*(PdelOu+2);OP2=-19578;/FilterCoeff46;MACS=*

20、(PdelOu+3);OP2=-3047; /FilterCoeff45;*p=RESLO;*(p+1)=RESHI;mytestmul<<=2;ReturnValue=*(p+1);for (ii=0;ii<3;ii+)DelayInputii=DelayInputii+1;DelayOutputii=DelayOutputii+1; DelayInput3=InputAD4;DelayOutput3=ReturnValue;/ if (ReturnValue<0)/ / ReturnValue=-ReturnValue;/ return ReturnVal

21、ue; 二.在圖像處理中應用到的濾波算法實例：BOOL   WINAPI   MedianFilter(LPSTR   lpDIBBits,   LONG   lWidth,   LONG   lHeight,         int   iFilterH,   int   iFilterW, &#

22、160;       int   iFilterMX,   int   iFilterMY)          /   指向源圖像的指針   unsigned   char* lpSrc;       /   指向要復制

23、區(qū)域的指針   unsigned   char* lpDst;       /   指向復制圖像的指針   LPSTR lpNewDIBBits;   HLOCAL hNewDIBBits;       /   指向濾波器數組的指針   unsigned  

24、char *   aValue;   HLOCAL hArray;       /   循環(huán)變量   LONG i;   LONG j;   LONG k;   LONG l;       /   圖像每行的字節(jié)數   

25、LONG lLineBytes;       /   計算圖像每行的字節(jié)數   lLineBytes   =   WIDTHBYTES(lWidth   *   8);       /   暫時分配內存，以保存新圖像   hNewDIBBits   =

26、0;  LocalAlloc(LHND,   lLineBytes   *   lHeight);       /   判斷是否內存分配失敗   if   (hNewDIBBits   =   NULL)      /   分配內存失敗   

27、;return   FALSE;          /   鎖定內存   lpNewDIBBits   =   (char   *   )LocalLock(hNewDIBBits);       /   初始化圖像為原始圖像   

28、;memcpy(lpNewDIBBits,   lpDIBBits,   lLineBytes   *   lHeight);       /   暫時分配內存，以保存濾波器數組   hArray   =   LocalAlloc(LHND,   iFilterH   *   iFilterW);&

29、#160;      /   判斷是否內存分配失敗   if   (hArray   =   NULL)      /   釋放內存   LocalUnlock(hNewDIBBits);   LocalFree(hNewDIBBits);    &

30、#160;  /   分配內存失敗   return   FALSE;          /   鎖定內存   aValue   =   (unsigned   char   *   )LocalLock(hArray);   &

31、#160;   /   開始中值濾波   /   行(除去邊緣幾行)   for(i   =   iFilterMY;   i   <   lHeight   -   iFilterH   +   iFilterMY   +   1; 

32、;  i+)      /   列(除去邊緣幾列)   for(j   =   iFilterMX;   j   <   lWidth   -   iFilterW   +   iFilterMX   +   1;   j+)

33、0;     /   指向新DIB第i行，第j個象素的指針   lpDst   =   (unsigned   char*)lpNewDIBBits   +   lLineBytes   *   (lHeight   -   1   -   i)   +

34、60;  j;       /   讀取濾波器數組   for   (k   =   0;   k   <   iFilterH;   k+)      for   (l   =   0; &#

35、160; l   <   iFilterW;   l+)      /   指向DIB第i   -   iFilterMY   +   k行，第j   -   iFilterMX   +   l個象素的指針   lpSrc   = &

36、#160; (unsigned   char*)lpDIBBits   +   lLineBytes   *   (lHeight   -   1   -   i   +   iFilterMY   -   k)   +   j   -   iFilterMX

37、   +   l;       /   保存象素值   aValuek   *   iFilterW   +   l   =   *lpSrc;             /   獲取中值   *   lpDst   =   GetMedianNum(aValue,   iFilterH   *   iFilterW);             /   復制變換后的圖像   memcpy(lpDIBBits