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标题: DSP开发中常用的滤波算法 [打印本页]
作者: nuiga    时间: 2021-9-3 10:26
标题: DSP开发中常用的滤波算法
本帖最后由 nuiga 于 2021-9-3 10:27 编辑 + \! a# \+ H. w+ O

1 s! }. @9 w. ]2 f& |/ n, f; h第1种方法 限幅滤波法（又称程序判断滤波法）
: S8 f' Q6 P+ \0 J8 @A 方法：. a7 x+ B4 g' s4 h8 D$ N9 U
根据经验判断，确定两次采样允许的最大偏差值（设为A） 每次检测到新值时判断：$ r# @  J$ A- I+ F, g, }8 J  b5 n  c6 H
如果本次值与上次值之差<=A,则本次值有效 如果本次值与上次值之差>A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值；* J6 m! [( W, r
B 优点：能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰；
1 H  N* l2 o% F: Y5 bC 缺点：无法抑制那种周期性的干扰 平滑度差；
3 p; e6 j' ^1 f- C6 g0 z第2种方法 中位值滤波法% l1 L0 m0 X+ d0 v
A 方法：连续采样N次（N取奇数） 把N次采样值按大小排列 取中间值为本次有效值；
: e" M. r/ m* n1 I0 {& \; UB 优点：能有效克服因偶然因素引起的波动干扰 对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果；# k- m/ ]; B1 ]* ]
C 缺点：对流量、速度等快速变化的参数不宜；
5 M; D7 ^9 E9 q+ G% ^第3种方法 算术平均滤波法
; S0 l( i! |- K- Q% |* x- p: gA 方法：( I; g" o/ ^4 x2 W1 G" g* c& `" \
连续取N个采样值进行算术平均运算 N值较大时：信号平滑度较高，但灵敏度较低 N值较小时：信号平滑度较低，但灵敏度较高 N值的选取：一般流量，N=12；压力：N=4；5 _5 A/ W* [0 _+ J8 q( }0 u5 w
B 优点：适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波 这样信号的特点是有一个平均值，信号在某一数值范围附近上下波动；
  O! s! k2 s; p9 E6 _C 缺点：对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用 比较浪费RAM；
' c  f$ Y+ T; D! E8 z第4种方法 递推平均滤波法（又称滑动平均滤波法）  p7 W" ?. i0 ]% T( f
A 方法：4 x) g, @2 E2 i& L/ O3 E' h6 {
把连续取N个采样值看成一个队列 队列的长度固定为N 每次采样到一个新数据放入队尾,并扔掉原来队首的一次数据.(先进先出原则) 把队列中的N个数据进行算术平均运算,就可获得新的滤波结果 N值的选取：流量，N=12；压力：N=4；液面，N=4~12；温度，N=1~4；) }$ Q* L) f2 W9 `0 h
B 优点：对周期性干扰有良好的抑制作用，平滑度高 适用于高频振荡的系统；
2 p) I' x: ~2 h( w* O/ W3 FC 缺点：灵敏度低 对偶然出现的脉冲性干扰的抑制作用较差 不易消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差 不适用于脉冲干扰比较严重的场合 比较浪费RAM；% j' ~9 a! v0 R9 L; a  Z
第5种方法 中位值平均滤波法（又称防脉冲干扰平均滤波法）2 B/ L  L' ^) X% e& K
A 方法：相当于“中位值滤波法”+“算术平均滤波法” 连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值 然后计算N-2个数据的算术平均值 N值的选取：3~14；
9 B7 ~7 r. _$ [# w' R  fB 优点：融合了两种滤波法的优点 对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差；
  d0 P4 ^) m% G/ q* a5 o' a$ l% tC 缺点：测量速度较慢，和算术平均滤波法一样 比较浪费RAM；; T/ R7 t! Y3 m+ V2 {, T
第6种方法 限幅平均滤波法4 [$ A! X% i: Z$ `3 ~
A 方法：相当于“限幅滤波法”+“递推平均滤波法” 每次采样到的新数据先进行限幅处理 再送入队列进行递推平均滤波处理；
$ Y' Q! n1 i7 `B 优点：融合了两种滤波法的优点 对于偶然出现的脉冲性干扰，可消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差；
- w& e9 l5 w1 Z, MC 缺点：比较浪费RAM；& A! }+ {$ Z( w
第7种方法 一阶滞后滤波法' x/ H0 a6 Y6 l' ]
A 方法：取a=0~1 本次滤波结果=（1-a）*本次采样值+a*上次滤波结果；- E! j6 J  L0 m( W$ T
B 优点：对周期性干扰具有良好的抑制作用 适用于波动频率较高的场合；+ C* q% w. S6 f% [; C
C 缺点：相位滞后，灵敏度低 滞后程度取决于a值大小 不能消除滤波频率高于采样频率的1/2的干扰信号；5 U4 }2 u; h  A. O( |1 {+ |5 p
第8种方法 加权递推平均滤波法2 i( Q$ }' X. E; _' n2 y5 L9 E
A 方法：是对递推平均滤波法的改进，即不同时刻的数据加以不同的权 通常是，越接近现时刻的资料，权取得越大 给予新采样值的权系数越大，则灵敏度越高，但信号平滑度越低；* g6 ?$ A% {' W# D, l
B 优点：适用于有较大纯滞后时间常数的对象 和采样周期较短的系统；
9 y8 D9 d0 d/ l7 ^2 jC 缺点：对于纯滞后时间常数较小，采样周期较长，变化缓慢的信号 不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差；
+ Z0 S' @3 T1 t$ N( C6 J/ l/ |. W第9种方法 消抖滤波法
, K/ K5 H# j: X. ^  v5 b, T/ SA 方法：设置一个滤波计数器 将每次采样值与当前有效值比较： 如果采样值＝当前有效值，则计数器清零 如果采样值<>当前有效值，则计数器+1，并判断计数器是否>=上限N(溢出) 如果计数器溢出,则将本次值替换当前有效值,并清计数器；
: a+ O$ A2 S6 }2 h! J& gB 优点：对于变化缓慢的被测参数有较好的滤波效果, 可避免在临界值附近控制器的反复开/关跳动或显示器上数值抖动；
7 M9 E2 @" h; v2 w% @- ]C 缺点：对于快速变化的参数不宜 如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统；# R2 r% [, M) x. j2 z. o' |9 E) Z% w
第10种方法 限幅消抖滤波法5 n% F- b6 X9 ]! f
A 方法：相当于“限幅滤波法”+“消抖滤波法” 先限幅后消抖；2 N9 ^* y7 [) I% d
B 优点：继承了“限幅”和“消抖”的优点 改进了“消抖滤波法”中的某些缺陷,避免将干扰值导入系统；
) G% Q( n. ?( X0 a+ p0 F8 x9 G( KC 缺点：对于快速变化的参数不宜；
7 a7 T8 @# W  x/ J第11种方法 IIR 数字滤波器
- ~  @6 D" I5 O" C8 C1 sA 方法：确定信号带宽， 滤之。 - a$ I# _' [$ R4 m4 Y
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)+ H& ~0 L. Y) y6 ^9 A
B 优点：高通，低通，带通，带阻任意。设计简单(用matlab）
+ T, S: H0 S6 }' ^: u+ c, Y/ _0 IC 缺点：运算量大；
8 i& j. [- e+ c) y' c4 j$ @' Y! @* k, J2 ^" t
' ^6 `8 y& ?2 M5 h
作者: damengshu    时间: 2021-9-3 10:59
中位值滤波法能有效克服因偶然因素引起的波动干扰 对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果
作者: kiygb    时间: 2021-9-3 11:03
加权递推平均滤波法不能迅速反应系统当前所受干扰的严重程度，滤波效果差
作者: jspij1    时间: 2021-9-3 13:34
如果在计数器溢出的那一次采样到的值恰好是干扰值,则会将干扰值当作有效值导入系统
作者: xiaoming11    时间: 2021-9-3 14:34
算术平均滤波法信号平滑度较高，但灵敏度较低



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