幾種經典的濾波算法

来源：互联网发布：封闭式耳机知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/16 08:01

http://www.cnblogs.com/carekee/articles/2265917.html

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

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

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

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
      適用於高頻振蕩的系統
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

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
      然後計算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

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、一階滯後濾波法
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：
      相位滯後，靈敏度低
      滯後程度取決於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

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：
      適用於有較大純滯後時間常數的對象
      和采樣周期較短的系統
C、缺點：
      對於純滯後時間常數較小，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

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

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,後消抖
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

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. 優點：高通，低通，帶通，帶阻任意。設計簡單(用matlab）
C. 缺點：運算量大。
　

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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為有效值，new_value為當前采樣值
濾波程序返回有效的實際值  */
#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
/*  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-1;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
/*
*/

#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）
/*
*/
#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）
/*
*/
#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-1;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
/*
*/
略參考子程序1、3

7、一階滯後濾波法
/* 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
/* 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

#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
/*
*/
略參考子程序1、9

11、IIR濾波例子

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;
}