高斯濾波器在實時系統中的快速實現

詳細討論了高斯濾波器在單片機系統中的快速實現方法,并給出了對于MCS-51系列單片機的具體實現程序,介紹的方法在實時控制、信號檢測與處理方面有很大的實用價值。

關鍵詞： 濾波器 快速實現 單片機 實時系統

濾波器在信號處理、信號檢測、通信領域有非常重要的應用,在實時系統中,對濾波器的性能和處理速度有非常嚴格的要求,特別是快速實時系統中,處理速度至關重要。目前,為滿足快速處理的需要,用DSP技術是理想的選擇。但是,目前在實時控制系統中,大多是用單片機實現的,它不僅完成信號的采樣,還需完成信號的處理和控制等功能,如果單片機系統本身可以完成信號的快速處理任務,將非常方便,我們在一個用MCS-51單片機組成的強噪聲背景下的通信系統中,實現了高斯濾波器的快速實現,滿足了系統的需要。

１ 算法原理

高斯濾波器是一個低通濾波器,其方程,可以證明,高斯濾波器可用均值濾波器多次逼近,一般情況下,大于或等于三次逼近就可近似于高斯濾波器,所以,在設計高斯濾波器時,可以用設計均值濾波器逼近代替高斯濾波器。

式中n為當前采樣點序號,Ｎ為窗口寬度,顯然均值濾波器實際上可由一次加法運算,一次減法運算和一次除法運算完成,而與窗口的寬度無關,若取窗口寬度 ,上述累加和只需右移ｋ位即為均值。

顯然,上述算法不管窗口大小如何,其速度都一樣快,所以,本算法對寬窗口濾波更為有效。

上面程序如采用89系列單片機,用24MHz晶振,只需幾個μs,如需速度更快,改用16位單片機,累加和在一個寄存器中,還可減少加法和減法的時間。

作者用上述方法在照明線數據通信系統中,對二值信號進行實時處理,由于窗口寬度小于256,累加和中只用一個字節,所以,處理時間只需5μs,令人非常滿意。

本文討論了高斯濾波器在單片機系統中的快速實現。這種方法,特別適用于實時數據采集、處理、控制系統中的濾波。實踐表明,這種方法具有很高的實用價值,值得推廣。