高斯濾波器在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的快速實(shí)現(xiàn)

詳細(xì)討論了高斯濾波器在單片機(jī)系統(tǒng)中的快速實(shí)現(xiàn)方法,并給出了對于MCS-51系列單片機(jī)的具體實(shí)現(xiàn)程序,介紹的方法在實(shí)時(shí)控制、信號檢測與處理方面有很大的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 濾波器 快速實(shí)現(xiàn) 單片機(jī) 實(shí)時(shí)系統(tǒng)

濾波器在信號處理、信號檢測、通信領(lǐng)域有非常重要的應(yīng)用,在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,對濾波器的性能和處理速度有非常嚴(yán)格的要求,特別是快速實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,處理速度至關(guān)重要。目前,為滿足快速處理的需要,用DSP技術(shù)是理想的選擇。但是,目前在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中,大多是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)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(jī)系統(tǒng)本身可以完成信號的快速處理任務(wù),將非常方便,我們在一個(gè)用MCS-51單片機(jī)組成的強(qiáng)噪聲背景下的通信系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了高斯濾波器的快速實(shí)現(xiàn),滿足了系統(tǒng)的需要。

１ 算法原理

高斯濾波器是一個(gè)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(shè)計(jì)高斯濾波器時(shí),可以用設(shè)計(jì)均值濾波器逼近代替高斯濾波器。

式中n為當(dāng)前采樣點(diǎn)序號,Ｎ為窗口寬度,顯然均值濾波器實(shí)際上可由一次加法運(yùn)算,一次減法運(yùn)算和一次除法運(yùn)算完成,而與窗口的寬度無關(guān),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(jī),用24MHz晶振,只需幾個(gè)μs,如需速度更快,改用16位單片機(jī),累加和在一個(gè)寄存器中,還可減少加法和減法的時(shí)間。

作者用上述方法在照明線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中,對二值信號進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,由于窗口寬度小于256,累加和中只用一個(gè)字節(jié),所以,處理時(shí)間只需5μs,令人非常滿意。

本文討論了高斯濾波器在單片機(jī)系統(tǒng)中的快速實(shí)現(xiàn)。這種方法,特別適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理、控制系統(tǒng)中的濾波。實(shí)踐表明,這種方法具有很高的實(shí)用價(jià)值,值得推廣。