高斯滤波器在实时系统中的快速实现
发布时间:2008/5/26 0:00:00 访问次数:579
高斯滤波器在实时系统中的快速实现 摘 要： 详细讨论了高斯滤波器在单片机系统中的快速实现方法，并给出了对于mcs-51系列单片机的具体实现程序，介绍的方法在实时控制、信号检测与处理方面有很大的实用价值。
关键词： 滤波器 快速实现 单片机 实时系统
滤波器在信号处理、信号检测、通信领域有非常重要的应用，在实时系统中，对滤波器的性能和处理速度有非常严格的要求，特别是快速实时系统中，处理速度至关重要。目前，为满足快速处理的需要，用dsp技术是理想的选择。但是，目前在实时控制系统中，大多是用单片机实现的，它不仅完成信号的采样，还需完成信号的处理和控制等功能，如果单片机系统本身可以完成信号的快速处理任务，将非常方便，我们在一个用mcs-51单片机组成的强噪声背景下的通信系统中，实现了高斯滤波器的快速实现，满足了系统的需要。
１ 算法原理
高斯滤波器是一个低通滤波器，其方程，可以证明，高斯滤波器可用均值滤波器多次逼近，一般情况下，大于或等于三次逼近就可近似于高斯滤波器，所以，在设计高斯滤波器时，可以用设计均值滤波器逼近代替高斯滤波器。
式中n为当前采样点序号，ｎ为窗口宽度，显然均值滤波器实际上可由一次加法运算，一次减法运算和一次除法运算完成，而与窗口的宽度无关，若取窗口宽度
（１）式中，两边同乘ｎ可变为：
即为了避免除法运算，我们可先采用累加机来代替均值，运算结果，再除以ｎｏ上述滤波器结构可用图１表示。
２ 均值滤波器的mcs-51快速实现方法
对于稳定信号，上述计算非常简单，它只需窗口在固定存储器上滑动即可，对于实时信号，存储器的内容是随时更新，相当于信号经过一个固定滤波器。
设采样信号循环存储在ram addrl到addrn的存储空间中，如图２所示。
显然，最新采样值只需取代最早存放在ram中的数据即可，而2式中的累加和实际上就是原累加和加上最新采样值，减去最早采样值。我们用一个数据指针指向当前存放数据的存储单元，为方便编程，把下一个单元的内容作为最早采样值，如图2中n+1时刻的f(1)，这样窗口宽度为n+1。
设ro为当前数据指针，
高斯滤波器在实时系统中的快速实现
摘 要：
详细讨论了高斯滤波器在单片机系统中的快速实现方法，并给出了对于mcs-51系列单片机的具体实现程序，介绍的方法在实时控制、信号检测与处理方面有很大的实用价值。
关键词： 滤波器 快速实现 单片机 实时系统
滤波器在信号处理、信号检测、通信领域有非常重要的应用，在实时系统中，对滤波器的性能和处理速度有非常严格的要求，特别是快速实时系统中，处理速度至关重要。目前，为满足快速处理的需要，用dsp技术是理想的选择。但是，目前在实时控制系统中，大多是用单片机实现的，它不仅完成信号的采样，还需完成信号的处理和控制等功能，如果单片机系统本身可以完成信号的快速处理任务，将非常方便，我们在一个用mcs-51单片机组成的强噪声背景下的通信系统中，实现了高斯滤波器的快速实现，满足了系统的需要。
１ 算法原理
高斯滤波器是一个低通滤波器，其方程，可以证明，高斯滤波器可用均值滤波器多次逼近，一般情况下，大于或等于三次逼近就可近似于高斯滤波器，所以，在设计高斯滤波器时，可以用设计均值滤波器逼近代替高斯滤波器。
式中n为当前采样点序号，ｎ为窗口宽度，显然均值滤波器实际上可由一次加法运算，一次减法运算和一次除法运算完成，而与窗口的宽度无关，若取窗口宽度 （１）式中，两边同乘ｎ可变为：
即为了避免除法运算，我们可先采用累加机来代替均值，运算结果，再除以ｎｏ上述滤波器结构可用图１表示。
２ 均值滤波器的mcs-51快速实现方法
对于稳定信号，上述计算非常简单，它只需窗口在固定存储器上滑动即可，对于实时信号，存储器的内容是随时更新，相当于信号经过一个固定滤波器。
设采样信号循环存储在ram addrl到addrn的存储空间中，如图２所示。
显然，最新采样值只需取代最早存放在ram中的数据即可，而2式中的累加和实际上就是原累加和加上最新采样值，减去最早采样值。我们用一个数据指针指向当前存放数据的存储单元，为方便编程，把下一个单元的内容作为最早采样值，如图2中n+1时刻的f(1)，这样窗口宽度为n+1。
设ro为当前数据指针，
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