整数运算的数字低通滤波方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及整数运算的数字低通滤波方法及装置。
【背景技术】
[0002]在数字信号处理中，有些物理量(如:电压、电流)在进入数学模型之前都需要“稳定性”处理，即对信号进行滤波，以去除干扰。为减少对信号的影响，滤波时要尽量减小延时或位移。在使用DSP或相应单片机的定时中断处理机制来处理时，由于中断时间可调，截止频率很难预先确定。如果要精确处理截止频率，必须将中断时间与滤波系数相关。一般情况下不需要精确处理截止频率，只要满足现场使用要求即可;还有一些用于显示的物理量在进入显示器之前也需要“稳定性”处理，例如，考虑到人的眼睛能识别的速度在25栈/秒以下，为防止更新太快，这类信号也需要滤波。这类处理，通常采用一阶低通滤波算法进行滤波，其算法逻辑表达式如下:
[0003]y(n) = {x(n)-y(n-l)}/h+y(n-l)
[0004]其中，
[0005]y(η):本次滤波输出；x(n):本次滤波输入;y(n-1):上次滤波输出;h:滤波系数(大于I的数)。
[0006]由上式可知，如果信号的变化量较小(x(n)-y(n-l))，整数运算的DSP或相应的单片机在运算时，因位数的限制，变化量被截尾舍弃，造成输出永远停留在y(n-l )，不会变化的问题。
[0007]如:h= 4;
[0008]从上式可以看出，当输入(x(η))相对输出(y (n-1))变化大于4时(|x_y |>4)，输出(7(11))有变化，如果1(11)-7(11-1)为加4，则7(11)=7(11-1)加1;如果1(11)-7(11-1)为减4，则7(n) = y (η-1)减I;也就是说，X(η)变化4个单位，y (η)变化I个单位;χ(η)变化较快y (η)变化较慢;这样就起到了滤波的效果。
[0009]但是当输入(χ(η))相对于输出(y(η-1))的变化小于4时(|χ-y |〈4)，与4(h)相除的结果被截尾舍弃，造成输出y(n)停留在y(n-l)，起不到滤波作用。
[0010]为了解决这个问题，现有技术中，将所有数据先放大，然后滤波处理，最后再还原。[0011 ]但是放大和还原，需要进行乘法和除法运算，使DSP或单片机的资源和时间消耗在放大和还原上，影响DSP或单片机的正常工作。
[0012]本发明的目的在于提供一种既能提高运算精度，又能减少运算量的整数运算的数字低通滤波方法及装置。
【发明内容】
[0013]本发明的第一技术方案为，整数运算的数字低通滤波方法，其算法逻辑表达式为下式(1)，
[0014]y(n) = {x(n)-y(n-l)}/h+y(n-l) (I)
[0015]其中，y(η):本次滤波输出；χ(η):本次滤波输入;y (n_I):上次滤波输出;h:滤波系数，
[0016]本发明的特征在于，在式(I)中引入变量r，由下式(2)的算法逻辑表达式，计算滤波输出y，
[0017]y(n)={x(n)-y(n-l)+r(n-l)}/h+y(n-l) (2)
[0018]其中，r的算法逻辑表达式为下式(3)，
[0019]r(n) = {x(n)-y(n-l)+r(n-l)}/h 的余数(3)
[0020]r(n):本次余数;r(n_l):上次余数，
[0021]y、x、h、r 为整数，
[0022]包括运算y(n)和运算r(n)步骤。
[0023]第二技术方案基于第一技术方案，其特征在于，运算y(n)的步骤，包括，
[0024]读取x(n)、y(n_l)、r(n_l)，
[0025]调用累加器运算A= x(n)-y(n-l)+r(n-l);
[0026]读取A、h，
[0027]调用除法器运算B=A/h;
[0028]读取Bj(R1)，
[0029]调用累加器运算y(n-l)+B，计算y(n)；
[0030]y(n)作为本次的滤波输出，并用于下一次运算，
[0031]运算r(n)的步骤，包括，
[0032]读取x(n)、y(n_l)、r(n_l)
[0033]调用累加器运算A= x(n)-y(n-l)+r(n-l);
[0034]读取A、h，
[0035]调用求余运算器运算A/h的余数，计算r(n)，
[0036]r(n)作为本次的余数输出，并用于下一次运算。
[0037]第二技术方案基于第一技术方案，其特征在于，所述求余运算器为逻辑移位器。
[0038]第三技术方案基于第二技术方案，其特征在于，所述求余运算器为逻辑移位器。
[0039]第四技术方案基于第一至第三中任一项技术方案，其特征在于，初始运算时，y、r的初始值设定为O。
[0040]第五技术方案为整数运算的数字低通滤波装置，其特征在于，包括，计算A= X(n)-y (n-1 )+r (n-1)的第一累加器，计算B = A/h的除法器，计算y (n)= y (n-1 )+B的第二累加器，计算4 = 1(11)-7(11-1)+1'(11-1)的第三累加器，计算4/11的余数的求余运算器，
[0041 ]其中，y (η):本次滤波输出；χ (η):本次滤波输入;y (η_1):上次滤波输出;h:滤波系数，r(n):本次余数;r(n-l):上次余数。
[0042]第六技术方案基于第五技术方案，其特征在于，所述求余运算器为逻辑移位器。
[0043]第七技术方案基于第五或第六技术方案，其特征在于，第一累加器、第二累加器、第三累加器在初始运算时，y、r的初始值设定为O。
【附图说明】
[0044]图1为本发明实施方式的结构框图；
[0045]图2为本发明实施方式中y的运算流程图；
[0046]图3为本发明实施方式中r的运算流程图；
[0047]图4是现有技术中y的运算流程图；
[0048]图5是现有技术中yf的运算流程图。
【具体实施方式】
[0049]在说明本发明的实施方式之前，首先对现有技术进行说明。
[0050]为解决输入(x(n))相对于输出(y(n-l))的变化小时，输出y(n)没有变化的问题，现有技术的算法是将所有数据先放大，然后滤波，最后再还原，以下是其算法逻辑表达式，式中;引入新的变量yf^y(n) = [K*x(n) + (H-K)*y(n-1) + (H-K)*yf(n-1)/H]/H(4)yf(n)=[K*x(n-1) + (H-K)*y(n-1) + (H-K)*yf(n-1)/H]%H(5)其中，
[0051]x:输入
[0052]y:输出(整数)
[0053]yf:输出(小数)
[0054]H:滤波系数(大于I的数)
[0055]K:滤波比例
[0056]Η>Κ>0
[0057]带符号求余运算。
[0058]如H=1024，K = 256
[0059]由式(4)得
[0060]y = (x+y*3+yf*3/4)/4
[0061]= x/4+y*3/4+yf*3/4/4
[0062]由式(5)得
[0063]yf=(x+y*3+yf*3/4)&3
[0064]在运算式(4)时，第一项:x/4，g卩，输入(x(n))取四分之一;第二项:y*3/4，S卩，输出(y(n-l))取四分之三;第三项:yf*3/4/4，即，输出小数(yf(n-l))取四分之三并进位。通过这样的运算把整数及小数都输出了(包括滤波)，并且，小数部分反映到了下次的y和yf的运算中，防止了因整数运算导致的小数部分丢失。为了计算方便除法运算也可以用移位代替运算，此时，
[0065]y = (x+y*3+(yf*3>>2))>>2
[0066]or y = (x*256+y*768+(yf*768?10))>>10
[0067]yf=(x+y*3+(yf*3>>2))&3
[0068]or y = (x*256+y*768+(yf*768>>10))&1023
[0069]图4、图5是现有技术中y和yf的运算流程图。
[0070]由图4、5的流程图可知，现有的算法在计算y和yf时需要进行六次乘法、三次除法或移位(向右)以及若干加减逻辑运算。乘法运算时，为保证运算精度，数据类型要放大一倍;如:16位X 16位时结果必须32位这样才是安全的;数据类型的位数越多计算机处理的速度越慢；占用的存储空间越大;要想提高运行效率必须合理运用乘除法。
[0071 ]以下通过与现有技术的对比对本发明的实施方式进行说明。
[0072]下式(6)是本实施方式的y的算法逻辑表达式，下式(7)是本实施方式的r的算法逻辑表达式，均采用整数运算。
[0073]y(n)={x(n)-y(n-l)+r(n-l)}/h+y(n-l) (6)
[0074]r(n) = {x(n)-y(n-l)+r(n-l)}/h 的余数(7)
[0075]r(n):本次余数;r(n-l):上次余数；
[0076]y(n)、x(n)、y(n_l)、h、r为整数。
[0077]与下式(8)的基本表达式相比，式(6)中引入了变量r，且r(n)为{x(n)-y(n-l)+r(n-l)}/h的余数，因此，运算式(6)时，被保存的余数部分加入到下一次的运算中，解决了运算时，因余数所产生的小数丢失的问题。
[0078]y(n) = {x(n)-y(n-l)}/h+y(n-l) (8)
[0079]其中，y(n):本次滤波输出；x(n):本次滤波输入;y(n-l):上次滤波输出;h:滤波系数。
[0080]以下对本发明的实施方式进行说明。
[0081]图1为本发明实施方式的结构框图。数据奴11)、7(11-1)^(11-1)输入到累加器六，由累加器厶计算厶=1(11)1(11-1)+1'(11-1);数据厶和11输入到除法器13，由除法器13计算13=4/!1;数据B和y(n-l)输入到累加器C，由累加器C计算C = y(n-1)+B;数据C作为本次的滤波输出y(η)，保存后用于下一次运算。计算r时，
[0082]数据x(n)、y(n_l)、r(n_l)输入到累加器A，由累加器厶计算厶二叉!；]!)，!；]!-]^)+!.!；]!-1);数据A和h输入到逻辑移位器B，由逻辑移位器B计算B = A%H，B为本次的余数输出r(n)，保存后用于下一次运算。本实施方式求余数采用的是逻辑移位器，但可使用任何求余运算器。
[0083]图2为y的运算流程图。
[0084]步骤1，输入数据:X，Y，R
[0085]步骤2，调用累加器A计算X-Y+R，结果在A中，
[0086]步骤3，得到 A=X_Y+R[0087 ]步骤4，输入数据:A，H
[0088]步骤5，调用除法器B计算A/H，结果在B中，
[0089]步骤6，得到 B=A/H
[0090]步骤7，输入数据:B，Y
[0091 ] 步骤8，调用累加器C计算Y+B，结果在C中，
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