如何制作一个动态的网站的登录详细步骤页面,对公司网站建设的建议,企业微信小程序入口,免费图片设计目录 概述
1 原理介绍
1. 1 基本概念
1.2 一阶RC低通滤波器模型
2 C语言完整实现
2.1 滤波器结构体定义
2.2 初始化函数
2.3 滤波计算函数
3 应用示例
3.1 噪声信号滤波
3.2 输出效果对比
3.3 关键参数选择指南
4 性能优化技巧
4.1 定点数优化
4.2 抗溢出处理
…目录 概述
1 原理介绍
1. 1 基本概念
1.2 一阶RC低通滤波器模型
2 C语言完整实现
2.1 滤波器结构体定义
2.2 初始化函数
2.3 滤波计算函数
3 应用示例
3.1 噪声信号滤波
3.2 输出效果对比
3.3 关键参数选择指南
4 性能优化技巧
4.1 定点数优化
4.2 抗溢出处理
5 多阶滤波器扩展 概述
低通滤波是一种信号处理算法用于滤除高频成分只保留低频成分。其原理是将输入信号通过一个滤波器滤除高于某个截止频率的频率成分只保留低于该截止频率的成分。
低通滤波器通常使用滤波器的频率响应函数来实现其中常用的滤波器包括有限脉冲响应FIR滤波器和无穷脉冲响应IIR滤波器。
FIR滤波器是一种线性相位滤波器其频率响应函数可以由其系数确定。常见的FIR滤波器设计方法包括窗函数法、频率抽取法和最小最大法等。窗函数法通过选择不同的窗函数确定滤波器的频率响应频率抽取法则通过对原始信号进行抽取得到低频信号最小最大法则通过对滤波器的幅度响应进行最优化设计。
IIR滤波器是一种非线性相位滤波器其频率响应函数由滤波器的差分方程确定。常见的IIR滤波器设计方法包括双线性变换法和脉冲响应逼近法等。双线性变换法通过将离散时间滤波器转换为连续时间滤波器设计脉冲响应逼近法则通过最小化滤波器的幅频响应与目标响应之间的误差。
低通滤波在很多信号处理应用中都有广泛的应用例如音频信号处理、图像处理和通信系统等。它可以滤除信号中的高频噪声提高信号的质量和可靠性。
1 原理介绍
1. 1 基本概念
低通滤波器Low Pass Filter, LPF允许低于截止频率的信号通过而衰减高频信号。常用于信号去噪、平滑处理等场景。
1.2 一阶RC低通滤波器模型
模拟域传递函数 离散化后向欧拉法 2 C语言完整实现
2.1 滤波器结构体定义
#include math.htypedef struct {float input; // 当前输入float output; // 当前输出float last_output; // 上次输出float a_coef; // 系数αfloat b_coef; // 系数(1-α)float dt; // 采样时间(s)float fc; // 截止频率(Hz)
} LowPassFilter;
2.2 初始化函数
void LowPassFilter_Init(LowPassFilter *lpf, float dt, float fc)
{lpf-dt dt;lpf-fc fc;float RC 1.0 / (2 * M_PI * fc);lpf-a_coef dt / (RC dt);lpf-b_coef 1.0 - lpf-a_coef;lpf-last_output 0.0;
}
2.3 滤波计算函数
float LowPassFilter_Update(LowPassFilter *lpf, float input)
{lpf-input input;lpf-output lpf-a_coef * lpf-input lpf-b_coef * lpf-last_output;lpf-last_output lpf-output; // 更新历史值return lpf-output;
}
3 应用示例
3.1 噪声信号滤波
#include stdio.h
#include stdlib.h
#include time.hint main() {LowPassFilter lpf;LowPassFilter_Init(lpf, 0.01, 5); // 10ms采样周期截止5Hzsrand(time(NULL));// 生成含噪声的正弦信号2Hz信号 10Hz噪声for(int i0; i500; i) {float t i * 0.01;float signal sin(2 * M_PI * 2 * t); // 2Hz基波float noise 0.5 * sin(2 * M_PI * 10 * t); // 10Hz噪声float raw_data signal noise;// 执行滤波float filtered LowPassFilter_Update(lpf, raw_data);printf(%.3f, %.3f, %.3f\n, t, raw_data, filtered);}return 0;
}
3.2 输出效果对比
时间(s)原始信号滤波后信号0.1000.8910.0890.2001.2450.2310.3000.7320.412.........2.000-0.843-0.812
3.3 关键参数选择指南 4 性能优化技巧
4.1 定点数优化
对于资源受限的嵌入式系统可将浮点运算转换为Q格式定点数
typedef int32_t q31_t;
#define Q_SHIFT 28
q31_t a_coef_q (q31_t)(lpf-a_coef * (1 Q_SHIFT));
4.2 抗溢出处理
增加输出限幅保护
lpf-output (...);
if(lpf-output 1e6) lpf-output 1e6;
else if(lpf-output -1e6) lpf-output -1e6;
5 多阶滤波器扩展
实现二阶低通滤波器
typedef struct {float a0, a1, a2, b1, b2;float x1, x2, y1, y2;
} BiquadFilter;
不同场景下的参数参考
应用场景推荐截止频率采样率特点温度采集0.1-1Hz10Hz抑制工频干扰电机转速检测50-100Hz1kHz保留转速波动特征心电信号处理100-150Hz500Hz消除肌电噪声语音信号处理3.4kHz8kHz满足电话语音带宽
