無論是開發(fā)什么項(xiàng)目，使用什么編程語言，算法是在程序里面經(jīng)常使用的東西。尤其是在數(shù)據(jù)處理中，數(shù)據(jù)采集等必不可少的要使用算法做一定的處理。下面就介紹一些常用的簡單有效的數(shù)據(jù)處理算法（附帶有程序）。

一.十一種通用濾波算法

 

1、限幅濾波法（又稱程序判斷濾波法）

 

A、方法：

 

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，確定兩次采樣允許的最大偏差值（設(shè)為A）

 

每次檢測到新值時(shí)判斷：

 

如果本次值與上次值之差<=A,則本次值有效

 

如果本次值與上次值之差>A,則本次值無效,放棄本次值,用上次值代替本次值

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

能有效克服因偶然因素引起的脈沖干擾

 

C、缺點(diǎn)

 

無法抑制那種周期性的干擾

 

平滑度差

 

2、中位值濾波法

 

A、方法：

 

連續(xù)采樣N次（N取奇數(shù)）

 

把N次采樣值按大小排列

 

取中間值為本次有效值

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

能有效克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾

 

對溫度、液位的變化緩慢的被測參數(shù)有良好的濾波效果

 

C、缺點(diǎn)：

 

對流量、速度等快速變化的參數(shù)不宜

 

3、算術(shù)平均濾波法

 

A、方法：

 

連續(xù)取N個(gè)采樣值進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算

 

N值較大時(shí)：信號平滑度較高，但靈敏度較低

 

N值較小時(shí)：信號平滑度較低，但靈敏度較高

 

N值的選?。阂话懔髁浚琋=12；壓力：N=4

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

適用于對一般具有隨機(jī)干擾的信號進(jìn)行濾波

 

這樣信號的特點(diǎn)是有一個(gè)平均值，信號在某一數(shù)值范圍附近上下波動(dòng)

 

C、缺點(diǎn)：

 

對于測量速度較慢或要求數(shù)據(jù)計(jì)算速度較快的實(shí)時(shí)控制不適用

 

比較浪費(fèi)RAM

 

4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）

 

A、方法：

 

把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列

 

隊(duì)列的長度固定為N

 

每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾,并扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù).(先進(jìn)先出原則)

 

把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,就可獲得新的濾波結(jié)果

 

N值的選取：流量，N=12；壓力：N=4；液面，N=4~12；溫度，N=1~4

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高

 

適用于高頻振蕩的系統(tǒng)

 

C、缺點(diǎn)：

 

靈敏度低

 

對偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差

 

不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

 

不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合

 

比較浪費(fèi)RAM

 

5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）

 

A、方法：

 

相當(dāng)于“中位值濾波法”+“算術(shù)平均濾波法”

 

連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值

 

然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值

 

N值的選取：3~14

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)

 

對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

 

C、缺點(diǎn)：

 

測量速度較慢，和算術(shù)平均濾波法一樣

 

比較浪費(fèi)RAM

 

6、限幅平均濾波法

 

A、方法：

 

相當(dāng)于“限幅濾波法”+“遞推平均濾波法”

 

每次采樣到的新數(shù)據(jù)先進(jìn)行限幅處理，

 

再送入隊(duì)列進(jìn)行遞推平均濾波處理

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

融合了兩種濾波法的優(yōu)點(diǎn)

 

對于偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，可消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差

 

C、缺點(diǎn)：

 

比較浪費(fèi)RAM

 

7、一階滯后濾波法

 

A、方法：

 

取a=0~1

 

本次濾波結(jié)果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結(jié)果

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

對周期性干擾具有良好的抑制作用

 

適用于波動(dòng)頻率較高的場合

 

C、缺點(diǎn)：

 

相位滯后，靈敏度低

 

滯后程度取決于a值大小

 

不能消除濾波頻率高于采樣頻率的1/2的干擾信號

 

8、加權(quán)遞推平均濾波法

 

A、方法：

 

是對遞推平均濾波法的改進(jìn)，即不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)加以不同的權(quán)

 

通常是，越接近現(xiàn)時(shí)刻的數(shù)據(jù)，權(quán)取得越大。

 

給予新采樣值的權(quán)系數(shù)越大，則靈敏度越高，但信號平滑度越低

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

適用于有較大純滯后時(shí)間常數(shù)的對象

 

和采樣周期較短的系統(tǒng)

 

C、缺點(diǎn)：

 

對于純滯后時(shí)間常數(shù)較小，采樣周期較長，變化緩慢的信號

 

不能迅速反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)前所受干擾的嚴(yán)重程度，濾波效果差

 

9、消抖濾波法

 

A、方法：

 

設(shè)置一個(gè)濾波計(jì)數(shù)器

 

將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較：

 

如果采樣值＝當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零

 

如果采樣值<>當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器+1，并判斷計(jì)數(shù)器是否>=上限N(溢出)

 

如果計(jì)數(shù)器溢出,則將本次值替換當(dāng)前有效值,并清計(jì)數(shù)器

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

對于變化緩慢的被測參數(shù)有較好的濾波效果,

 

可避免在臨界值附近控制器的反復(fù)開/關(guān)跳動(dòng)或顯示器上數(shù)值抖動(dòng)

 

C、缺點(diǎn)：

 

對于快速變化的參數(shù)不宜

 

如果在計(jì)數(shù)器溢出的那一次采樣到的值恰好是干擾值,則會(huì)將干擾值當(dāng)作有效值導(dǎo)入系統(tǒng)

 

10、限幅消抖濾波法

 

A、方法：

 

相當(dāng)于“限幅濾波法”+“消抖濾波法”

 

先限幅,后消抖

 

B、優(yōu)點(diǎn)：

 

繼承了“限幅”和“消抖”的優(yōu)點(diǎn)

 

改進(jìn)了“消抖濾波法”中的某些缺陷,避免將干擾值導(dǎo)入系統(tǒng)

 

C、缺點(diǎn)：

 

對于快速變化的參數(shù)不宜

 

第11種方法：IIR 數(shù)字濾波器

 

A. 方法：

 

確定信號帶寬， 濾之。

 

Y(n) = a1*Y(n-1) + a2*Y(n-2) + ... + ak*Y(n-k) + b0*X(n) + b1*X(n-1) + b2*X(n-2) + ... + bk*X(n-k)

 

B. 優(yōu)點(diǎn)：高通，低通，帶通，帶阻任意。設(shè)計(jì)簡單(用matlab）

 

C. 缺點(diǎn)：運(yùn)算量大。

 

//-------------------------------------------------------------------------------------

 

軟件濾波的C程序樣例

 

10種軟件濾波方法的示例程序

 

假定從8位AD中讀取數(shù)據(jù)（如果是更高位的AD可定義數(shù)據(jù)類型為int),子程序?yàn)間et_ad();

 

1、限副濾波

 

/* A值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整

 

value為有效值，new_value為當(dāng)前采樣值

 

濾波程序返回有效的實(shí)際值 */

 

#define A 10

 

char value;

 

char filter()

 

{

 

char new_value;

 

new_value = get_ad();

 

if ( ( new_value - value > A ) || ( value - new_value > A )

 

return value;

 

return new_value;

 

}

 

2、中位值濾波法

 

/* N值可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整

 

排序采用冒泡法*/

 

#define N 11

 

char filter()

 

{

 

char value_buf[N];

 

char count,i,j,temp;

 

for ( count=0;count<N;count++)

 

{

 

value_buf[count] = get_ad();

 

delay();

 

}

 

for (j=0;j<N-1;j++)

 

{

 

for (i=0;i<N-j;i++)

 

{

 

if ( value_buf>value_buf[i+1] )

 

{

 

temp = value_buf;

 

value_buf = value_buf[i+1];

 

value_buf[i+1] = temp;

 

}

 

}

 

}

 

return value_buf[(N-1)/2];

 

}

 

3、算術(shù)平均濾波法

 

/*

 

*/

 

#define N 12

 

char filter()

 

{

 

int sum = 0;

 

for ( count=0;count<N;count++)

 

{

 

sum + = get_ad();

 

delay();

 

}

 

return (char)(sum/N);

 

}

 

4、遞推平均濾波法（又稱滑動(dòng)平均濾波法）

 

/*

 

*/

 

#define N 12

 

char value_buf[N];

 

char i=0;

 

char filter()

 

{

 

char count;

 

int sum=0;

 

value_buf[i++] = get_ad();

 

if ( i == N ) i = 0;

 

for ( count=0;count<N,count++)

 

sum = value_buf[count];

 

return (char)(sum/N);

 

}

 

5、中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）

 

/*

 

*/

 

#define N 12

 

char filter()

 

{

 

char count,i,j;

 

char value_buf[N];

 

int sum=0;

 

for (count=0;count<N;count++)

 

{

 

value_buf[count] = get_ad();

 

delay();

 

}

 

for (j=0;j<N-1;j++)

 

{

 

for (i=0;i<N-j;i++)

 

{

 

if ( value_buf>value_buf[i+1] )

 

{

 

temp = value_buf;

 

value_buf = value_buf[i+1];

 

value_buf[i+1] = temp;

 

}

 

}

 

}

 

for(count=1;count<N-1;count++)

 

sum += value[count];

 

return (char)(sum/(N-2));

 

}

 

6、限幅平均濾波法

 

/*

 

*/

 

略 參考子程序1、3

 

7、一階滯后濾波法

 

/* 為加快程序處理速度假定基數(shù)為100，a=0~100 */

 

#define a 50

 

char value;

 

char filter()

 

{

 

char new_value;

 

new_value = get_ad();

 

return (100-a)*value + a*new_value;

 

}

 

8、加權(quán)遞推平均濾波法

 

/* coe數(shù)組為加權(quán)系數(shù)表，存在程序存儲(chǔ)區(qū)。*/

 

#define N 12

 

char code coe[N] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12};

 

char code sum_coe = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;

 

char filter()

 

{

 

char count;

 

char value_buf[N];

 

int sum=0;

 

for (count=0,count<N;count++)

 

{

 

value_buf[count] = get_ad();

 

delay();

 

}

 

for (count=0,count<N;count++)

 

sum += value_buf[count]*coe[count];

 

return (char)(sum/sum_coe);

 

}

 

9、消抖濾波法

 

#define N 12

 

char filter()

 

{

 

char count=0;

 

char new_value;

 

new_value = get_ad();

 

while (value !=new_value);

 

{

 

count++;

 

if (count>=N) return new_value;

 

delay();

 

new_value = get_ad();

 

}

 

return value;

 

}

 

10、限幅消抖濾波法

 

/*

 

*/

 

略 參考子程序1、9

 

11、IIR濾波例子

 

int BandpassFilter4(int InputAD4)

 

{

 

int ReturnValue;

 

int ii;

 

RESLO=0;

 

RESHI=0;

 

MACS=*PdelIn;

 

OP2=1068; //FilterCoeff4[4];

 

MACS=*(PdelIn+1);

 

OP2=8; //FilterCoeff4[3];

 

MACS=*(PdelIn+2);

 

OP2=-2001;//FilterCoeff4[2];

 

MACS=*(PdelIn+3);

 

OP2=8; //FilterCoeff4[1];

 

MACS=InputAD4;

 

OP2=1068; //FilterCoeff4[0];

 

MACS=*PdelOu;

 

OP2=-7190;//FilterCoeff4[8];

 

MACS=*(PdelOu+1);

 

OP2=-1973; //FilterCoeff4[7];

 

MACS=*(PdelOu+2);

 

OP2=-19578;//FilterCoeff4[6];

 

MACS=*(PdelOu+3);

 

OP2=-3047; //FilterCoeff4[5];

 

*p=RESLO;

 

*(p+1)=RESHI;

 

mytestmul<<=2;

 

ReturnValue=*(p+1);

 

for (ii=0;ii<3;ii++)

 

{

 

DelayInput[ii]=DelayInput[ii+1];

 

DelayOutput[ii]=DelayOutput[ii+1];

 

}

 

DelayInput[3]=InputAD4;

 

DelayOutput[3]=ReturnValue;

 

// if (ReturnValue<0)

 

// {

 

// ReturnValue=-ReturnValue;

 

// }

 

return ReturnValue;

 

}

 

二.在圖像處理中應(yīng)用到的濾波算法實(shí)例：

 

BOOL WINAPI MedianFilter(LPSTR lpDIBBits, LONG lWidth, LONG lHeight,

 

int iFilterH, int iFilterW,

 

int iFilterMX, int iFilterMY)

 

{

 

// 指向源圖像的指針

 

unsigned char* lpSrc;

 

// 指向要復(fù)制區(qū)域的指針

 

unsigned char* lpDst;

 

// 指向復(fù)制圖像的指針

 

LPSTR lpNewDIBBits;

 

HLOCAL hNewDIBBits;

 

// 指向?yàn)V波器數(shù)組的指針

 

unsigned char * aValue;

 

HLOCAL hArray;

 

// 循環(huán)變量

 

LONG i;

 

LONG j;

 

LONG k;

 

LONG l;

 

// 圖像每行的字節(jié)數(shù)

 

LONG lLineBytes;

 

// 計(jì)算圖像每行的字節(jié)數(shù)

 

lLineBytes = WIDTHBYTES(lWidth * 8);

 

// 暫時(shí)分配內(nèi)存，以保存新圖像

 

hNewDIBBits = LocalAlloc(LHND, lLineBytes * lHeight);

 

// 判斷是否內(nèi)存分配失敗

 

if (hNewDIBBits == NULL)

 

{

 

// 分配內(nèi)存失敗

 

return FALSE;

 

}

 

// 鎖定內(nèi)存

 

lpNewDIBBits = (char * )LocalLock(hNewDIBBits);

 

// 初始化圖像為原始圖像

 

memcpy(lpNewDIBBits, lpDIBBits, lLineBytes * lHeight);

 

// 暫時(shí)分配內(nèi)存，以保存濾波器數(shù)組

 

hArray = LocalAlloc(LHND, iFilterH * iFilterW);

 

// 判斷是否內(nèi)存分配失敗

 

if (hArray == NULL)

 

{

 

// 釋放內(nèi)存

 

LocalUnlock(hNewDIBBits);

 

LocalFree(hNewDIBBits);

 

// 分配內(nèi)存失敗

 

return FALSE;

 

}

 

// 鎖定內(nèi)存

 

aValue = (unsigned char * )LocalLock(hArray);

 

// 開始中值濾波

 

// 行(除去邊緣幾行)

 

for(i = iFilterMY; i < lHeight - iFilterH + iFilterMY + 1; i++)

 

{

 

// 列(除去邊緣幾列)

 

for(j = iFilterMX; j < lWidth - iFilterW + iFilterMX + 1; j++)

 

{

 

// 指向新DIB第i行，第j個(gè)象素的指針

 

lpDst = (unsigned char*)lpNewDIBBits + lLineBytes * (lHeight - 1 - i) + j;

 

// 讀取濾波器數(shù)組

 

for (k = 0; k < iFilterH; k++)

 

{

 

for (l = 0; l < iFilterW; l++)

 

{

 

// 指向DIB第i - iFilterMY + k行，第j - iFilterMX + l個(gè)象素的指針

 

lpSrc = (unsigned char*)lpDIBBits + lLineBytes * (lHeight - 1 - i + iFilterMY - k) + j - iFilterMX + l;

 

// 保存象素值

 

aValue[k * iFilterW + l] = *lpSrc;

 

}

 

}

 

// 獲取中值

 

* lpDst = GetMedianNum(aValue, iFilterH * iFilterW);

 

}

 

}

 

// 復(fù)制變換后的圖像

 

memcpy(lpDIBBits, lpNewDIBBits, lLineBytes * lHeight);

 

// 釋放內(nèi)存

 

LocalUnlock(hNewDIBBits);

 

LocalFree(hNewDIBBits);

 

LocalUnlock(hArray);

 

LocalFree(hArray);

 

// 返回

 

return TRUE;

 

}

 

三.RC濾波的一種實(shí)現(xiàn).

 

RcDigital(double & X, double & Y)

 

{

 

static int MidFlag;

 

static double Yn_1,Xn_1;

 

double MyGetX=0,MyGetY=0;

 

double Alfa;

 

Alfa=0.7;

 

if(X==0||Y==0)

 

{

 

MidFlag=0;

 

Xn_1=0;

 

Yn_1=0;

 

MyGetX=0;

 

MyGetY=0;

 

}

 

if(X>0&&Y>0)

 

{

 

if(MidFlag==1)

 

{

 

MyGetY = (1 - Alfa) * Y + Alfa * Yn_1;

 

MyGetX = (1 - Alfa) * X + Alfa * Xn_1;

 

Xn_1 = MyGetX;

 

Yn_1 = MyGetY;

 

}

 

else

 

{

 

MidFlag=1;

 

MyGetX = X;

 

MyGetY = Y;

 

Xn_1 = X;

 

Yn_1 = Y;

 

}

 

}

 

X = MyGetX;

 

Y = MyGetY;

信盈達(dá)2008年在深圳特區(qū)南山高新科技園成立。自成立至今近九年來專注為企業(yè)和個(gè)人提供高端方案設(shè)計(jì)、高端嵌入式/Android培訓(xùn)等服務(wù)。公司下設(shè)信盈達(dá)實(shí)訓(xùn)學(xué)院、信盈達(dá)研發(fā)中心、信盈達(dá)教學(xué)儀器三大業(yè)務(wù)板塊。九年來公司堅(jiān)持"技術(shù)領(lǐng)先、服務(wù)領(lǐng)先"，以雄厚的實(shí)力和專業(yè)的品質(zhì)成為國內(nèi)唯一有實(shí)力從產(chǎn)品最底層研發(fā)到系統(tǒng)層開發(fā)的嵌入式實(shí)訓(xùn)、產(chǎn)品解決方案提供商。為中國IT行業(yè)提供最具價(jià)值的職業(yè)教育服務(wù)。專業(yè)培訓(xùn)嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、Java、單片機(jī)等課程，想了解更多信息點(diǎn)擊立馬咨詢