/** ****************************************************************************** * @file filters.h * @brief Заголовочный файл библиотеки фильтров ****************************************************************************** * @addtogroup FILTERS Filters Library * @brief Библиотека математических фильтров и коррекций * @details Поддерживает: - Медианную фильтрацию (float и int32_t) - Экспоненциальное скользящее среднее (float и int32_t) - Скользящее среднее арифметическое (float и int32_t) - Полиномиальную коррекцию (float и int32_t) Параметры для конфигурации: - @ref FILTERS_ENABLE - Включить библиотеку фильтров - @ref FILTER_MEDIAN_MAX_SIZE - Размер окна медианного фильтра (по умолчанию 5) - @ref FILTER_AVERAGE_MAX_SIZE - Размер окна усредняющего фильтра (по умолчанию 8) - @ref FILTER_POLY_MAX_ORDER - Максимальный порядок полинома (по умолчанию 4) @par Пример использования: @code #include "filters.h" // Фильтры для float FilterMedian_t median_f; FilterExp_t exp_f; FilterAverage_t avg_f; FilterPoly_t poly_f; // Фильтры для int32_t FilterMedianInt_t median_i; FilterExpInt_t exp_i; FilterAverageInt_t avg_i; FilterPolyInt_t poly_i; // Коэффициенты полинома float poly_coeffs[3] = {0.0f, 1.1f, -0.05f}; int32_t poly_coeffs_int[3] = {0, 110, -5}; // 1.1 и -0.05 с масштабом 100 void filters_init(void) { // Float версии FilterMedian_Init(&median_f); FilterExp_Init(&exp_f, 0.1f); FilterAverage_Init(&avg_f); FilterPoly_Init(&poly_f, poly_coeffs, 3); // Int версии FilterMedianInt_Init(&median_i); FilterExpInt_Init(&exp_i, 10); // alpha = 0.1 с масштабом 100 FilterAverageInt_Init(&avg_i); FilterPolyInt_Init(&poly_i, poly_coeffs_int, 3, 100); // масштаб 100 } // Обработка float значений float process_value_float(float raw) { float filtered; filtered = FilterMedian_Process(&median_f, raw); filtered = FilterExp_Process(&exp_f, filtered); filtered = FilterAverage_Process(&avg_f, filtered); filtered = FilterPoly_Process(&poly_f, filtered); return filtered; } // Обработка int32_t значений (квантов АЦП) int32_t process_value_int(int32_t raw_adc_quant) { int32_t filtered; filtered = FilterMedianInt_Process(&median_i, raw_adc_quant); filtered = FilterExpInt_Process(&exp_i, filtered); filtered = FilterAverageInt_Process(&avg_i, filtered); filtered = FilterPolyInt_Process(&poly_i, filtered); return filtered; } @endcode * @{ *****************************************************************************/ #ifndef __FILTERS_H_ #define __FILTERS_H_ #include "mylibs_defs.h" #include #include #include #ifdef FILTERS_ENABLE #ifndef FILTER_AVERAGE_MAX_SIZE #define FILTER_AVERAGE_MAX_SIZE 100 ///< Размер окна медианного фильтра #endif #ifndef FILTER_MEDIAN_MAX_SIZE #define FILTER_MEDIAN_MAX_SIZE 8 ///< Размер окна усредняющего фильтра #endif #ifndef FILTER_POLY_MAX_ORDER #define FILTER_POLY_MAX_ORDER 4 ///< Максимальный порядок полинома #endif #define FILTER_GET_STATE(_fltr_) (_fltr_)->state // ==================== FLOAT ВЕРСИИ ==================== typedef enum { FILTER_DISABLE, FILTER_ENABLE }FilterState_t; /** * @brief Структура медианного фильтра (float) */ typedef struct { float buffer[FILTER_MEDIAN_MAX_SIZE]; ///< Буфер значений uint8_t index; ///< Текущий индекс uint8_t size; ///< Фактический размер фильтра } FilterMedian_t; /** * @brief Структура экспоненциального фильтра (float) */ typedef struct { FilterState_t state; ///< Состояние фильтра float alpha; ///< Коэффициент сглаживания (0..1) float value; ///< Текущее значение uint8_t initialized; ///< Флаг инициализации } FilterExp_t; /** * @brief Структура фильтра скользящего среднего (float) */ typedef struct { FilterState_t state; ///< Состояние фильтра float buffer[FILTER_AVERAGE_MAX_SIZE]; ///< Буфер значений uint8_t size; ///< Фактический размер фильтра float sum; ///< Сумма значений uint8_t index; ///< Текущий индекс uint8_t count; ///< Количество элементов } FilterAverage_t; /** * @brief Структура полиномиальной коррекции (float) */ typedef struct { float coefficients[FILTER_POLY_MAX_ORDER + 1]; ///< Коэффициенты полинома uint8_t order; ///< Порядок полинома } FilterPoly_t; /** * @brief Структура табличного фильтра (float) */ typedef struct { FilterState_t state; ///< Состояние фильтра float* input_values; // Массив входных значений float* output_values; // Массив выходных значений uint16_t size; // Размер таблицы uint8_t interpolation; // Флаг интерполяции (0 - отключена, 1 - линейная) } FilterLUT_t; // Float версии функций void FilterMedian_Init(FilterMedian_t* filter, uint8_t size); float FilterMedian_Process(FilterMedian_t* filter, float input); void FilterExp_Init(FilterExp_t* filter, float alpha); float FilterExp_Process(FilterExp_t* filter, float input); void FilterAverage_Init(FilterAverage_t* filter, uint8_t size); float FilterAverage_Process(FilterAverage_t* filter, float input); int FilterPoly_Init(FilterPoly_t* filter, float* coeffs, uint8_t order); float FilterPoly_Process(FilterPoly_t* filter, float input); void FilterLUT_Init(FilterLUT_t* filter, float* input_arr, float* output_arr, uint16_t size, uint8_t interpolation); float FilterLUT_Process(FilterLUT_t* filter, float input); // ==================== INT32_T ВЕРСИИ ==================== /** * @brief Структура медианного фильтра (int32_t) */ typedef struct { FilterState_t state; ///< Состояние фильтра int32_t buffer[FILTER_MEDIAN_MAX_SIZE]; ///< Буфер значений uint8_t index; ///< Текущий индекс uint8_t size; ///< Фактический размер фильтра } FilterMedianInt_t; /** * @brief Структура экспоненциального фильтра (int32_t) */ typedef struct { FilterState_t state; ///< Состояние фильтра int32_t alpha; ///< Коэффициент сглаживания (в масштабе scale) int32_t value; ///< Текущее значение uint8_t initialized; ///< Флаг инициализации int32_t scale; ///< Масштаб коэффициента (например 100 для 0.01) } FilterExpInt_t; /** * @brief Структура фильтра скользящего среднего (int32_t) */ typedef struct { FilterState_t state; ///< Состояние фильтра int32_t buffer[FILTER_AVERAGE_MAX_SIZE]; ///< Буфер значений uint8_t size; ///< Фактический размер фильтра int64_t sum; ///< Сумма значений uint8_t index; ///< Текущий индекс uint8_t count; ///< Количество элементов } FilterAverageInt_t; /** * @brief Структура полиномиальной коррекции (int32_t) */ typedef struct { FilterState_t state; ///< Состояние фильтра int32_t coefficients[FILTER_POLY_MAX_ORDER + 1]; ///< Коэффициенты полинома uint8_t order; ///< Порядок полинома int32_t scale; ///< Масштаб коэффициентов } FilterPolyInt_t; /** * @brief Структура табличного фильтра (int32_t) */ typedef struct { FilterState_t state; ///< Состояние фильтра int32_t* input_values; // Массив входных значений int32_t* output_values; // Массив выходных значений uint16_t size; // Размер таблицы uint8_t interpolation; // Флаг интерполяции } FilterLUTInt_t; // Int32_t версии функций void FilterMedianInt_Init(FilterMedianInt_t* filter, uint8_t size); int32_t FilterMedianInt_Process(FilterMedianInt_t* filter, int32_t input); void FilterExpInt_Init(FilterExpInt_t* filter, int32_t alpha, int32_t scale); int32_t FilterExpInt_Process(FilterExpInt_t* filter, int32_t input); void FilterAverageInt_Init(FilterAverageInt_t* filter, uint8_t size); int32_t FilterAverageInt_Process(FilterAverageInt_t* filter, int32_t input); int FilterPolyInt_Init(FilterPolyInt_t* filter, int32_t* coeffs, uint8_t order, int32_t scale); int32_t FilterPolyInt_Process(FilterPolyInt_t* filter, int32_t input); void FilterLUTInt_Init(FilterLUTInt_t* filter, int32_t* input_arr, int32_t* output_arr, uint16_t size, uint8_t interpolation); int32_t FilterLUTInt_Process(FilterLUTInt_t* filter, int32_t input); #else // FILTERS_ENABLE // Заглушки для float typedef struct { uint8_t dummy; } FilterMedian_t; typedef struct { uint8_t dummy; } FilterExp_t; typedef struct { uint8_t dummy; } FilterAverage_t; typedef struct { uint8_t dummy; } FilterPoly_t; #define FilterMedian_Init(filter, size) #define FilterMedian_Process(filter, input) (input) #define FilterExp_Init(filter, alpha) #define FilterExp_Process(filter, input) (input) #define FilterAverage_Init(filter, size) #define FilterAverage_Process(filter, input) (input) #define FilterPoly_Init(filter, coeffs, order) (0) #define FilterPoly_Process(filter, input) (input) #define FilterLUT_Init(filter, coeffs, order) (0) #define FilterLUT_Process(filter, input) (input) // Заглушки для int32_t typedef struct { uint8_t dummy; } FilterMedianInt_t; typedef struct { uint8_t dummy; } FilterExpInt_t; typedef struct { uint8_t dummy; } FilterAverageInt_t; typedef struct { uint8_t dummy; } FilterPolyInt_t; #define FilterMedianInt_Init(filter, size) #define FilterMedianInt_Process(filter, input) (input) #define FilterExpInt_Init(filter, alpha, scale) #define FilterExpInt_Process(filter, input) (input) #define FilterAverageInt_Init(filter, size) #define FilterAverageInt_Process(filter, input) (input) #define FilterPolyInt_Init(filter, coeffs, order, scale) (0) #define FilterPolyInt_Process(filter, input) (input) #define FilterLUTInt_Init(filter, coeffs, order) (0) #define FilterLUTInt_Process(filter, input) (input) #endif // FILTERS_ENABLE #endif // __FILTERS_H_