Razvalyaev
9b9969dd7c
- универсализированы проверки состояния инициализации фильтров - avg сделан скользящий и обычный - плюс еще что-то наверное
280 lines
12 KiB
C
280 lines
12 KiB
C
/**
|
||
******************************************************************************
|
||
* @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)
|
||
- Табличный фильтр LUT (Look-Up Table) (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 <stdint.h>
|
||
#include <stdlib.h>
|
||
#include <string.h>
|
||
|
||
#ifdef FILTERS_ENABLE
|
||
|
||
#ifndef FILTER_AVERAGE_MAX_SIZE
|
||
#define FILTER_AVERAGE_MAX_SIZE 100 ///< Размер окна усредняющего фильтра
|
||
#endif
|
||
|
||
#ifndef FILTER_MEDIAN_MAX_SIZE
|
||
#define FILTER_MEDIAN_MAX_SIZE 10 ///< Размер окна медианного фильтра
|
||
#endif
|
||
|
||
#ifndef FILTER_POLY_MAX_ORDER
|
||
#define FILTER_POLY_MAX_ORDER 4 ///< Максимальный порядок полинома
|
||
#endif
|
||
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief Запуск фильтра
|
||
* @param filter Указатель на структуру фильтра
|
||
* @details Запускает фильтр только если он в состоянии готовности.
|
||
* Если он не инициализирован или уже запущен - ничего не делается
|
||
*/
|
||
#define Filter_Start(_fltr_) \
|
||
do{ if(Filter_isReady(_fltr_)) (_fltr_)->state = FILTER_ENABLE; }while(0);
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief Остановка работы фильтра
|
||
* @param filter Указатель на структуру фильтра
|
||
* @details Останавливет фильтр только если он запущен @ref Filter_Start.
|
||
* Если он не инициализирован или уже остановлен - ничего не делается
|
||
*/
|
||
#define Filter_Stop(_fltr_) \
|
||
do{ if(Filter_isStart(_fltr_)) (_fltr_)->state = FILTER_READY; }while(0);
|
||
|
||
#define Filter_GetState(_fltr_) (_fltr_)->state
|
||
#define Filter_isInit(_fltr_) !(Filter_GetState(_fltr_) == FILTER_NOT_INIT)
|
||
#define Filter_isReady(_fltr_) (Filter_GetState(_fltr_) == FILTER_READY)
|
||
#define Filter_isStart(_fltr_) (Filter_GetState(_fltr_) == FILTER_ENABLE)
|
||
|
||
typedef enum
|
||
{
|
||
FILTER_NOT_INIT,
|
||
FILTER_READY,
|
||
FILTER_ENABLE
|
||
}FilterState_t;
|
||
|
||
typedef enum
|
||
{
|
||
FILTER_MODE_DEFAULT = 0,
|
||
FILTER_MODE_MOVING,
|
||
} FilterMode_t;
|
||
|
||
|
||
// ==================== FLOAT ВЕРСИИ ====================
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief Структура медианного фильтра (float)
|
||
*/
|
||
typedef struct {
|
||
FilterState_t state; ///< Состояние фильтра
|
||
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
|
||
FilterMode_t mode; ///< Режим 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
|
||
float lastValue; ///< Последнее измеренное значение
|
||
} FilterAverage_t;
|
||
|
||
/**
|
||
* @brief Структура полиномиальной коррекции (float)
|
||
*/
|
||
typedef struct {
|
||
FilterState_t state; ///< Состояние фильтра
|
||
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
|
||
int FilterMedian_Init(FilterMedian_t* filter, uint8_t size);
|
||
float FilterMedian_Process(FilterMedian_t* filter, float input);
|
||
int FilterExp_Init(FilterExp_t* filter, float alpha);
|
||
float FilterExp_Process(FilterExp_t* filter, float input);
|
||
int FilterAverage_Init(FilterAverage_t* filter, uint8_t size, FilterMode_t mode);
|
||
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);
|
||
int 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
|
||
FilterMode_t mode; ///< Режим 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
|
||
uint32_t lastValue; ///< Последнее измеренное значение
|
||
} 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
|
||
int FilterMedianInt_Init(FilterMedianInt_t* filter, uint8_t size);
|
||
int32_t FilterMedianInt_Process(FilterMedianInt_t* filter, int32_t input);
|
||
int FilterExpInt_Init(FilterExpInt_t* filter, int32_t alpha, int32_t scale);
|
||
int32_t FilterExpInt_Process(FilterExpInt_t* filter, int32_t input);
|
||
int FilterAverageInt_Init(FilterAverageInt_t* filter, uint8_t size, FilterMode_t mode);
|
||
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);
|
||
int 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
|
||
|
||
#endif // FILTERS_ENABLE
|
||
|
||
#endif // __FILTERS_H_
|