caxapa.ru :: Программная фильтрация. Чаще всего для фильтрации используется апериодическое звено

Связанные сообщения

General, изверг (22.08.2023 21:44 - 23:06, просмотров: 20621)

Программная фильтрация. Чаще всего для фильтрации используется апериодическое звено - аналог RC-цепочки.

X_n - вх. сигнал

Y_n- вых. сигнал

Y_n+1 = Y_n + (X_n+1 -Y_n) * α, где 0 < α < 1

при этом одним из достоинств является легкое регулирование "постоянной времени"

крутизна у такого фильтра никакая,

казалось бы - взять да заменить FIR или IIR

потому как частота отсчётов сигма-дельта АЦП это единицы-десятки герц

и производительности процессора хватит тапов на 30-50

однако как относительно просто перестраивать частоту среза FIR/IIR в широких диапазонах?

то есть при перестройке "постоянной времени" от единиц до сотен секунд необходимо перевычислять коэффициенты.

ищу готовое решение

скопировал-вставил

Брижит Бардо в купальнике выглядит талантливее, чем Фаина Раневская @Гайдай

Ответить

- На 8 битном фильтрацию сдвигами вместо умножения делал, работает, Visitor(313 знак., 24.08.2023 11:41)
- Не копал глубоко. Но положил себе в закладки. Гляньте этот код: Nikolay_Po(62 знак., 23.08.2023 15:53, ссылка, ссылка)
  - спасибо поковыряюсь - General(23.08.2023 23:00)
    - Расскажете, что накопали, в общих чертах? Мне нужно будет, но руки не доходят, не до того, более срочные вещи программируем. - Nikolay_Po(24.08.2023 09:56)
- Вот такой фильтр сделать и прекрасно все регулируется тремя числами на лету Alt@ir(9 знак., 23.08.2023 15:15, ссылка, youtube)
- Нашёл в своих архивах расчёт БИХ ФНЧ 2-го порядка с максимально гладкой АЧХ. Может пригодится? argus98(1 знак., 23.08.2023 14:46, картинка)
  - Вполне себе интересно. А можете переписать как в General(2 знак., 23.08.2023 15:27, ссылка)
    - В Си не обучен. Делайте согласно классической картинке argus98(1 знак., 23.08.2023 20:01, картинка)
      - Следует иметь ввиду, что исполнение рекурсивных фильтров в целых числах - сложная задача из-за шума квантования (ошибок округления). Nikolay_Po(425 знак., 24.08.2023 10:07)
        
        Дополню. Существует понятие чувствительность частотной характеристики к коэффициентам фильтра. Она косвенно зависит от порядка, изначально она зависит от добротности полюсов фильтра (Im/Re). Чебышев чувствительнее Батерворта. Чем выше порядок, тем выше предельная добротность (см. картинку). Искусство проектирование фильтров - придумать такую топологию ( последовательность арифметических действий в рекуррентном выражении), чтобы чувствительность была минимальной. IBAH(1 знак., 24.08.2023 13:07, картинка)
        
        Был (есть?) такой Ланнэ - он давным давно излагал идею пересчитывать влияние части коэффициентов в другие... Снижение динамического диапазона (разрядности) коэффициентов позволяет уже избавиться от такой чувствительности. Но, конечно, с некоторым изменением АЧХ... POV(172 знак., 24.08.2023 13:20, ссылка)
        
        Ланнэ Красная книга. Кто ж не знает. IBAH(1 знак., 24.08.2023 14:11, картинка)
        
        Можно подумать, что у плавучки нет ошибок округления... Лишний байт/два/три в целочисленной арифметике (с фиксированной точкой) всегда можно добавить, а вот размер мантиссы у плавучки - хрен добавишь - argus98(24.08.2023 11:42)
        
        Да и мантиссу можно добавить. Только самому писать арифметику придецца. Было дело, писал для АВР 16р мантисса и 8р экспонента-знак. - mse homjak(24.08.2023 12:00)
        
        У современных 32р машин, легко можно работать с фиксированной точкой 16Q16. - mse homjak(24.08.2023 11:14)
- Заранее прошу меня извинить, если повторю то, что написано до меня. Однако проблему я вижу совсем не там, где ее пытаются решить. Прежде чем определять АЧХ цифрового фильтра, нужно определить ширину полосы первой зоны Найквиста и понимать, что на входе АЦП должен стоять АППАРАТНЫЙ фильтр НЧ, который подавит высшие зоны Найквиста с необходимым уровнем. Ибо никто пока не показал, что проблемные помехи лежат именно в первой. Из этого следует, что сигма-дельта АЦП может оказаться my504(106 знак., 23.08.2023 13:22)
- Ещё сумасшедшая идея. Фильтр не трогаем, зато меняем масштаб времени в потоке данных на входе и на выходе из фильтра. Децимация и интерполяция? - SciFi(23.08.2023 13:06)
- Делал такое, но для полосового фильтра первого порядка и кортексМ4. IBAH(1906 знак., 23.08.2023 12:26 - 12:54)
  - Имхо, если нет плавучки, не стоит заморачиваться. Чувствительность фильтра к коэффициентам такова, что в целых все встанет раком - IBAH(23.08.2023 12:28)
    - Господа, вы звери! (с). Видимо, для вас и строят трёх-нанометровые фабрики. - Kpoк(23.08.2023 12:46)
      - Автор не указал параметры фильтра, поэтому можно фантазировать. Может, ему нужна неравноменость в ПП 0,001 дБ..? - Xaoc(23.08.2023 12:51, )
        
        Человек глазами смотрит. Мне пох АЧХ, мне надо чтобы не скакало. В том-то и трудность - как перевести реальную потребность на язык яйцеголовых. - General(23.08.2023 12:55)
        
        Поступаем классически: буфер 16 выборок, откидываем 4 самых больших и 4 самых мелких, остаток усредняем. Если в других местах ужэ почистили. - mse homjak(23.08.2023 17:06)
        
        Восхитительно. Сколько тактов вы кладёте на сортировку? Усложняем задачу. Машина 8-разрядная, АЦП-12. :-) - Kpoк(23.08.2023 19:16)
        
        На 10-20 сэмплов в секунду, дажэ для АВР, будет приемлимо. У меня дажэ в Цшной реализации за критическое время не ушло для трёх 16р потоков при 400мкс на выборку. Сколько конкретно, не смотрел, т.к. успевал с запасом. - mse homjak(24.08.2023 11:21)
        
        Сортировка тут не нужна: Xa0c(1258 знак., 24.08.2023 09:06, )
        
        Мне - не нужна. Но не я сказал про сортировку. - Kpoк(24.08.2023 09:12)
        
        У нас у всех 32 разряда и десятки МГц. Не лезьте в нашу песочницу со своими деревянными игрушками :-) - SciFi(23.08.2023 19:39)
        
        Так у вас же и винда стоит. Или Линух у извращенцев. То на то и выходит. - Kpoк(23.08.2023 20:26)
        
        но стоит же! - SciFi(23.08.2023 20:30)
        
        Перевожу. Смутно помню, что для систем измерения рекомендуется фильтр Бесселя. Порядок фильтра зависит от упоротости. Чем выше порядок тем сложнее, и человеку, и программисту, и МК. Берешь характеристику фильтра в общем виде, проводишь над ней билинейное преобразование (отображение jw в z). от функции на z - плоскости переходишь к итерационному выражению (y[i]). Коэффициенты в этом выражении будут выражены в общем виде (K(Fсреза)) - IBAH(23.08.2023 13:11)
        
        Если для отображения, то я RC фильтрацию включал и инициализировал при дельте между отсчетами менее заданной. Иногда сначала немного всегда фильтруешь, а второй каксад уже при небольшой дельте между последовательными отстчтами. Еще на индикацию не выводил при успокоении. Успокоение - при разнице между отсчетами менее четверти дискрета, выход из успокоения - 3/4 дискрета. - Andreas(23.08.2023 13:07)
        
        Да, но это субъективные находки, а хочется вечного (расчётно обоснованного) - General(23.08.2023 13:27)
        
        Это да, фильтр в целых, с изменяемой крутизной, выше 1го порядка и с коэффициентом передачи ровно 1 для измерительных целей. Тоже очень хочу! - Andreas(23.08.2023 14:06)
        
        До завтра терпит? - Kpoк(24.08.2023 10:01)
        
        Много лет терпело и еще потерпит. ) Год назад снова возникла проблема отображения шумных данных юзеру и простым проверенным путем хорошо не вышло. Вышло очень криво и непонятно, но пока работает. Но вдруг есть волшебная пилюля.... - Andreas(24.08.2023 10:44)
        
        Итак. Kpoк(404 знак., 28.08.2023 13:53)
        
        что-то не так, Z непрерывно нарастает и никогда не возвращается - General(28.08.2023 23:28)
        
        Да не, вроде бы всё норм - там (во 2ой формуле) же Y складывается, а не X. А Y - это выход полосового фильтра, то есть без постоянки и будет временами с отрицательным значением. - symbions(28.08.2023 23:59)
        
        а не должно быть больше 0.25 - Kpoк(28.08.2023 23:40)
        
        вот прямо из Матлаба Kpoк(205 знак., 28.08.2023 23:38)
        
        Вангую: и всё на асме. - enc(28.08.2023 16:24)
        
        По другому никак невозможно. ))) dsPIC - это особое блюдо высокой кухни и готовить его можно только на ~~масле~~ асме... - my504(28.08.2023 21:30)
        
        Да... "На его месте должэн быть яАВР"(С). Но не сложилось. Теперь на ДСПИК и закладываться стрёмно. А АСМ там королевский. - mse homjak(28.08.2023 22:17)
        
        Помню, помню Mbedder шедевры асм30 выкладывал enc(2 знак., 28.08.2023 21:51, ссылка, ссылка)
        
        Ты знал!!! - Kpoк(28.08.2023 18:39)
        
        Ну так, давно живём. - enc(28.08.2023 21:56)
        
        Спасибо, попробую обязательно. Нифига не понятно, но звучит хорошо и реализация простая. - Andreas(28.08.2023 14:21)
        
        Был такой справочник по аналоговым фильтрам: Джонсон, Джонсон и Мур. Там схема биквадратного фильтра на трёх операционниках. Если её переиначить в цифровой вид, то получится как раз это. - Kpoк(28.08.2023 14:31)
        
        Vaidyanathan, P. P. Page 31, Fig.45, Fig.46, Fig.47: Xoc(1 знак., 23.08.2023 14:17, , ссылка)
        
        Он над нами издевался... - Andreas(23.08.2023 14:26)
        
        В моём сообщении от 10 часов 12 минут Kpoк(1 знак., 23.08.2023 13:54, ссылка)
        
        Пейсатель не чейтатель... Это есть и очевидно, но крутизна не всегда устраивает. - Andreas(23.08.2023 14:08)
        
        Каскадируйте. - Kpoк(23.08.2023 15:03)
        
        Хороший фильтр второго порядка имеет спад 1/(1+w^2), а не 1/(1+w)^2, как у вас. Хотя в области очень больших и очень малых w эти фильтры не различимы. - AlexBi(23.08.2023 17:18)
        
        И задержка у него не фонтан. Зато щитается быстро. В рукаве у разработчика должны быть всякие фильтры. - Kpoк(23.08.2023 19:17)
        
        Камент: Toчкa oпopы(200 знак., 23.08.2023 13:03)
        
        По-моему, он его даже расписал. - Kpoк(23.08.2023 12:54)
        
        +1 за внимательность - "для полосового фильтра первого порядка" - IBAH(23.08.2023 12:58)
- Простое уравнение: Kpoк(263 знак., 23.08.2023 10:12)
  - Это-то понятно. Это так сказать физический фильтр. Однако он слабо давит. Теория для расчета таких каскадных фильтров отсутcтвует. - General(23.08.2023 14:01)
- Просто таймер перепрограммировать низя ? И обрабатывать один и тот же фильтр в прерывании таймера ? Или свободных т. / прерываний в МК нет ? - De_user(23.08.2023 08:37)
  - Нет, всё должно быть честно. - General(23.08.2023 08:54)
    - Если несколько каналов с разными параметрами - то да, только математика. Совсем сурово - с программным умножением для сдвига частоты. - De_user(23.08.2023 09:25)
- Готовое решение КИХ-фильтра с перестраиваемой полосой пропускания, это "банк фильтров" на БПФ. Но на дешевом МК такое не сделать. Нужен DSP. - Xaoc(23.08.2023 06:33, )
  - Это вопрос частоты семплирования. На малых частотах современного MCU хватит. - Evgeny_CD(23.08.2023 12:26)
    - Ну, навскидку, из пожеланий ТС'а можно предположить, что потребуется 10 раз в секунду вычислять комплексное БПФ на 512 точек, плюс умножение вещественного сигнала на оконную функцию длиной 1024 семпла. Может дешевый МК и справится.. ХЗ.. :) - Xaoc(23.08.2023 12:39, )
      - Например Evgeny_CD(1 знак., 23.08.2023 13:00, ссылка)
      - CH32V307 144MHz RAM 32K - General(23.08.2023 12:57)
        
        Не бьётся 144MHz и "частота отсчётов сигма-дельта АЦП это единицы-десятки герц и производительности процессора хватит тапов на 30-50". - SciFi(23.08.2023 13:02)
        
        он занят ещё кое-чем, однако оглашенная добавка точно не перенапряжёт - General(23.08.2023 13:26)
- Рассчитывается КИХ фильтр так. Отклик в частотной области представляет ступеньку, во временной области представляет sinc-функцию. И если надо то наоборот. Значит наша задача не более чем сгенерировать sinc-функцию. Коэффициенты КИХ фильтра её и представляют. И вся фильтрация, т.е. фильтр будет представлять собой банальную свертку с ней, т.е. к коэффициентами). Налабал демо-код в дикой спешке, у меня нет времени писать красиво, завтра с утра ехать запускать проект и я RxTx(1988 знак., 23.08.2023 01:25, ссылка)
- Вот такой "аналог RC" чем плох? SciFi(190 знак., 22.08.2023 23:20)
  - Это почти то же, что Генерал изначально написал - Kpoк(22.08.2023 23:53)
    - именно то же самое - General(22.08.2023 23:59)
  - крутизна очень маленькая, плохо давит ВЧ - General(22.08.2023 23:49)
    - А если каскадировать? - SciFi(22.08.2023 23:50)
      - так и делаем, но как анализировать АЧХ, задержку? Это мб включено в цепь регулирования. А такие фильтры НИГДЕ НЕ ОПИСАНЫ. бля - General(22.08.2023 23:58)
        
        CIC-фильтры много где описаны, но с перестройкой полосы у них всё печально. Xaoc(1 знак., 23.08.2023 08:13, , ссылка)
        
        > но как анализировать АЧХ, задержку lloyd(159 знак., 23.08.2023 08:12)
- Вот коэффициентом и меняется. А ещё они хорошо каскадируются. - Kpoк(22.08.2023 22:21)
  - у FIR постоянная времени меняется коэффициентами? Где можно найти готовое (Ctrl-C Сtrl-V) решение? - General(22.08.2023 22:36)
    - КИХ крайне затратен на вычисления, по сравнению с БИХ. Но если очень хочется, то коэффициенты КИХ находятся через обратное косинус-преобразование Фурье от желаемой АЧХ. ps С БИХ всё сложнее - argus98(22.08.2023 22:54)
      - Мне не надо "через обратное косинус-преобразование Фурье", мне похрен АЧХ, FIR или IIR. Известна частота выборки ( 10Гц ) и число тапов ( определяется ресурсом процессора, от 13 до 31), а частота среза должна перестраиваться от 1 до 0,003 Гц - General(22.08.2023 23:13)
        
        боюсь что это импосибле... ну давайте включим логитку: шаг 1, хотим частоту среза 0,003Гц - это эквивалентно заявлению что фильтр должен иметь "постоянную времени" не менее 1/0.003 = 333 сек. шаг2, чтобы обеспечить такое время накопления фильтра нузно 333сек*10Гц = 3330 дискретных отсчетов сигнала с частотой дискретизации 10Гц. шаг3, 3330 ни разу даже близко не равно 31 отсчету....... где я не прав? нужно хотеть то что можно, и нельзя то чего ненужно. klen(1 знак., 22.08.2023 23:32, ссылка)
        
        ну примитивный БИХ (см. начало) бесплатно такое делает, неужели его как-то усовершенствовать нельзя? General(140 знак., 22.08.2023 23:56)
        
        Можно уменьшать эффективную частоту дискретизации, например, усредняя N выборок. Соответственно, у БИХ фильтра поползет вниз полоса. Типа децимации. А коэффициенты те-жэ. - mse homjak(23.08.2023 17:16)
    - Это же ИИР - Kpoк(22.08.2023 22:43)
      - да мне похрен как именно он называется, решение прошу - General(22.08.2023 23:14)
        
        утром, на трезвую голову - Kpoк(22.08.2023 23:58)
        
        Скачай WinFilter и сгенери им Си-код. RxTx(1 знак., 22.08.2023 23:16, ссылка)
        
        он сам рассчитывает коэффициенты, а мне надо их рассчитывать в МК - General(22.08.2023 23:26)
        
        Рассчитать заранее для нескольких частот среза, засунунть в таблицу в программе и брать с таблицы при работе? - symbions(22.08.2023 23:46)
        
        нет, там минимум сотня наборов, проще рассчитывать - General(22.08.2023 23:57)
        
        Ясно - symbions(23.08.2023 22:58)

Программируемая логика и ЦОС