專利名稱：一種簡(jiǎn)化的具有負(fù)系數(shù)的加權(quán)重復(fù)偽中值濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種簡(jiǎn)化的具有負(fù)系數(shù)的加權(quán)重復(fù)偽中值濾波方法。
背景技術(shù)：
中值濾波是一類非常簡(jiǎn)單實(shí)用的非線性濾波方法，不僅能夠去除或減少隨機(jī)噪聲 和脈沖干擾，還能有效地保留信號(hào)的邊緣變化信息。當(dāng)前中值濾波的改進(jìn)方法都主要是針 對(duì)二維圖像信號(hào)處理。對(duì)于像振動(dòng)信號(hào)、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)、語(yǔ)音信號(hào)等需要滿足一定實(shí)時(shí)性要 求的非圖像信號(hào)處理，因?yàn)樗鼈儗?duì)中值濾波這樣的非線性濾波技術(shù)還存在更多的性能(如 頻帶、速度、功耗)要求而與對(duì)圖像信號(hào)的處理要求明顯不同，特別是對(duì)諸如無(wú)線傳感器網(wǎng) 絡(luò)(WSN)這類硬件資源(如處理能力、存儲(chǔ)能力和電能供給等)受限的低功耗微控制器進(jìn) 行在線信號(hào)處理的情況。數(shù)字濾波是WSN等監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行信息檢測(cè)和信息處理的必需環(huán) 節(jié)，受節(jié)點(diǎn)資源限制，用于WSN節(jié)點(diǎn)這類裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的濾波方法應(yīng)該在算法簡(jiǎn)單、快 速有效基礎(chǔ)上具備低功耗特點(diǎn)，以符合硬件資源受限節(jié)點(diǎn)高效在線處理數(shù)據(jù)的要求。在現(xiàn) 有數(shù)字濾波方法中，F(xiàn)IR雖具有良好的選頻特性，但其計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，含實(shí)數(shù)乘運(yùn)算，且不具 有中值濾波所具有的抑制脈動(dòng)、邊沿保持等性能優(yōu)點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)的中值濾波器雖算法簡(jiǎn)單，但不 具有選頻特性。即使是通過(guò)采用負(fù)系數(shù)加權(quán)處理改進(jìn)的中值和偽中值濾波方法，其選頻性 能還是存在明顯的欠缺。其他一些性能相對(duì)好的方法卻又計(jì)算復(fù)雜、不適于在WSN節(jié)點(diǎn)等 所采用的這類低端硬件平臺(tái)上應(yīng)用。而專門針對(duì)WSN節(jié)點(diǎn)等低端硬件平臺(tái)進(jìn)行信號(hào)處理的 普適性濾波方法還很缺乏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種簡(jiǎn)化的具有負(fù)系數(shù)的加權(quán)重復(fù)偽中值濾 波方法，該方法具有帶通、高通等特性，同時(shí)又只需對(duì)信號(hào)作時(shí)域處理且能快速濾波計(jì)算。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種簡(jiǎn)化的具有負(fù)系數(shù)的加權(quán)重復(fù)偽中值濾波方法，其特征在于，包括下列步驟 a)以具有帶通或高通頻率響應(yīng)的同階次FIR濾波器的系數(shù)h= O^h2,...hn)為參考，將h 的各元素分解為符號(hào)項(xiàng)Signi和絕對(duì)值項(xiàng)IhiI,并將由各元素的絕對(duì)值構(gòu)成的|h| = (|hj, Ih2I,..., IhJ)作為相應(yīng)的濾波器樣本選擇概率即SSI^s的目標(biāo)值P= (Pl, P2,..., Pn)；b)在整數(shù)范圍A內(nèi)，尋找到一組權(quán)系數(shù)，使該組權(quán)系數(shù)相應(yīng)的SSI^s系數(shù)與目標(biāo) SSI^s系數(shù)P之間的均方誤差最小或小于一個(gè)閾值δ，該組權(quán)系數(shù)即為輸出權(quán)系數(shù)ω ；c)依據(jù)斜率權(quán)系數(shù)的優(yōu)化選擇方式，由負(fù)系數(shù)的加權(quán)重復(fù)偽中值濾波器的寬度N 設(shè)計(jì)其斜率權(quán)系數(shù)3 =(場(chǎng)，而K ωη)；d)將輸出權(quán)系數(shù)ω = (ωι，ω2Κωη)分解為符號(hào)項(xiàng)sign = (Sign1, sign2,…， signn)和絕對(duì)值項(xiàng)(| ω I = I J, ω2|κ| ωη |)，對(duì)濾波窗口內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)χ = (χι,χ2,...,
χη)按調(diào)整規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)的正、負(fù)極性調(diào)整處理，得到極性調(diào)整后的結(jié)果y = (y1 y2，...， yn)；
e)基于斜率權(quán)系數(shù)3，按重復(fù)中值濾波算法，通過(guò)窗口內(nèi)數(shù)據(jù)任意兩點(diǎn)之間的斜 率信息計(jì)算窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的整體斜率β ；整體斜率β按下式計(jì)算
權(quán)利要求
1. 一種簡(jiǎn)化的具有負(fù)系數(shù)的加權(quán)重復(fù)偽中值濾波方法，其特征在于，包括下列步驟a)以具有帶通或高通頻率響應(yīng)的同階次HR濾波器的系數(shù)h=Qvh2,...!^)為參考， 將h的各元素分解為符號(hào)項(xiàng)Signi和絕對(duì)值項(xiàng)IhiI,并將由各元素的絕對(duì)值構(gòu)成的|h| = (|hj, Ih2I,..., IhJ)作為相應(yīng)的濾波器樣本選擇概率即SSI^s的目標(biāo)值P= (Pl, P2,...,Pn)；b)在整數(shù)范圍A內(nèi)，尋找到一組權(quán)系數(shù)，使該組權(quán)系數(shù)相應(yīng)的SSI^s系數(shù)與目標(biāo)SSI^s系 數(shù)P之間的均方誤差最小或小于一個(gè)閾值I該組權(quán)系數(shù)即為輸出權(quán)系數(shù)ω ；c)依據(jù)斜率權(quán)系數(shù)的優(yōu)化選擇方式，由負(fù)系數(shù)的加權(quán)重復(fù)偽中值濾波器的寬度N設(shè)計(jì) 其斜率權(quán)系數(shù)3 =(ω ω2Κ η)；d)將輸出權(quán)系數(shù)ω= (ωι，ω2Κωη)分解為符號(hào)項(xiàng)sign = (Sign1, sign2，…，signn) 和絕對(duì)值項(xiàng)(|ω| = ω」，|ω2|κ|ωη|)，對(duì)濾波窗口內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)χ= (Xl, x2, . . . , χη)按 調(diào)整規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)的正、負(fù)極性調(diào)整處理，得到極性調(diào)整后的結(jié)果y = (yi; y2，...，yn)；e)基于斜率權(quán)系數(shù)3，按重復(fù)中值濾波算法，通過(guò)窗口內(nèi)數(shù)據(jù)任意兩點(diǎn)之間的斜率信 息計(jì)算窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的整體斜率β；整體斜率β按下式計(jì)算
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)化的具有負(fù)系數(shù)的加權(quán)重復(fù)偽中值濾波方法，其特征在于，斜率的放大倍數(shù)K根據(jù)窗口寬度按K = 2f+1選取，其中，F(xiàn)為N除以4后再取整的結(jié)果； 除運(yùn)算的集中延后處理方法為在求取整體斜率β所進(jìn)行的偽中值的重復(fù)計(jì)算過(guò)程中，先不做平均運(yùn)算，而是將最后 得到的結(jié)果進(jìn)行兩次除2運(yùn)算，即可還原出真實(shí)的整體斜率β ；對(duì)參與整體斜率β計(jì)算的位置上的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，僅選取與之距離2m(m =Lm = 2，...)個(gè)位置的點(diǎn)進(jìn)行差值計(jì)算，即按如下規(guī)則計(jì)算出差值當(dāng)外類 0、鄴類 0 時(shí)，令 Aji = Aij = (yi-yj)，其中 j = 1,2, ... , N，|i-j| =21,...,2m ；相加規(guī)則為按β倍數(shù)從低到高進(jìn)行計(jì)算，高倍數(shù)的β倍乘運(yùn)算轉(zhuǎn)化為2個(gè)已知結(jié)果 的低倍數(shù)β的加運(yùn)算；對(duì)稱性規(guī)則為進(jìn)行β倍乘運(yùn)算時(shí)，只需對(duì)位于窗口中心左側(cè)或右側(cè)的一半數(shù)據(jù)進(jìn)行 運(yùn)算，另一半數(shù)據(jù)為已計(jì)算數(shù)據(jù)的相反數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種簡(jiǎn)化的具有負(fù)系數(shù)的加權(quán)重復(fù)偽中值濾波方法，該方法以逼近同階次FIR濾波器的頻率響應(yīng)特性為目標(biāo)，運(yùn)用MALLOWS綜合方法，為濾波窗口數(shù)據(jù)的加權(quán)偽中值計(jì)算設(shè)計(jì)含負(fù)數(shù)的加權(quán)系數(shù)，并按此加權(quán)系數(shù)調(diào)整窗口數(shù)據(jù)；同時(shí)，基于為該濾波器所設(shè)計(jì)的一組特殊結(jié)構(gòu)的斜率計(jì)算加權(quán)系數(shù)，重復(fù)利用加權(quán)偽中值計(jì)算窗口數(shù)據(jù)的整體斜率，并按此斜率對(duì)窗口數(shù)據(jù)作線性變換；最后利用偽中值加權(quán)系數(shù)對(duì)已變換數(shù)據(jù)作加權(quán)計(jì)算，得到加權(quán)重復(fù)偽中值濾波輸出值。該方法實(shí)現(xiàn)了比現(xiàn)有負(fù)系數(shù)加權(quán)中值或偽中值濾波方法更好的頻率選擇特性，為適應(yīng)無(wú)線傳感器等資源有限系統(tǒng)的低功耗要求，簡(jiǎn)化了算法中的運(yùn)算。
文檔編號(hào)H03H17/02GK102064796SQ201010544350
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者劉少?gòu)?qiáng), 李勇周, 樊曉平, 洪丹龍, 譚宗凱, 陳磊 申請(qǐng)人:中南大學(xué)