專利名稱：一種中值濾波電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中值濾波領(lǐng)域，尤其涉及ー種應(yīng)用于微弱信號測量的中值濾波電路及方法。
背景技術(shù)：
在微弱信號測量吋，由于受到各種干擾，使得測量結(jié)果產(chǎn)生奇異數(shù)據(jù)，中值濾波能很好的解決這個問題。中值濾波是ー種典型的非線性濾波技術(shù)，對某ー被測參數(shù)連續(xù)采樣n次(一般n取奇數(shù))，然后把n次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值(若n為偶數(shù)，則排序的兩個中間值的平均值為本次采樣值)。中位值濾波能有效地克服偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定引起的誤碼等脈沖干擾。中值濾波現(xiàn)在多用于兩維的圖像處理領(lǐng)域，能很好的濾出圖像的椒鹽噪聲(Salt& P印perNoise)，中值的計算在于對滑動窗口內(nèi)采樣值的排序操作。要進(jìn)行排序，就必須對序列中的采樣值做比較和交換，采樣值之間的比較次數(shù)是影響排序速度的ー個重要因素?，F(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于兩維的中值濾波方法應(yīng)用快速排隊算法來取代傳統(tǒng)的基于冒泡排序法的排序串行算法，但仍存在以下缺點:一方面，窗ロ長度過短，不能適應(yīng)大窗ロ的中值濾波；另ー方面，對長度為n的中值濾波窗ロ，需要n+1個串行連接的處理單元，算法和控制復(fù)雜，計算量很大，較費時，且輸出時間不確定。因此，急需ー種算法和控制相對簡單，且輸出時間確定的快速中值濾波方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供ー種中值濾波電路及方法，應(yīng)用于微弱信號測量，算法和控制相對簡單，速度快，且輸出時間確定。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供ー種中值濾波電路，應(yīng)用于微弱信號測量，包括:控制處理單元，產(chǎn)生整個中值濾波電路的控制信號，完成對整個中值濾波電路的控制功能；時間戳處理單元，接收輸入數(shù)據(jù)并在所述控制處理單元輸出的控制信號下輸出為加蓋有效時間戳的數(shù)據(jù)；第一排隊處理單元和第二排隊處理單元，對所述加蓋有效時間戳的數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波算法處理，輸出中值數(shù)據(jù)；中值數(shù)據(jù)輸出選擇器，選擇所述第一排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)或所述第二排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)作為有效中值數(shù)據(jù)輸出。進(jìn)ー步的，在測量一微弱信號之前，所述微弱信號先經(jīng)一信號調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)整和模擬濾波，再經(jīng)ー模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后輸入所述中值濾波電路。進(jìn)ー步的，所述微弱信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)信號和輸入數(shù)據(jù)有效信號，所述控制處理單元接收所述輸入數(shù)據(jù)有效信號，所述時間戳處理単元接收所述輸入數(shù)據(jù)信號。進(jìn)ー步的，所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元中有相等數(shù)目的滑動窗ロ數(shù)據(jù)緩存模塊，且緩存的數(shù)據(jù)按照由小到大或由大到小的方式進(jìn)行存儲。進(jìn)ー步的，所述相等數(shù)目為偶數(shù)時，所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元還各包含ー個求取中間位置的兩個滑動窗口數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)的平均值的中值處理模塊，所述第一排隊處理單元的中值處理模塊得到的平均值為所述第一排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)，所述第二排隊處理單元的中值處理模塊得到的平均值為所述第二排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)。進(jìn)ー步的，所述相等數(shù)目為奇數(shù)時，所述第一排隊處理單元中間位置的滑動窗ロ數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)為所述第一排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)，所述第二排隊處理單元中間位置的滑動窗口數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)為所述第二排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)。進(jìn)ー步的，所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元是算法相同的兩個處理單元，均分兩步運算:第一步對最新輸入數(shù)據(jù)和緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較和交換，輸出有效的中值；第二步進(jìn)行滑動窗ロ的滑動運算。進(jìn)ー步的，當(dāng)所述第一排隊處理單元接收最新輸入數(shù)據(jù)時，所述第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)由最新輸入數(shù)據(jù)和第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)按照大小比較結(jié)果進(jìn)行交換更新；當(dāng)所述第二排隊處理單元接收最新輸入數(shù)據(jù)時，所述第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)由最新輸入數(shù)據(jù)和第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)按照比較結(jié)果進(jìn)行交換更新。進(jìn)ー步的，當(dāng)所述第一排隊處理單元接收最新輸入數(shù)據(jù)時，所述第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)由最新輸入數(shù)據(jù)和第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)按照大小比較結(jié)果進(jìn)行交換更新，包括:判斷所述最新輸入數(shù)據(jù)加入所述第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的滑動窗ロ后，所述第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的所有滑動窗口中數(shù)據(jù)的原有存儲序列是否有效；如果所述原有存儲序列有效，就將所述第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的前一位置滑動窗口中的數(shù)據(jù)依次交換更新到第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的當(dāng)前位置的滑動窗口中，所述最新輸入數(shù)據(jù)存到第一排隊處理單元的最后ー個第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)所在的滑動窗口中；如果原有存儲序列無效，通過最新輸入數(shù)據(jù)與第二排隊處理單元的滑動窗口數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較，將最新輸入數(shù)據(jù)存儲到第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中合適的滑動窗ロ，并將第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中與所述合適的滑動窗ロ的位置相同的滑動窗口中的數(shù)據(jù)順次交換到第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的所述合適的滑動窗ロ之后滑動窗ロ中，在第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中產(chǎn)生包含最新輸入數(shù)據(jù)的新排隊序列，輸出新排隊序列的中值數(shù)據(jù)及中值數(shù)據(jù)有效信號。進(jìn)ー步的，所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元還輸出中值數(shù)據(jù)有效信號，所述中值濾波電路還包括中值數(shù)據(jù)輸出有效選擇器，接收所述控制處理單元的控制信號及所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)有效信號并輸出。進(jìn)ー步的，所述中值濾波電路由可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)，或者由比較器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)存儲器搭建實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的另一面，提供一種應(yīng)用上述中值濾波電路的中值濾波方法，應(yīng)用于信號測量，該方法包括如下步驟:(a)所述中值濾波電路的最新輸入數(shù)據(jù)輸入到時間戳處理單元，在控制處理單元的控制下加蓋時間戳后輸出；(b)所述控制處理單元選擇第一排隊處理單元對接收加蓋時間戳后輸出的所述最新輸入數(shù)據(jù)；(C)所述第一排隊處理單元對最新輸入數(shù)據(jù)和第二排隊處理單元滑動窗口內(nèi)的緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較和交換，輸出最新輸入數(shù)據(jù)與所述緩存數(shù)據(jù)的中值數(shù)據(jù)；(d)所述第一排隊處理單元進(jìn)行滑動窗ロ的滑動運算；(e)所述中值數(shù)據(jù)輸出選擇接收器所述中值數(shù)據(jù)作為有效中值數(shù)據(jù)輸出；(f)所述中值濾波電路接收下ー個輸入數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟，其中所述控制處理單元選擇所述第二排隊處理單元對接收加蓋時間戳后輸出的所述下ー個輸入數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的中值濾波電路及方法，通過時間戳處理単元確定了輸出時間，通過所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元實現(xiàn)了ー維快速中值濾波，算法和控制相對簡単，能適應(yīng)大窗ロ的中值濾波。


圖1是本發(fā)明被測信號的處理單元示意圖；圖2是本發(fā)明具體實施例的中值濾波電路示意圖；圖3是本發(fā)明具體實施例的第一排隊處理單元排序算法流程圖；圖4是本發(fā)明具體實施例的排隊處理單元滑動窗ロ的滑動算法流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的中值濾波電路及方法作進(jìn)ー步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式，僅用于方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。本發(fā)明提供ー種中值濾波電路，應(yīng)用于微弱信號測量。請參考圖1，本實施例中，被測信號進(jìn)入信號調(diào)理電路I進(jìn)行電壓放大和初步的模擬濾波后，進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路2進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換生成的數(shù)字信號，該數(shù)字信號為中值濾波電路3的輸入。本實施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路I可由AD9600、AD7343等多種轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)，信號調(diào)理電路可由信號儀用放大器AD8221BR和運算放大器AD8672ARZ等運放實現(xiàn)。請參考圖2，本發(fā)明提供的中值濾波電路包含時間戳處理單元30、控制處理單元31、第一排隊處理單元32、第二排隊處理單元33、數(shù)據(jù)輸出選擇器34、數(shù)據(jù)輸出有效選擇器35等功能處理單元。本實施例中，中值濾波電路有兩個來自模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸入信號(輸入數(shù)據(jù)20、輸入數(shù)據(jù)有效21)和兩個輸出(輸出數(shù)據(jù)36、輸出數(shù)據(jù)有效37)，中值濾波電路可由可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)，也可由比較器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)存儲器等芯片搭建?？刂铺幚韰g元31的輸入是輸入數(shù)據(jù)有效21的信號，根據(jù)相應(yīng)的控制機制，產(chǎn)生整個中值濾波電路的控制信號，完成對整個中值濾波電路的控制功能。時間戳處理單元30的輸入信號是輸入數(shù)據(jù)20和控制處理單元31輸出的控制信號，輸出是加蓋了時間戳的數(shù)據(jù)；時間戳處理單元30在控制處理單元31輸出的控制信號有效時生成的有效時間戳加蓋在輸入數(shù)據(jù)20的輸入數(shù)據(jù)上，并將加蓋了時間戳的數(shù)據(jù)輸出給第一排隊處理單元32和第二排隊處理單元33。第一排隊處理單元32和第二排隊處理單元33是算法相同的兩個處理單元，他們的數(shù)據(jù)緩存模塊中各有n個按照由0到n-1的方式進(jìn)行命名的滑動窗ロ，且緩存的數(shù)據(jù)按照由小到大或由大到小的方式進(jìn)行存儲。當(dāng)n為奇數(shù)吋，第一排隊處理單元32輸出中值數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)緩存模塊的第(n-1)/2滑動窗口中緩存的數(shù)據(jù)；第二排隊處理單元33輸出中值數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)緩存模塊的第(n-1)/2滑動窗口中緩存的數(shù)據(jù)；當(dāng)11為偶數(shù)時，所述第一排隊處理單元32和第二排隊處理單元33還各包含一個求取數(shù)據(jù)緩存模塊的中間位置的兩個滑動窗口中緩存數(shù)據(jù)的平均值的中值處理模塊，此時，第ー排隊處理單元32輸出中值數(shù)據(jù)為其數(shù)據(jù)緩存模塊的n/2滑動窗口中緩存的數(shù)據(jù)與(n-2)/2滑動窗口中緩存的數(shù)據(jù)的平均值，第二排隊處理單元32輸出中值數(shù)據(jù)為其數(shù)據(jù)緩存模塊的n/2滑動窗ロ中緩存的數(shù)據(jù)與(n-2)/2滑動窗口中緩存的數(shù)據(jù)的平均值。第一排隊處理單元32和第二排隊處理單元33采用乒乓機制，它們在控制處理單元31的控制下決定是由第一排隊處理單元32還是第二排隊處理單元33實現(xiàn)對輸入數(shù)據(jù)20的最新輸入數(shù)據(jù)的中值濾波算法處理，該中值濾波算法處理分兩步運算:第一步對最新輸入數(shù)據(jù)和緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和交換，輸出有效的中值，其中，所述第一排隊處理單元和第ニ排隊處理單元的中值濾波運算采用乒乓機制時，第一排隊處理單元32的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)由最新輸入數(shù)據(jù)和第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)按照比較結(jié)果進(jìn)行交換更新；第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)由最新輸入數(shù)據(jù)和第一排隊處理単元32的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)按照比較結(jié)果進(jìn)行交換更新；第二步進(jìn)行窗ロ的滑動運算。中值數(shù)據(jù)輸出選擇器34的輸入是控制處理單元31輸出的控制信號、第一排隊處理單元32輸出的中值數(shù)據(jù)和第二排隊處理單元33輸出的中值數(shù)據(jù)，輸出是有效的中值數(shù)據(jù)。中值數(shù)據(jù)輸出有效選擇器35的輸入是控制處理單元31輸出的控制信號、第一排隊處理單元32輸出的中值數(shù)據(jù)有效信號和第二排隊處理單元33輸出的中值數(shù)據(jù)有效信號，輸出是中值數(shù)據(jù)有效信號。請參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的另一面，提供一種應(yīng)用上述中值濾波電路的中值濾波方法，應(yīng)用于信號測量，該方法包括如下步驟:(a)所述中值濾波電路的最新輸入數(shù)據(jù)輸入到時間戳處理單元30，在控制處理單元31的控制下加蓋時間戳后輸出。(b)所述控制處理單元31選擇第一排隊處理單元對接收加蓋時間戳后輸出的所述最新輸入數(shù)據(jù)。(c)第一排隊處理單元32對最新輸入數(shù)據(jù)和第二排隊處理單元33滑動窗口內(nèi)的緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和交換，輸出最新輸入數(shù)據(jù)與所述緩存數(shù)據(jù)的中值數(shù)據(jù)。請參考圖3，圖3為第一排隊處理單元32的排序算法流程圖。步驟300中，第一排隊處理単元32接收到加蓋時間戳后輸出的所述最新輸入數(shù)據(jù)，與第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷最新輸入數(shù)據(jù)加入后，第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊的數(shù)據(jù)的原有存儲序列是否有效；步驟301中，如果原有存儲序列有效，就將第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊的滑動窗ロ i_l中的數(shù)據(jù)依次交換更新到第一排隊處理単元32的數(shù)據(jù)緩存模塊的滑動窗ロ i中(i = 0，I，2，...，n-1)，最新輸入數(shù)據(jù)存到第一排隊處理単元32的最后ー個第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)所在的滑動窗口中；步驟302至步驟304中，如果原有存儲序列無效，通過最新輸入數(shù)據(jù)與第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較，將最新輸入數(shù)據(jù)存儲到第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中合適的滑動窗ロ i中，并將第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊中滑動窗ロ i之后的數(shù)據(jù)順次交換到第一排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊的滑動窗ロ i之后滑動窗ロ中，在第一排隊處理単元32中產(chǎn)生包含最新輸入數(shù)據(jù)的新排隊序列，輸出新排隊序列的中值數(shù)據(jù)及中值數(shù)據(jù)有效信號。當(dāng)n為奇數(shù)吋，第一排隊處理單元32輸出中值數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)緩存模塊的第(n-1)/2滑動窗口中緩存的數(shù)據(jù)；當(dāng)n為偶數(shù)時，所述第一排隊處理單元32和第二排隊處理單元33還各包含ー個求取兩個中間值平均值的中值處理模塊，第一排隊處理單元32中輸出中值數(shù)據(jù)為其數(shù)據(jù)緩存模塊的n/2滑動窗ロ中緩存的數(shù)據(jù)與(n-2) /2滑動窗ロ中緩存的數(shù)據(jù)的平均值。(d)所述第一排隊處理單元32進(jìn)行滑動窗ロ的滑動運算。由于時間戳處理單元為每ー個數(shù)據(jù)加蓋了有效時間的時間戳，所以在完成一次中值濾波后要進(jìn)行超時失效數(shù)據(jù)剔除，剔除數(shù)據(jù)后進(jìn)執(zhí)行相應(yīng)的窗ロ滑動運算，使緩存的數(shù)據(jù)由當(dāng)前滑動窗ロ緩存單元滑動到下ー個滑動窗ロ緩存單元。請參考圖4，在步驟400中，首先判斷以第一排隊處理單元32的n個滑動窗ロ緩存単元中的數(shù)據(jù)是否均有效；若是，第一排隊處理單元32執(zhí)行步驟404中滑動窗ロ的滑動，將當(dāng)前滑動窗ロ緩存單元中的數(shù)據(jù)依次更新到下一滑動窗ロ緩存單元中，以便接收下ー輸入數(shù)據(jù)；若否，第一排隊處理單元32執(zhí)行步驟401至步驟403，尋找到時間戳失效的數(shù)據(jù)，并剔除，將前ー滑動窗ロ緩存單元中的數(shù)據(jù)更新到時間戳失效的數(shù)據(jù)所在當(dāng)前滑動窗ロ緩存単元中，其余數(shù)據(jù)保留，接著執(zhí)行步驟404中滑動窗ロ的滑動，以便接收下ー輸入數(shù)據(jù)。(e)所述中值數(shù)據(jù)輸出選擇器34接收所述中值數(shù)據(jù)作為有效中值數(shù)據(jù)輸出。本實施例中，中值數(shù)據(jù)輸出選擇器34在控制處理單元31的控制下，選擇接收第一排隊處理單元32輸出的中值數(shù)據(jù)信號，然后將該中值數(shù)據(jù)作為有效中值數(shù)據(jù)輸出，中值數(shù)據(jù)輸出有效選擇器35在控制處理單元31的控制下，選擇接收第一排隊處理單元32輸出的中值數(shù)據(jù)有效信號并輸出。(f)所述中值濾波電路接收下ー個輸入數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟，其中所述控制處理單元31選擇所述第二排隊處理單元33對接收加蓋時間戳后輸出的所述下ー個輸入數(shù)據(jù)。所述第二排隊處理單元33與所述第一排隊處理單元32的算法相同，即在所述第ー排隊處理單元接收最新輸入數(shù)據(jù)后，所述第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)由最新輸入數(shù)據(jù)和第一排隊處理單元32的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)按照大小比較結(jié)果進(jìn)行交換更新，也就是說，所述第二排隊處理單元33接收到最新輸入數(shù)據(jù)，先判斷所述最新輸入數(shù)據(jù)加入所述第一排隊處理單元32的數(shù)據(jù)緩存模塊的滑動窗ロ后，所述第一排隊處理單元32的數(shù)據(jù)緩存模塊的所有滑動窗口中數(shù)據(jù)的原有存儲序列是否有效；如果所述原有存儲序列有效，就將所述第一排隊處理單元32的數(shù)據(jù)緩存模塊的前一位置滑動窗口中的數(shù)據(jù)依次交換更新到第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊的當(dāng)前位置的滑動窗口中，接收到的最新輸入數(shù)據(jù)存到第而排隊處理單元33的最后ー個第一排隊處理単元32的數(shù)據(jù)所在的滑動窗口中；如果原有存儲序列無效，通過最新輸入數(shù)據(jù)與第一排隊處理單元32的滑動窗ロ數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較，將最新輸入數(shù)據(jù)存儲到第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊中合適的滑動窗ロ，并將第一排隊處理單元32的數(shù)據(jù)緩存模塊中與所述合適的滑動窗ロ的位置相同的滑動窗口中的數(shù)據(jù)順次交換到第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊的所述合適的滑動窗ロ之后滑動窗口中，在第二排隊處理單元33的數(shù)據(jù)緩存模塊中產(chǎn)生包含最新輸入數(shù)據(jù)的新排隊序列，輸出新排隊序列的中值數(shù)據(jù)及中值數(shù)據(jù)有效信號。(a)至(f)步驟循環(huán)進(jìn)行，實現(xiàn)了一種基于乒乓機制的中值濾波運算，毎次的最新輸入數(shù)據(jù)輸入后，第一排隊處理單元32和第二排隊處理單元33輪流接收，并將最新數(shù)據(jù)與未接收中值數(shù)據(jù)的處理單元的緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較，根據(jù)大小比較結(jié)果來將未接收中值數(shù)據(jù)的處理單元的緩存數(shù)據(jù)相應(yīng)的更新到接收中值數(shù)據(jù)的處理單元的合適滑動窗口中，最終在接收中值數(shù)據(jù)的處理單元中得到了包含最新輸入數(shù)據(jù)和緩存數(shù)據(jù)的最新排序序列方式，進(jìn)而輸出有效中值數(shù)據(jù)。綜上所述，本發(fā)明提供的中值濾波電路及方法，通過時間戳處理單元確定了輸出時間，通過所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元實現(xiàn)了ー維快速中值濾波，算法和控制相對簡単，能適應(yīng)大窗ロ的中值濾波。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種中值濾波電路，應(yīng)用于微弱信號測量，其特征在于，包括: 控制處理單元，產(chǎn)生整個中值濾波電路的控制信號，完成對整個中值濾波電路的控制功能； 時間戳處理單元，接收輸入數(shù)據(jù)并在所述控制處理單元輸出的控制信號下輸出為加蓋有效時間戳的數(shù)據(jù)； 第一排隊處理單元和第二排隊處理單元，對所述加蓋有效時間戳的數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波算法處理，輸出中值數(shù)據(jù)； 中值數(shù)據(jù)輸出選擇器，選擇所述第一排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)或所述第二排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)作為有效中值數(shù)據(jù)輸出。
2.按權(quán)利要求1所述的中值濾波電路，其特征在于，在測量一微弱信號之前，所述微弱信號先經(jīng)一信號調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)整和模擬濾波，再經(jīng)ー模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后輸入所述中值濾波電路。
3.按權(quán)利要求2所述的中值濾波電路，其特征在于，所述微弱信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)信號和輸入數(shù)據(jù)有效信號，所述控制處理單元接收所述輸入數(shù)據(jù)有效信號，所述時間戳處理単元接收所述輸入數(shù)據(jù)信號。
4.按權(quán)利要求1所述的中值濾波電路，其特征在于，所述第一排隊處理單元和第二排隊處理単元的數(shù)據(jù)緩存模塊有相等數(shù)目的滑動窗ロ，且緩存的數(shù)據(jù)按照由小到大或由大到小的方式進(jìn)行存儲。
5.按權(quán)利要求4所述的中值濾波電路，其特征在于，所述相等數(shù)目為偶數(shù)時，所述第一排隊處理單元和 第二排隊處理單元還各包含一個求取數(shù)據(jù)緩存模塊中中間位置的兩個滑動窗ロ的數(shù)據(jù)的平均值的中值處理模塊，所述第一排隊處理單元的中值處理模塊得到的平均值為所述第一排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)，所述第二排隊處理單元的中值處理模塊得到的平均值為所述第二排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)。
6.按權(quán)利要求4所述的中值濾波電路，其特征在于，所述相等數(shù)目為奇數(shù)時，所述第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的中間位置的滑動窗ロ的數(shù)據(jù)為所述第一排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)，所述第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的中間位置的滑動窗ロ的數(shù)據(jù)為所述第ニ排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)。
7.按權(quán)利要求5或6所述的中值濾波電路，其特征在于，所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元是算法相同的兩個處理單元，均分兩步運算:第一步對最新輸入數(shù)據(jù)和緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較和順序交換，輸出中值數(shù)據(jù)；第二步進(jìn)行滑動窗ロ的滑動運算。
8.按權(quán)利要求7所述的中值濾波電路，其特征在于，所述第一排隊處理單元和第二排隊處理単元的中值濾波運算采用乒乓機制，當(dāng)所述第一排隊處理單元接收最新輸入數(shù)據(jù)時，所述第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)由最新輸入數(shù)據(jù)和第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)按照大小比較結(jié)果進(jìn)行交換更新；當(dāng)所述第二排隊處理單元接收最新輸入數(shù)據(jù)時，所述第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)由最新輸入數(shù)據(jù)和第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)按照比較結(jié)果進(jìn)行交換更新。
9.按權(quán)利要求8所述的中值濾波電路，其特征在干，當(dāng)所述第一排隊處理單元接收最新輸入數(shù)據(jù)時，所述第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)由最新輸入數(shù)據(jù)和第二排隊處理単元的數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)按照大小比較結(jié)果進(jìn)行交換更新，包括:判斷所述最新輸入數(shù)據(jù)加入所述第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的滑動窗ロ后，所述第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的所有滑動窗口中數(shù)據(jù)的原有存儲序列是否有效； 如果所述原有存儲序列有效，就將所述第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的前一位置滑動窗口中的數(shù)據(jù)依次交換更新到第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的當(dāng)前位置的滑動窗口中，所述最新輸入數(shù)據(jù)存到第一排隊處理單元的最后ー個第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)所在的滑動窗口中； 如果原有存儲序列無效，通過最新輸入數(shù)據(jù)與第二排隊處理單元的滑動窗口數(shù)據(jù)緩存模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較，將最新輸入數(shù)據(jù)存儲到第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中合適的滑動窗ロ，并將第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中與所述合適的滑動窗ロ的位置相同的滑動窗口中的數(shù)據(jù)順次交換到第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的所述合適的滑動窗ロ之后滑動窗口中，在第一排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊中產(chǎn)生包含最新輸入數(shù)據(jù)的新排隊序列，輸出新排隊序列的中值數(shù)據(jù)及中值數(shù)據(jù)有效信號。
10.按權(quán)利要求1所述的中值濾波電路，其特征在于，所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元還輸出中值數(shù)據(jù)有效信號，所述中值濾波電路還包括中值數(shù)據(jù)輸出有效選擇器，接收所述控制處理單元的控制信號及所述第一排隊處理單元和第二排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)有效信號并輸出。
11.按權(quán)利要求1所述的中值濾波電路，其特征在于，所述中值濾波電路由可編程邏輯器件FPGA實現(xiàn)，或者由比較器、計數(shù)器和數(shù)據(jù)存儲器搭建實現(xiàn)。
12.一種應(yīng)用權(quán)利要求1至11中任一項所述的中值濾波電路的中值濾波方法，其特征在于，包括: (a)所述中值濾波電路的最新輸入數(shù)據(jù)輸入到時間戳處理單元，在控制處理單元的控制下加蓋時間戳后輸出； (b)所述控制處 理單元選擇第一排隊處理單元對接收加蓋時間戳后輸出的所述最新輸入數(shù)據(jù)； (C)所述第一排隊處理單元對最新輸入數(shù)據(jù)和第二排隊處理單元的數(shù)據(jù)緩存模塊的滑動窗口內(nèi)的緩存數(shù)據(jù)進(jìn)行大小比較和交換，輸出最新輸入數(shù)據(jù)與所述緩存數(shù)據(jù)的中值數(shù)據(jù)； (d)所述第一排隊處理單元進(jìn)行滑動窗ロ的滑動運算； (e)所述中值數(shù)據(jù)輸出選擇器將所述中值數(shù)據(jù)作為有效中值數(shù)據(jù)輸出； (f)所述中值濾波電路接收下ー個輸入數(shù)據(jù)，重復(fù)上述步驟，其中所述控制處理單元選擇所述第二排隊處理單元對接收加蓋時間戳后輸出的所述下ー個輸入數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種中值濾波電路及方法，包括控制處理單元，產(chǎn)生整個中值濾波電路的控制信號，完成對整個中值濾波電路的控制功能；時間戳處理單元，接收輸入數(shù)據(jù)并在所述控制處理單元輸出的控制信號下輸出為加蓋有效時間戳的數(shù)據(jù)；第一排隊處理單元和第二排隊處理單元，在所述控制處理單元輸出的控制信號下對所述加蓋有效時間戳的數(shù)據(jù)進(jìn)行中值濾波算法處理，輸出中值數(shù)據(jù)；中值數(shù)據(jù)輸出選擇器，在所述控制處理單元輸出的控制信號下選擇第一排隊處理單元或第二排隊處理單元的中值數(shù)據(jù)作為有效中值數(shù)據(jù)輸出。本發(fā)明通過時間戳處理單元確定了輸出時間，通過兩個排隊處理單元實現(xiàn)了一維快速中值濾波，算法和控制相對簡單，能適應(yīng)大窗口的中值濾波。
文檔編號H03H17/02GK103095249SQ201110335148
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者李志強 申請人:上海微電子裝備有限公司