面向经济型CPU平台的中值型滤波快速计算研究

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数字滤波是信息处理中常用的一种重要技术手段。由于经济型CPU平台的存储容量和处理能力有限,为提高其数据处理的实时性和有效性,需要采用简单高效的滤波算法。中值滤波是一种简单、有效的非线性滤波方法,能有效抑制脉冲噪声,并较好地保持信号的细节特征。对中值滤波的不断研究改进,不仅拓展了它的滤波能力,也使其发展成为包括自适应中值滤波和加权中值滤波等方法在内的中值型滤波方法。然而,在滤波性能增强的同时,中值型滤波算法的复杂度也相应增加。因此,研究中值型滤波的快速计算方法,使之更好地适应在线信息处理的要求具有重要的理论与实际意义。本文通过对中值型滤波方法的时、频域特性分析,重点研究不影响频域特性下的中值型滤波快速计算方法。针对现有中值型滤波方法在对脉冲噪声点检测时容易误判以及方差计算复杂度较高等问题,本文提出用极差代替方差来减少滤波实现过程中脉冲噪声点检测所需的计算量。通过对中值型滤波现有方法的时空间复杂度的对比与分析,从数据存储结构以及排序方法上改进,提出了基于表插入排序和相邻滤波窗口数据相关性结合来简化中值型滤波计算过程的方法。加权中值滤波算法拓展了中值型滤波的频率选择能力。为了在低端硬件平台上实现高效的中值滤波,本文研究了自适应窗口长度时中值型滤波的选频特性。一方面通过对窗口长度变化时权系数的选取进行简化,在保持其频率特性的同时,减少针对不同窗口长度而多次变换权值所带来的计算量,另一方面考虑到小窗口数据排序的计算量远低于大窗口的计算量,据此设计了自适应窗口变化时不影响频率特性的窗口分解与组合的中值滤波方法。本文通过仿真和实验测试了简化算法的性能。基于MATLAB软件实现了对含脉冲噪声信号的滤波处理;选择典型的经济型CPU平台MSP430F169微控制器,利用IAR Embedded Workbench开发工具测试了滤波算法处理实际信号的耗时。仿真和实验的结果都表明了本文所提中值型滤波简化方法能在经济型CPU平台上有效加快计算速度。
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