本发明涉及慢速信号滤波技术领域，具体而言，涉及一种滤波方法、装置及存储介质。
背景技术：
在单片机的应用中经常会遇到信号采集与处理的问题，特别是工业现场的模拟信号采集，由于容易受干扰且干扰源复杂，因此该问题常常都是困扰开发者的难点。虽然单片机在这方面的应用越来越广，但是现有的基于单片机的滤波算法几乎都是一成不变的那么几种，而其中的大多数滤波算法那，例如中位值滤波、算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波等。
但是上述滤波算法均存在受环境和附近设备中的变频器、变压器等干扰严重，由于涉及到较多的乘除法运算(如加权平均滤波等)，甚至是数组排序(如中位值滤波)，因此需要更多的ram和计算时间，对单片机的运算速度要求较高，并且还需要较长的采样周期来填充滤波数组，因此具有运算需求大、采样周期长、反应不灵敏的缺点。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种滤波方法、装置及存储介质，以解决上述问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种滤波方法，所述滤波方法首先获取第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值，获取第i-1时刻的原始信号值，基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，获取原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势、下降趋势或保持不变状态的判断结果，再基于与所述上升趋势、所述下降趋势和所述持不变状态对应的变化估计方程对第i时刻的采集信号值进行修正，从而获得滤波后的第i时刻的原始信号值。
综合第一方面，所述获取第i-1时刻的原始信号值，包括：判断第i-1时刻是否为起始时刻；在为是时，获取第i-1时刻的采集信号值作为第i-1时刻的原始信号值；在为否时，以第p个采集信号值作为初始化默认值对前i-1个信号进行初始化，获取所述第i-1时刻的初始化原始信号值作为第i-1时刻的原始信号值。
综合第一方面，所述基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，获取原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势、下降趋势或保持不变状态的判断结果，包括：基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，分别判断第i-m时刻至第i-m+n时刻的每个采集信号值与第i-1时刻的原始信号值的大小关系；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值大于第i-1时刻的原始信号值的概率大于预设概率阈值时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值小于第i-1时刻的原始信号值的概率大于预设概率阈值时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈下降趋势；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值与第i-1时刻的原始信号值的大小关系为其他情况时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈保持不变状态。
综合第一方面，所述基于与所述上升趋势、所述下降趋势和所述持不变状态对应的变化估计方程对第i时刻的采集信号值进行修正，包括：基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的所述采集信号值，根据原始信号估算方程
综合第一方面，在所述获取第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值之前，所述滤波方法还包括：基于精确度需求，设置窗口大小n(n＝2*n)以及预设概率阈值pmax的数值。
第二方面，本发明实施例提供了一种滤波装置，所述滤波装置包括采集信号值获取模块、原始信号值获取模块、趋势判断模块和修正模块。所述采集信号值获取模块用于获取第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值。所述原始信号值获取模块用于获取第i-m-1时刻的原始信号值。所述趋势判断模块用于基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，获取原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势、下降趋势或保持不变状态的判断结果。所述修正模块用于基于与所述上升趋势、所述下降趋势和所述持不变状态对应的变化估计方程对第i时刻的采集信号值进行修正，从而获得滤波后的第i时刻的原始信号值。
综合第二方面，所述原始信号值获取模块包括起始判断单元和原始信号值确定单元。所述起始判断单元用于判断第i-1时刻是否为起始时刻。所述原始信号值确定单元用于在第i-1时刻是起始时刻时，获取第i-1时刻的采集信号值作为第i-1时刻的原始信号值；还用于在第i-1时刻不是起始时刻时，以第p个采集信号值作为初始化默认值对前i-1个信号进行初始化，获取所述第i-1时刻的初始化原始信号值作为第i-1时刻的原始信号值。
综合第二方面，所述趋势判断模块包括比较单元和趋势确定单元，所述比较单元用于基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，分别判断第i-m时刻至第i-m+n时刻的每个采集信号值与第i-1时刻的原始信号值的大小关系。所述趋势确定单元用于在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值大于第i-1时刻的原始信号值的概率大于预设概率阈值时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值小于第i-1时刻的原始信号值的概率大于预设概率阈值时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈下降趋势；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值与第i-1时刻的原始信号值的大小关系为其他情况时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈保持不变状态。
综合第二方面，所述修正模块包括原始信号估算单元，所述原始信号估算单元用于基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的所述采集信号值，根据原始信号估算方程
第三方面，本发明实施例还提供了一种存储介质，所述计算机可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行所述方法中的步骤。
本发明提供的有益效果是：
本发明提供了一种滤波方法、装置及存储介质，所述滤波方法基于分析原始信号对干扰信号的影响的角度，通过比较采集信号值和前一时间的原始信号值的大小关系判断当前区间内原始信号的变化趋势，然后利用比较和简单加减运算获得当前时间原始信号值，使整个滤波过程中运算速度更快、占用运算资源更少。可选地，选来用于比较的原始信号值的对应时刻为起始时刻时，则将该起始时刻的采集信号值作为用于比较的原始信号值，简化了运算步骤，同时保证了所述滤波方法的精确度。进一步地，所述滤波方法在选择进行大小比较的窗口时，还设置了窗口偏移量，有效地降低了迟滞问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种滤波方法的流程图；
图2为本发明第一实施例中对原始信号变化趋势的判断示意图；
图3为本发明第二实施例提供的一种滤波装置的模块图；
图4示出了一种可应用于本申请实施例中的电子设备的结构框图。
图标：100-滤波装置；110-采集信号值获取模块；120-原始信号值获取模块；130-趋势判断模块；140-修正模块；200-电子设备；201-存储器；202-存储控制器；203-处理器；204-外设接口；205-输入输出单元；206-音频单元；207-显示单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
经本申请人研究发现，在许多机械设备的控制系统中，发现使用常规的数字滤波算法通常并不能达到设备控制对温度检测的要求。究其原因是因为许多机械设备的体积大，温度传感器的安装位置与控制器离得较远，所以连接线很长，并且基于成本的原因连接线没有增加屏蔽措施，因此容易受到外界的干扰。另外大型机械设备所使用的环境通常都是环境比较复杂，通常其附近都有变频器、大型变压器、其他大型机械装置等，因此干扰特别严重。这也造成了常规数字算法的不适用的结果。解决这个难题的方法有很多种，从硬件方面着手，可以通过增加硬件滤波器、使用屏蔽线连接温度传感器、甚至是将ad单元放到温度传感器附近，然后通过数字量传输到主控制器等；而从软件方面，则可以将简单的数字滤波改为复杂类型的数字滤波，如iir、fir等滤波算法。但是显然，前者将必然导致成本的增加，同时还需要重新布板，布线等，工序复杂且实施周期长；而要实现后者，对于普通的8位单片机来说显得负担太重，这显然不符合单片机数字滤波方法的选择原则。反观现有的单片机常规数字滤波算法，虽然单片机的逻辑运算功能强，但算术运算能力较差，同时数据的处理受到运算字长的限制，另外单片机的主频和存储空间也非常有限，且大多现有数字滤波算法存在运算复杂、运算时间长、资源需求量大以及采样周期长，反应不灵敏等缺点。为了解决上述问题，本发明第一实施例提供了一种滤波方法，所述滤波方法从原始信号对干扰信号的影响的角度来分析采集到的合成信号，从而构建一种通过计算概率获得原始信号的变化趋势，根据前一个信号得到当前原始信号值。请参考图1，图1为本发明第一实施例提供的一种滤波方法的流程图。所述滤波方法的具体步骤如下：
步骤s10：获取第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值。
步骤s20：获取第i-m-1时刻的原始信号值。
步骤s30：基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，获取原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势、下降趋势或保持不变状态的判断结果。
步骤s40：基于与所述上升趋势、所述下降趋势和所述持不变状态对应的变化估计方程对第i时刻的采集信号值进行修正，从而获得滤波后的第i时刻的原始信号值。
对于步骤s10：获取第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值。应当理解的是，所述采集信号指的是被噪声等干扰信号影响后与原始信号叠加后的信号。其中，在需要估算第i时刻的原始信号值时，传统方式中进行窗口选取时一般会选择[i,i+n]作为窗口，此种设置中因为选择进行比较的采集信号值均在第i时刻后，会使后续估算第i时刻的原始信号值时存在迟滞，因此本实施例将窗口限定为[i-m,i-m+n]，引入在第i时刻之前的采集信号值，加入长度为m的偏移量，有效地解决了迟滞问题。
对于步骤s20，即：获取第i-1时刻的原始信号值。其中，所述原始信号值取自原始信号，所述原始信号是未被噪声等干扰信号影响的信号，即为本实施例通过滤波算法试图还原得到的信号。同时，在第i-1时刻为起始时刻，没有对应的通过滤波方法获得的原始信号值时，为了使原始信号值的估算更加准备，将获取第i-1时刻的采集信号值作为第i-1时刻的原始信号值，其具体判断和步骤为：判断第i-1时刻是否为起始时刻；在为是时，获取第i-1时刻的采集信号值作为第i-1时刻的原始信号值；在为否时，以第p个采集信号值作为初始化默认值对前i-1个信号进行初始化，获取所述第i-1时刻的初始化原始信号值作为第i-1时刻的原始信号值。
按照本实施例提供的滤波方法，接下来应该执行步骤s30，即：基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，获取原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势、下降趋势或保持不变状态的判断结果。具体地，基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，分别判断第i-m时刻至第i-m+n时刻的每个采集信号值与第i-1时刻的原始信号值的大小关系；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值大于第i-1时刻的原始信号值的概率大于预设概率阈值时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值小于第i-1时刻的原始信号值的概率大于预设概率阈值时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈下降趋势；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值与第i-1时刻的原始信号值的大小关系为其他情况时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈保持不变状态。上述判断请参考图2，图2为本发明第一实施例中对原始信号变化趋势的判断示意图。
可选地，上述概率计算还可以选用技术累积的方式来代替概率的统计。例如，假设c＝0，n＝10，pmax＝0.8，
对于步骤s40：基于与所述上升趋势、所述下降趋势和所述持不变状态对应的变化估计方程对第i时刻的采集信号值进行修正，从而获得滤波后的第i时刻的原始信号值。本步骤具体包括：基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的所述采集信号值，根据原始信号估算方程
本发明第一实施例提供的滤波方法，基于分析原始信号对干扰信号的影响的角度，通过比较采集信号值和前一时间的原始信号值的大小关系判断当前区间内原始信号的变化趋势，然后利用比较和简单加减运算获得当前时间原始信号值，使整个滤波过程中运算速度更迅速、占用运算资源更少。
第二实施例
为了配合第一实施例提供的滤波方法，更好地进行滤波，达到相应的滤波速度和精确度，本发明第二实施例提供了一种滤波装置100。
请参考图3，图3为本发明第二实施例提供的一种滤波装置的模块图。
滤波装置100包括采集信号值获取模块110、原始信号值获取模块120、趋势判断模块130和修正模块140。
采集信号值获取模块110，用于获取第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值。
原始信号值获取模块120，用于获取第i-m-1时刻的原始信号值。
可选地，原始信号值获取模块120包括起始判断单元和原始信号值确定单元。所述起始判断单元用于判断第i-1时刻是否为起始时刻。所述原始信号值确定单元用于在第i-1时刻是起始时刻时，获取第i-1时刻的采集信号值作为第i-1时刻的原始信号值；还用于在第i-1时刻不是起始时刻时，获取预先通过所述滤波方法获取的第i-1时刻的原始信号值。
趋势判断模块130，用于基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，获取原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势、下降趋势或保持不变状态的判断结果。
其中，趋势判断模块130包括比较单元和趋势确定单元。所述比较单元用于基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值和第i-1时刻的原始信号值，分别判断第i-m时刻至第i-m+n时刻的每个采集信号值与第i-1时刻的原始信号值的大小关系。所述趋势确定单元用于在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值大于第i-1时刻的原始信号值的概率大于预设概率阈值时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈上升趋势；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值小于第i-1时刻的原始信号值的概率大于预设概率阈值时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈下降趋势；在第i-m时刻至第i-m+n时刻的采集信号值与第i-1时刻的原始信号值的大小关系为其他情况时，确定原始信号在第i-m时刻至第i-m+n时刻内呈保持不变状态。
修正模块140，用于基于与所述上升趋势、所述下降趋势和所述持不变状态对应的变化估计方程对第i时刻的采集信号值进行修正，从而获得滤波后的第i时刻的原始信号值。
对于修正模块140，其包括原始信号估算单元，所述原始信号估算单元用于基于第i-m时刻至第i-m+n时刻的所述采集信号值，根据原始信号估算方程
进一步地，滤波装置100还可以设置有用于基于精确度需求，设置窗口大小n(n＝2*n)以及预设概率阈值pmax的数值的预设模块。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。
第三实施例
请参照图4，图4示出了一种可应用于本申请实施例中的电子设备的结构框图。电子设备200可以包括滤波装置100、存储器201、存储控制器202、处理器203、外设接口204、输入输出单元205、音频单元206、显示单元207。
所述存储器201、存储控制器202、处理器203、外设接口204、输入输出单元205、音频单元206、显示单元207各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述滤波装置100包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器201中或固化在滤波装置100的操作系统(operatingsystem，os)中的软件功能模块。所述处理器203用于执行存储器201中存储的可执行模块，例如滤波装置100包括的软件功能模块或计算机程序。
其中，存储器201可以是，但不限于，随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，只读存储器(readonlymemory，rom)，可编程只读存储器(programmableread-onlymemory，prom)，可擦除只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)，电可擦除只读存储器(electricerasableprogrammableread-onlymemory，eeprom)等。其中，存储器201用于存储程序，所述处理器203在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器203中，或者由处理器203实现。
处理器203可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器203可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器203也可以是任何常规的处理器等。
所述外设接口204将各种输入/输出装置耦合至处理器203以及存储器201。在一些实施例中，外设接口204，处理器203以及存储控制器202可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
输入输出单元205用于提供给用户输入数据实现用户与所述服务器(或本地终端)的交互。所述输入输出单元205可以是，但不限于，鼠标和键盘等设备。
音频单元206向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。
显示单元207在所述电子设备200与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元207可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器203进行计算和处理。
可以理解，图4所示的结构仅为示意，所述电子设备200还可包括比图4中所示更多或者更少的组件，或者具有与图4所示不同的配置。图4中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。
综上所述，本发明提供了一种滤波方法、装置及存储介质，所述滤波方法基于分析原始信号对干扰信号的影响的角度，通过比较采集信号值和前一时间的原始信号值的大小关系判断当前区间内原始信号的变化趋势，然后利用比较和简单加减运算获得当前时间原始信号值，使整个滤波过程中运算速度更快、占用运算资源更少。可选地，选来用于比较的原始信号值的对应时刻为起始时刻时，则将该起始时刻的采集信号值作为用于比较的原始信号值，简化了运算步骤，同时保证了所述滤波方法的精确度。进一步地，所述滤波方法在选择进行大小比较的窗口时，还设置了窗口偏移量，有效地降低了迟滞问题。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。