专利名称：一种简化的具有负系数的加权重复伪中值滤波方法
技术领域：
本发明涉及一种简化的具有负系数的加权重复伪中值滤波方法。
背景技术：
中值滤波是一类非常简单实用的非线性滤波方法，不仅能够去除或减少随机噪声 和脉冲干扰，还能有效地保留信号的边缘变化信息。当前中值滤波的改进方法都主要是针 对二维图像信号处理。对于像振动信号、生物医学信号、语音信号等需要满足一定实时性要 求的非图像信号处理，因为它们对中值滤波这样的非线性滤波技术还存在更多的性能(如 频带、速度、功耗)要求而与对图像信号的处理要求明显不同，特别是对诸如无线传感器网 络(WSN)这类硬件资源(如处理能力、存储能力和电能供给等)受限的低功耗微控制器进 行在线信号处理的情况。数字滤波是WSN等监测装置进行信息检测和信息处理的必需环 节，受节点资源限制，用于WSN节点这类装置进行数据处理的滤波方法应该在算法简单、快 速有效基础上具备低功耗特点，以符合硬件资源受限节点高效在线处理数据的要求。在现 有数字滤波方法中，FIR虽具有良好的选频特性，但其计算相对复杂，含实数乘运算，且不具 有中值滤波所具有的抑制脉动、边沿保持等性能优点。标准的中值滤波器虽算法简单，但不 具有选频特性。即使是通过采用负系数加权处理改进的中值和伪中值滤波方法，其选频性 能还是存在明显的欠缺。其他一些性能相对好的方法却又计算复杂、不适于在WSN节点等 所采用的这类低端硬件平台上应用。而专门针对WSN节点等低端硬件平台进行信号处理的 普适性滤波方法还很缺乏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种简化的具有负系数的加权重复伪中值滤 波方法，该方法具有带通、高通等特性，同时又只需对信号作时域处理且能快速滤波计算。本发明的技术解决方案如下一种简化的具有负系数的加权重复伪中值滤波方法，其特征在于，包括下列步骤 a)以具有带通或高通频率响应的同阶次FIR滤波器的系数h= O^h2,...hn)为参考，将h 的各元素分解为符号项Signi和绝对值项IhiI,并将由各元素的绝对值构成的|h| = (|hj, Ih2I,..., IhJ)作为相应的滤波器样本选择概率即SSI^s的目标值P= (Pl, P2,..., Pn)；b)在整数范围A内，寻找到一组权系数，使该组权系数相应的SSI^s系数与目标 SSI^s系数P之间的均方误差最小或小于一个阈值δ，该组权系数即为输出权系数ω ；c)依据斜率权系数的优化选择方式，由负系数的加权重复伪中值滤波器的宽度N 设计其斜率权系数3 =(场，而K ωη)；d)将输出权系数ω = (ωι，ω2Κωη)分解为符号项sign = (Sign1, sign2,…， signn)和绝对值项(| ω I = I J, ω2|κ| ωη |)，对滤波窗口内的采样数据χ = (χι,χ2,...,
χη)按调整规则进行数据的正、负极性调整处理，得到极性调整后的结果y = (y1 y2，...， yn)；
e)基于斜率权系数3，按重复中值滤波算法，通过窗口内数据任意两点之间的斜 率信息计算窗口内数据的整体斜率β ；整体斜率β按下式计算
权利要求
1. 一种简化的具有负系数的加权重复伪中值滤波方法，其特征在于，包括下列步骤a)以具有带通或高通频率响应的同阶次HR滤波器的系数h=Qvh2,...!^)为参考， 将h的各元素分解为符号项Signi和绝对值项IhiI,并将由各元素的绝对值构成的|h| = (|hj, Ih2I,..., IhJ)作为相应的滤波器样本选择概率即SSI^s的目标值P= (Pl, P2,...,Pn)；b)在整数范围A内，寻找到一组权系数，使该组权系数相应的SSI^s系数与目标SSI^s系 数P之间的均方误差最小或小于一个阈值I该组权系数即为输出权系数ω ；c)依据斜率权系数的优化选择方式，由负系数的加权重复伪中值滤波器的宽度N设计 其斜率权系数3 =(ω ω2Κ η)；d)将输出权系数ω= (ωι，ω2Κωη)分解为符号项sign = (Sign1, sign2，…，signn) 和绝对值项(|ω| = ω」，|ω2|κ|ωη|)，对滤波窗口内的采样数据χ= (Xl, x2, . . . , χη)按 调整规则进行数据的正、负极性调整处理，得到极性调整后的结果y = (yi; y2，...，yn)；e)基于斜率权系数3，按重复中值滤波算法，通过窗口内数据任意两点之间的斜率信 息计算窗口内数据的整体斜率β；整体斜率β按下式计算
2.根据权利要求1所述的简化的具有负系数的加权重复伪中值滤波方法，其特征在于，斜率的放大倍数K根据窗口宽度按K = 2f+1选取，其中，F为N除以4后再取整的结果； 除运算的集中延后处理方法为在求取整体斜率β所进行的伪中值的重复计算过程中，先不做平均运算，而是将最后 得到的结果进行两次除2运算，即可还原出真实的整体斜率β ；对参与整体斜率β计算的位置上的数据进行处理时，仅选取与之距离2m(m =Lm = 2，...)个位置的点进行差值计算，即按如下规则计算出差值当外类 0、邺类 0 时，令 Aji = Aij = (yi-yj)，其中 j = 1,2, ... , N，|i-j| =21,...,2m ；相加规则为按β倍数从低到高进行计算，高倍数的β倍乘运算转化为2个已知结果 的低倍数β的加运算；对称性规则为进行β倍乘运算时，只需对位于窗口中心左侧或右侧的一半数据进行 运算，另一半数据为已计算数据的相反数。
全文摘要
本发明公开了一种简化的具有负系数的加权重复伪中值滤波方法，该方法以逼近同阶次FIR滤波器的频率响应特性为目标，运用MALLOWS综合方法，为滤波窗口数据的加权伪中值计算设计含负数的加权系数，并按此加权系数调整窗口数据；同时，基于为该滤波器所设计的一组特殊结构的斜率计算加权系数，重复利用加权伪中值计算窗口数据的整体斜率，并按此斜率对窗口数据作线性变换；最后利用伪中值加权系数对已变换数据作加权计算，得到加权重复伪中值滤波输出值。该方法实现了比现有负系数加权中值或伪中值滤波方法更好的频率选择特性，为适应无线传感器等资源有限系统的低功耗要求，简化了算法中的运算。
文档编号H03H17/02GK102064796SQ201010544350
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者刘少强, 李勇周, 樊晓平, 洪丹龙, 谭宗凯, 陈磊 申请人:中南大学