使用投票法的信号处理方法及模数转换系统与流程

本发明是指一种信号处理方法及模数转换系统技术领域，尤指一种使用投票法的信号处理方法及模数转换系统。

背景技术：

模数转换器(analog-to-digitalconverter，adc)广泛地应用于微控制器领域，例如嵌入式控制系统。业界通常使用信号处理器来降低噪声对输入信号的影响，例如常见的信号处理方法有平均法(average或mean)、中位数法(median)、指数加权移动平均法(exponentialweightedmovingaverage，ewma)等。

申请人注意到上述信号处理方法存有不同缺陷，仍有待改进。例如，由于平均法是将一取样区间内所有取样值的大小取平均值而作为输出值，因此输出值会受噪声的大小影响，尤其是噪声与输入信号的落差越大，则影响越大。中位数法是将取样区间内所有取样值进行大小排序后，取中位数来作为输出值，因此需花时间等排序结果，导致反应延迟时间(latency)较长。

指数加权移动平均法(简称ewma)是将个别取样值以指数式递减加权后再取平均值，取样值的加权随时间而指数式递减，越近期的加权越大，但较旧的取样值也给予一定的加权。然而，在输入信号改变信号准位时，加权计算反而会导致反应延迟时间延长。

图1为有无使用ewma的转换数值比较图，其中空心点表示模数转换器输出的数字转换值，实心点表示使用指数加权移动平均法的数字转换值，而每一点于一周期产生，且每一周期表示一单位时间区间。于图1中，假设一加权指数为0.9，且在第5个周期时，数字信号数值从“0”转为“1500”(例如，一压力传感器在第5个周期感应到一压力而改变模拟信号，进而改变对应数字信号数值)。观察图1可知，从第5个周期数字信号数值发生变化开始，使用ewma的转换数值中，直到第41个周期才逼近到正确的数值“1500”。对于某些要求实时反应的嵌入式控制系统而言，过长的反应延迟时间是无法容忍的。

因此，如何改善现有模数转换器的信号处理器的缺陷，以兼顾处理噪声需求并尽可能缩短反应延迟时间，实乃本领域的重要课题。

技术实现要素：

本发明的主要目的即在于提供一种使用投票法的信号处理方法，用以兼顾信号处理需求并尽可能缩短反应延迟时间。

本发明揭露一种信号处理方法，用于处理一模数转换器输出的一数字信号，包含：

判断该数字信号的一取样空间中，多个取样值的每一者对应的一选项区间，其中该选项区间为多个选项区间中的一者；

计算该多个选项区间的每一者对应的取样值数量，以判断一代表选项区间；以及

根据该代表选项区间对应的取样值数量及数值，计算该取样空间的一代表值。

本发明揭露一种模数转换系统，包含：

一模数转换器，用来将一模拟信号转换为一数字信号；以及

一信号处理器，耦接于该模数转换器，用来对该数字信号进行一信号处理流程，产生一代表值。该信号处理流程包含：

判断该数字信号的一取样空间中，多个取样值的每一者对应的一选项区间，其中该选项区间为多个选项区间中的一者；

计算该多个选项区间的每一者对应的取样值数量，以判断一代表选项区间；以及

根据该代表选项区间对应的取样值数量及数值，计算该取样空间的该代表值。

本发明中，针对一取样空间中的多个取样值，使用投票法来判断包含最多取样值的代表选项区间，再根据属于代表选项区间的多个取样值的数值及数量来计算该取样空间的代表值，如此可排除非代表选项区间内的取样值，以避免影响代表值的计算结果，也可避免过长的反应延迟时间。

附图说明

图1为现有技术中使用指数加权移动平均法的转换曲线图；

图2为本发明实施例提供的一种模数转换系统的功能方块图；

图3为本发明实施例提供的一种信号处理方法的流程图；

符号说明：

模数转换系统2

模数转换器20

信号处理器22

选项列表220

计算单元222

流程3

步骤300、301、302

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明实施例一模数转换系统2的功能方块图。模数转换系统2可用于一嵌入式微控制系统，用来将一模拟输入信号转换为一数字输出信号。模数转换系统2包含一模数转换器20以及一信号处理器22，其中信号处理器22包含一选项列表(candidatelist)220以及一计算单元222。

模数转换器20耦接于信号处理器22，用来将模拟输入信号转换为数字数值，让信号处理器22对在取样区间内的一组取样值(例如m个取样值)进行信号处理，以产生该组取样值对应的一代表值，以作为数字输出信号。选项列表220用来储存多个选项区间(例如n个选项区)及其对应的取样值。计算单元222耦接于选项列表220，用来判断一取样值对应的一选项区间，以及统计每一选项区间分别对应的取样值的数量，以进行投票并统计各选项区间获得的票数。换个角度而言，信号处理器22可根据取样值的大小进行分类，并统计每个类别包含的取样值数量，以选出数量最大的类别来作为代表类别。

信号处理器22可进行一信号处理流程3，以计算一组取样区间内对应的一代表值，如图3所示，信号处理流程3包含以下步骤。

步骤300：分别判断一取样空间的多个取样值的每一者对应的一选项区间。

步骤301：统计每一选项区间分别对应的取样值的数量，以判断一代表选项区间。

步骤302：根据代表选项区间对应的取样值的数量及数值，计算一代表值。

举例来说，假设模数转换器20可输出12位表示的数字转换信号，则共可表示4096种数值，若以100个数值为单位，则选项列表220可包含41个选项区间0～99、100～199、…、3900～3999、4000～4095(即，n＝41)。假设取样数为10(即，m＝10)，且模数转换器20输出一组取样值“4、17、14、17、5、7、9、3、1500、15”到信号处理器22，则信号处理器22的计算单元222可对该组取样值进行投票(步骤300)，并统计各选项区间获得的票数(步骤301)。如下表格1说明选项列表220储存的投票结果。

由表格1可知，属于选项区间0～99的取样值共有9个，而属于选项区间1500～1599的取样值有1个，因此可判断选项区间0～99对应的取样值数量大于选项区间1500～1599的取样值数量，进而判断代表选项区间为0～99(步骤301)。于一实施例中，若有两个选项区间的取样值数量相等且大于其他选项区间的取样值数量，则判断该两个选项区间皆为代表选项区间。

于本实施例中，信号处理器22对属于代表选项区间0～99的所有取样值进行平均计算(步骤302)，以计算该组取样值对应的代表值，即(4+17+14+17+5+7+9+3+15)/9＝91/9＝10.1，但不限于此。

换言之，本发明实施例使用投票法来判断多数取样值对应的代表选项区间，可排除非代表选项区间内的取样值，以避免影响代表值的计算结果。因此，当输入模拟信号含有跟主要信号差异较大的噪声时，透过投票或分类的方式，可直接排除差异较大的噪声，以避免传统平均法的计算误差。在数学理论中，对n个数值进行排序的最佳时间复杂度可用函数bigo(nlogn)表示，而对n个数值进行投票的最佳时间复杂度可用函数bigo(n)表示，因此本发明实施例的反应延迟时间短于传统中位数法的反应延迟时间。

此外，由于本发明实施例采用得到最多票数的代表选项区间来计算代表值(即，代表选项区间对应的取样值数量大于其他选项区间对应的取样值数量)，因此当输入信号准位发生变化时，以图1的输入信号准位从数值“0”改为数值“1500”的情况为例，由于第1～4个取样周期得到的取样值为四个“0”，第5～9个取样周期得到的取样值为五个“1500”而占多数，因此本发明实施例的信号处理器22最短可在第9个取样周期时计算正确的代表值。可见，相较于传统加权移动平均法直到第41个周期才逼近到正确的数值“1500”，本发明实施例的反应延迟时间较短。

需注意的是，本领域具通常知识者根据实际应用需求，对本发明进行修饰、变化，而不限于上述实施例。例如，设计者可视情况来设定取样值的数量m以及权重、选项区间的数量n及范围、取样周期时间等。除了使用平均法来计算代表值，设计者可使用任何已知的做法来计算代表值，例如从代表选项区间中随机选择一取样值来作为代表值，以加速代表值的产出。

综上所述，针对一取样空间中的多个取样值，本发明使用投票法来判断包含最多取样值的代表选项区间，再根据属于代表选项区间的多个取样值的数值及数量来计算该取样空间的代表值，如此可排除非代表选项区间内的取样值，以避免影响代表值的计算结果，也可避免过长的反应延迟时间。

以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做之均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。