DigitalFilter.h

/*
 * Copyright (c) 2015 Pavel Vainerman.
 *
 * This program is free software: you can redistribute it and/or modify
 * it under the terms of the GNU Lesser General Public License as
 * published by the Free Software Foundation, version 2.1.
 *
 * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
 * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the GNU
 * Lesser General Lesser Public License for more details.
 *
 * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
 * along with this program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 */
//--------------------------------------------------------------------------
// Реализация различных цифровых фильтров
//--------------------------------------------------------------------------
#ifndef DigitalFilter_H_
#define DigitalFilter_H_
//--------------------------------------------------------------------------
#include <deque>
#include <vector>
#include <ostream>
#include "PassiveTimer.h"
//--------------------------------------------------------------------------
namespace uniset
{
    //--------------------------------------------------------------------------
    class DigitalFilter
    {
        public:
            DigitalFilter ( unsigned int bufsize = 5, double T = 0, double lsq = 0.2,
                            int iir_thr = 10000, double iir_coeff_prev = 0.5,
                            double iir_coeff_new = 0.5 );
            ~DigitalFilter ();
 
            // T <=0 - отключить вторую ступень фильтра
            void setSettings( unsigned int bufsize, double T, double lsq,
                              int iir_thr, double iir_coeff_prev, double iir_coeff_new );
 
            // Усреднение с учётом СКОС
            // На вход подается новое значение
            // возвращается фильтрованное с учётом
            // предыдущих значений...
            int filter1( int newValue );
 
            // RC-фильтр
            int filterRC( int newVal );
 
            // медианный фильтр
            int median( int newval );
 
            // адаптивный фильтр по схеме наименьших квадратов
            int leastsqr( int newval );
 
            // рекурсивный фильтр
            int filterIIR( int newval );
 
            // получить текущее фильтрованное значение
            int current1();
            int currentRC();
            int currentMedian();
            int currentLS();
            int currentIIR();
 
            // просто добавить очередное значение
            void add( int newValue );
 
            void init( int val );
 
            // void init( list<int>& data );
 
            inline int size()
            {
                return buf.size();
            }
 
            inline double middle()
            {
                return M;
            }
            inline double sko()
            {
                return S;
            }
 
            friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const DigitalFilter& d);
            friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const DigitalFilter* d);
 
        private:
 
            // Первая ступень фильтра
            double firstLevel();
            // Вторая ступень фильтра, математическая реализация RC фильтра
            double secondLevel( double val );
 
            double Ti;       // Постоянная времени для апериодического звена в миллисекундах
            double val;      // Текущее значение второй ступени фильтра
            double M;        // Среднее арифметическое
            double S;        // Среднеквадратичное отклонение
            PassiveTimer tmr;
 
            typedef std::deque<int> FIFOBuffer;
            FIFOBuffer buf;
            unsigned int maxsize;
 
            typedef std::vector<int> MedianVector;
            MedianVector mvec;
            bool mvec_sorted; // флаг, что mvec отсортирован (заполнен)
 
            typedef std::vector<double> Coeff;
            Coeff w;        // Вектор коэффициентов для filterIIR
 
            double lsparam; // Параметр для filterIIR
            double ls;      // Последнее значение, возвращённое filterIIR
 
            int thr;        // Порог для изменений, обрабатываемых рекурсивным фильтром
            int prev;       // Последнее значение, возвращённое рекурсивным фильтром
 
            // Коэффициенты для рекурсивного фильтра
            double coeff_prev;
            double coeff_new;
    };
    // -------------------------------------------------------------------------
} // end of namespace uniset
//--------------------------------------------------------------------------
#endif // DigitalFilter_H_
//--------------------------------------------------------------------------