Bewegende Gemiddelde Gaussiese Venster

Bewegende gemiddelde Dit knoop word bereken dat die bewegende gemiddelde van 'n kolom. Die bewegende gemiddelde waardes vertoon in 'n nuwe kolom aangeheg aan die einde van die tafel of (indien gekies) vervang die oorspronklike kolomme. Vir al venster gebaseerde metodes (Terugwaartse / Sentrum / Stuur eenvoudig / Gaussiese, Harmoniese Mean) die selle wat nie 'n volledige venster (aan die begin en die einde van die tabel) het nie gevul is met ontbrekende waardes. Dialog Options kolomme met Double Waardes Kies die insette kolom bevat dubbel waardes waarop die bewegende gemiddelde uit te voer. Venster Duur Die aantal monsters in die bewegende gemiddelde venster te sluit. Dit het tot 'n onewe getal wees as 'n sentrum-gebaseerde metode is gekies. Minimum waarde: 3 monsters. Maksimum Waarde: Tyd Reeks lengte. Verwyder oorspronklike kolomme Indien gekies die oorspronklike kolomme vervang met die bewegende gemiddelde kolomme. Tipe bewegende gemiddelde bewegende gemiddelde toegepas kan word met verskillende metodes. Hier is die gebruik van formules vir elke soort, waar VN is die waarde in die n-de ry van die datatabel in die geselekteerde kolom en k is die venster grootte. Agteruit eenvoudige Center eenvoudige Stuur eenvoudig agteruit Gaussiese Center Gaussiese Stuur Gaussiese Harmoniese Mean Center Die harmoniese gemiddelde kan slegs gebruik word vir streng positiewe waardes. Kumulatiewe eenvoudige Eenvoudige eksponensiële Double eksponensiële Drie eksponensiële Ou Eksponensiële Bylae: Gauss Vir die Gaussiese geweegde bewegende gemiddelde die individuele waardes word geweeg gebaseer op die posisie in die venster. en die gewig: Bylae: Eksponensiële PortsVariations op die bewegende gemiddelde Die bewegende gemiddelde filter is min of meer ideaal vir glad data in die teenwoordigheid van geraas, indien die nuttige inligting in jou data is heeltemal in die tydgebied. In daardie geval, moenie jy omgee sy eerder swak prestasie in die frekwensiedomein. Figuur 1 toon die impuls, stap, en frekwensieweergawes van die basiese bewegende gemiddelde filter (met drie ekstra monsters aan beide kante wat nie deel van die impuls en stap antwoorde, vir duidelikheid). Soms, egter, het jy om te werk met data waarvoor beide domeine is belangrik. Vir sulke gevalle, is daar geweegde weergawes van die bewegende gemiddelde wat min of meer gelykstaande is in die tydgebied, maar dat daar nog baie beter prestasie in die frekwensiedomein het. Herhaal bewegende gemiddelde Die eerste ding wat jy kan doen om die frekwensieweergawe van die bewegende-gemiddelde te verbeter, is om dit 'n paar keer toe te pas. Na twee herhalings, dit neerkom op 'n driehoekige gewig van die koëffisiënte (Figuur 2). Sedert die toepassing van dieselfde filter twee keer verdubbel die uitwerking daarvan, die eerste kant lob van die frekwensieweergawe is net die helfte so hoog soos die een van figuur 1. Die rede vir die driehoekige vorm is dat die bewegende gemiddelde is 'n konvolusie met 'n vierkantige pols. Die toepassing van dit twee keer veroorsaak 'n konvolusie van hierdie reghoekige puls met homself, wat lei tot 'n driehoekige venster vir die gekombineerde filter. Let daarop dat Ive geneem dieselfde filter lengte in Figuur 2 soos in Figuur 1 en sodoende die eerste nul van die frekwensieweergawe verskuif. 'N Ware konvolusie van die oorspronklike reghoekige filter gevolg sou gehad het 'n langer filter en sou die nulle in presies dieselfde plek gehou, natuurlik. As die bewegende gemiddelde filter verskeie kere herhaal word, die koëffisiënte konvergeer na 'n Gaussiese venster (Figuur 3) as gevolg van die sentrale limietstelling. Natuurlik, 'n werklike Gaussiese strek oneindig in albei rigtings, so daar is geen ander opsie as om dit te sny van op 'n stadium (of dalk vermenigvuldig dit met 'n tweede venster). Daarbenewens het die standaardafwyking van die Gaussiese moet gekies word. Vir hierdie illustrasie (en vir die implementering van die Filter Designer), ek het die standaard instellings van MATLAB aangeneem. In die praktyk, kan jy dalk te eenvoudig herhaaldelik toe te pas die bewegende gemiddelde plaas van die toepassing van 'n Gaussiese venster. Wanneer rekursief geïmplementeer, die bewegende gemiddelde is baie effektief. terwyl die Gaussiese venster moet geïmplementeer word deur konvolusie. Blackman Venster Nog 'n moontlikheid is om een ​​van die klassieke venster funksies wat gebruik word vir 'n klein venster-sed filters haal, en gebruik dit as 'n filter kern (sien die uitstekende Wikipedia bladsy op venster funksies). As 'n voorbeeld, Ive opgetel die Blackman venster (Figuur 4). Dit verbeter die stop-orkes verswakking nog verder, terwyl hy nog 'n gladde tyddomein reaksie sonder enige lui of oorskiet wys. Ten slotte, as jy nodig het om data te stryk, maar 'n beter frekwensie prestasie nodig as die basiese bewegende gemiddelde te bied, 'n paar alternatiewe beskikbaar. Filterontwerp Tool Hierdie artikel word aangevul met 'n Filter Ontwerp instrument. Eksperimenteer met die verskillende venster funksies en die lengte van die filter, en sien wat die effek op die frekwensieweergawe. Probeer dit nowThe Scientist en Ingenieurs Guide to Digital Signal Processing Deur Steven W. Smith, Ph. D. Hoofstuk 15: Moving Gemiddelde filters Familielede van die bewegende gemiddelde filter in 'n perfekte wêreld, sal filter ontwerpers net te doen het met die tyd domein of frekwensiegebied geënkodeerde inligting, maar nooit 'n mengsel van die twee in dieselfde sein. Ongelukkig is daar is 'n paar programme waar beide domeine is gelyktydig belangrik. Byvoorbeeld, televisie seine val in hierdie nare kategorie. Video inligting word geïnkripteer in die tydgebied, dit wil sê die vorm van die golfvorm ooreenstem met die patrone van helderheid in die beeld. Maar tydens die oordrag van die video sein behandel volgens die frekwensie samestelling, soos sy totale bandwydte, hoe die draer golwe vir klank amp kleur bygevoeg, uitskakeling amp herstel van die DC-komponent, ens As 'n voorbeeld, elektromagnetiese interferensie word die beste verstaan ​​word in die frekwensiegebied, selfs al is die seine inligting ingebou in die tydgebied. Byvoorbeeld, kan die temperatuur monitor in 'n wetenskaplike eksperiment word besmet is met 60 hertz van die kraglyne, 30 kHz uit 'n skakel kragbron, of 1320 kHz uit 'n plaaslike AM radiostasie. Familielede van die bewegende gemiddelde filter het 'n beter frekwensiedomein prestasie, en kan nuttig wees in hierdie gemengde domein aansoeke wees. Meervoudige pas bewegende gemiddelde filters behels verby die insetsein deur 'n bewegende gemiddelde filter twee of meer keer. Figuur 15-3a toon die algehele filter kern as gevolg van een, twee en vier passe. Twee passe is gelykstaande aan die gebruik van 'n driehoekige filter kern (n vierkantige filter kern gekonvuleerde met homself). Na vier of meer verby, die ekwivalent filter kern lyk soos 'n Gaussiese (onthou die sentrale limietstelling). Soos getoon in (b), verskeie passe produseer 'n s gevorm stap reaksie, in vergelyking met die reguit lyn van die enkele slaag. Die frekwensie response in (c) en (d) word gegee deur vergelyking. 15-2 met homself vermenigvuldig vir elke slaag. Dit wil sê, elke keer domein konvolusie resultate in 'n vermenigvuldiging van die frekwensie spektrum. Figuur 15-4 toon die frekwensieweergawe van twee ander familielede van die bewegende gemiddelde filter. Wanneer 'n suiwer Gaussiese word gebruik as 'n filter kern, die frekwensieweergawe is ook 'n Gaussiese, soos bespreek in Hoofstuk 11. Die Gaussiese is belangrik, want dit is die impulsrespons van baie natuurlike en mensgemaakte stelsels. Byvoorbeeld, sal 'n kort pols van lig wat 'n lang optiese vesel transmissielyn verlaat as 'n Gaussiese pols, te danke aan die verskillende paaie wat deur die fotone binne die vesel. Die Gaussiese filter kern is ook op groot skaal in beeldverwerking, want dit het 'n unieke eienskappe wat vinnig tweedimensionele convolutions (sien Hoofstuk 24) toelaat. Die tweede frekwensieweergawe in Fig. 15-4 ooreenstem met behulp van 'n Blackman venster as 'n filter kern. (Die venster term het geen betekenis hier is dit net deel van die aanvaarde naam van hierdie kurwe). Die presiese vorm van die venster Blackman word in Hoofstuk 16 (Vgl. 16-2, Fig. 16-2) maar dit lyk baie soos 'n Gaussiese. Hoe is hierdie familie van die bewegende gemiddelde filter beter as die bewegende gemiddelde filter self drie maniere: Eerstens, en belangrikste, hierdie filters het 'n beter stopband attenuasie as die bewegende gemiddelde filter. Tweedens, die filter pitte taps tot 'n kleiner amplitude naby die einde. Onthou dat elke punt in die uitsetsein is 'n geweegde som van 'n groep van die monsters van die insette. As die filter kern goewerneur, is monsters in die insetsein wat verder weg is gegee minder gewig as dié naby. Derde, die stap antwoorde is glad krommes, eerder as om die skielike reguit lyn van die bewegende gemiddelde. Hierdie laaste twee is gewoonlik van beperkte voordeel, maar jy aansoeke waar hulle is ware voordele kan vind. Die bewegende gemiddelde filter en sy familie is almal oor dieselfde op die vermindering van ewekansige geluid terwyl die handhawing van 'n skerp stap reaksie. Die dubbelsinnigheid lê in hoe die risetime van die stap reaksie is gemeet. As die risetime gemeet van 0 tot 100 van die stap, die bewegende gemiddelde filter is die beste wat jy kan doen, soos voorheen aangetoon. In vergelyking, meet die risetime 10-90 maak die venster Blackman beter as die bewegende gemiddelde filter. Die punt is, dit is net teoretiese gekibbel oorweeg hierdie filters gelyke in hierdie parameter. Die grootste verskil in hierdie filters is uitvoering spoed. Met behulp van 'n rekursiewe algoritme (volgende beskryf), sal die bewegende gemiddelde filter loop soos 'n weerligstraal in jou rekenaar. Trouens, dit is die vinnigste digitale filter beskikbaar. Veelvuldige passe van die bewegende gemiddelde sal dienooreenkomstig stadiger, maar nog steeds baie vinnig wees. In vergelyking, die Gaussiese en Blackman filters is tergend stadig, want hulle konvolusie moet gebruik. Dink 'n faktor van tien keer die aantal punte in die filter kern (wat gebaseer is op vermenigvuldiging word sowat 10 keer stadiger as toevoeging). Byvoorbeeld, verwag 'n 100 punt Gauss 1000 keer stadiger as 'n bewegende gemiddelde gebruik van recursion. Documentation tsmovavg uitset tsmovavg (tsobj, s, lag) gee terug Die eenvoudige bewegende gemiddeld vir finansiële tydreekse voorwerp, tsobj. lag dui die aantal vorige datapunte gebruik met die huidige data punt by die berekening van die bewegende gemiddelde. uitset tsmovavg (vektor, s, lag, dowwe) gee terug Die eenvoudige bewegende gemiddelde vir 'n vektor. lag dui die aantal vorige datapunte gebruik met die huidige data punt by die berekening van die bewegende gemiddelde. uitset tsmovavg (tsobj, e, timeperiod) gee terug Die eksponensiële geweegde bewegende gemiddelde vir finansiële tydreekse voorwerp, tsobj. Die eksponensiële bewegende gemiddelde is 'n geweegde bewegende gemiddelde, waar timeperiod spesifiseer die tydperk. Eksponensiële bewegende gemiddeldes te verminder die lag deur die toepassing van meer gewig aan onlangse pryse. Byvoorbeeld, 'n 10-tydperk eksponensiële bewegende gemiddelde gewigte die mees onlangse prys deur 18.18. Eksponensiële Persentasie 2 / (TIMEPER 1) of 2 / (WINDOWSIZE 1). uitset tsmovavg (vektor, e, timeperiod, dowwe) gee terug Die eksponensiële geweegde bewegende gemiddelde vir 'n vektor. Die eksponensiële bewegende gemiddelde is 'n geweegde bewegende gemiddelde, waar timeperiod spesifiseer die tydperk. Eksponensiële bewegende gemiddeldes te verminder die lag deur die toepassing van meer gewig aan onlangse pryse. Byvoorbeeld, 'n 10-tydperk eksponensiële bewegende gemiddelde gewigte die mees onlangse prys deur 18.18. (2 / (timeperiod 1)). uitset tsmovavg (tsobj, t, numperiod) gee terug Die driehoekige bewegende gemiddelde vir finansiële tydreekse voorwerp, tsobj. Die driehoekige bewegende gemiddelde dubbel glad die data. tsmovavg word bereken dat die eerste eenvoudige bewegende gemiddelde met venster breedte van oordek (numperiod 1) / 2. Dan bereken dit 'n tweede eenvoudige bewegende gemiddelde op die eerste bewegende gemiddelde met dieselfde venster grootte. uitset tsmovavg (vektor, t, numperiod, dowwe) gee terug Die driehoekige bewegende gemiddelde vir 'n vektor. Die driehoekige bewegende gemiddelde dubbel glad die data. tsmovavg word bereken dat die eerste eenvoudige bewegende gemiddelde met venster breedte van oordek (numperiod 1) / 2. Dan bereken dit 'n tweede eenvoudige bewegende gemiddelde op die eerste bewegende gemiddelde met dieselfde venster grootte. uitset tsmovavg (tsobj, w, gewigte) gee terug Die geweegde bewegende gemiddelde vir die finansiële tydreekse voorwerp, tsobj. deur die verskaffing van gewigte vir elke element in die bewegende venster. Die lengte van die gewig vektor bepaal die grootte van die venster. As groter gewig faktore word gebruik vir meer onlangse pryse en kleiner faktore vir vorige pryse, die neiging is meer ontvanklik vir onlangse wysigings. uitset tsmovavg (vektor, w, gewigte, dowwe) gee terug Die geweegde bewegende gemiddelde vir die vektor deur die verskaffing van gewigte vir elke element in die bewegende venster. Die lengte van die gewig vektor bepaal die grootte van die venster. As groter gewig faktore word gebruik vir meer onlangse pryse en kleiner faktore vir vorige pryse, die neiging is meer ontvanklik vir onlangse wysigings. uitset tsmovavg (tsobj, m, numperiod) gee terug Die gemodifiseerde bewegende gemiddelde vir die finansiële tydreekse voorwerp, tsobj. Die aangepaste bewegende gemiddelde is soortgelyk aan die eenvoudige bewegende gemiddelde. Oorweeg die argument numperiod die lag van die eenvoudige bewegende gemiddelde wees. Die eerste gewysigde bewegende gemiddelde bereken word soos 'n eenvoudige bewegende gemiddelde. Daaropvolgende waardes word bereken deur die toevoeging van die nuwe prys en trek die laaste gemiddelde van die gevolglike bedrag. uitset tsmovavg (vektor, m, numperiod, dowwe) gee terug Die gemodifiseerde bewegende gemiddelde vir die vektor. Die aangepaste bewegende gemiddelde is soortgelyk aan die eenvoudige bewegende gemiddelde. Oorweeg die argument numperiod die lag van die eenvoudige bewegende gemiddelde wees. Die eerste gewysigde bewegende gemiddelde bereken word soos 'n eenvoudige bewegende gemiddelde. Daaropvolgende waardes word bereken deur die toevoeging van die nuwe prys en trek die laaste gemiddelde van die gevolglike bedrag. dowwe 8212 dimensie te bedryf saam positiewe heelgetal met waarde 1 of 2 Dimension te bedryf saam, wat as 'n positiewe heelgetal met 'n waarde van 1 of 2. dowwe is 'n opsionele insette argument, en as dit nie gebruik word as 'n inset, die verstek waarde 2 word aanvaar. Die standaard van dowwe 2 dui op 'n ry-georiënteerde matriks, waar elke ry is 'n veranderlike en elke kolom is 'n waarneming. As dowwe 1. die insette is veronderstel om 'n kolomvektor of-kolom-georiënteerde matriks, waar elke kolom is 'n veranderlike en elke ry 'n waarneming wees. e 8212 aanwyser vir eksponensiële bewegende gemiddelde karakter vektor Eksponensiële bewegende gemiddelde is 'n geweegde bewegende gemiddelde, waar timeperiod is die tydperk van die eksponensiële bewegende gemiddelde. Eksponensiële bewegende gemiddeldes te verminder die lag deur die toepassing van meer gewig aan onlangse pryse. Byvoorbeeld, 'n tydperk van 10 eksponensiële bewegende gemiddelde gewigte die mees onlangse prys deur 18.18. Eksponensiële Persentasie 2 / (TIMEPER 1) of 2 / (WINDOWSIZE 1) timeperiod 8212 Lengte van tyd positiewe getal Kies Jou CountryMoving Gemiddelde Filter (MA filter) laai. Die bewegende gemiddelde filter is 'n eenvoudige Low Pass FIR (Eindige Impulse Response) filter wat algemeen gebruik word vir glad 'n verskeidenheid van monsters data / sein. Dit neem M monsters van insette op 'n tyd en neem die gemiddelde van die M-monsters en produseer 'n enkele uitset punt. Dit is 'n baie eenvoudige LPF (laaglaatfilter) struktuur wat handig te pas kom vir wetenskaplikes en ingenieurs om ongewenste lawaaierige komponent filter van die beoogde data. As die filter lengte toeneem (die parameter M) die gladheid van die uitset verhoog, terwyl die skerp oorgange in die data gemaak word toenemend stomp. Dit impliseer dat die filter het 'n uitstekende tyd domein reaksie, maar 'n swak frekwensieweergawe. Die MA filter voer drie belangrike funksies: 1) Dit neem M insette punte, bere die gemiddelde van die M-punte en produseer 'n enkele uitset punt 2) As gevolg van die berekening / berekeninge betrokke. die filter stel 'n definitiewe bedrag van die vertraging 3) Die filter dien as 'n laaglaatfilter (met 'n swak frekwensiedomein reaksie en 'n goeie tyd domein reaksie). Matlab Kode: Na aanleiding van Matlab kode simuleer die tydgebied reaksie van 'n M-punt bewegende gemiddelde filter en ook plotte die frekwensieweergawe vir verskeie filter lengtes. Tyd Domain Reaksie: Op die eerste plot, ons het die insette wat gaan in die bewegende gemiddelde filter. Die insette is raserig en ons doel is om die geraas te verminder. Die volgende figuur is die uitset reaksie van 'n 3-punt bewegende gemiddelde filter. Dit kan afgelei word uit die figuur dat die 3-punt bewegende gemiddelde filter nie veel in die filter van die geraas gedoen het. Ons verhoog die filter krane tot 51-punte en ons kan sien dat die geraas in die uitset baie, wat uitgebeeld word in die volgende figuur verminder. Ons verhoog die krane verder tot 101 en 501 en ons kan waarneem dat selfs-al die geraas is amper nul, die oorgange is drasties afgestomp uit (kyk na die helling op die weerskante van die sein en vergelyk kan word met die ideale baksteenmuur oorgang in ons insette). Frekwensie: Van die frekwensieweergawe dit kan beweer dat die roll-off is baie stadig en die stop orkes verswakking is nie goed nie. Gegewe hierdie stop-band attenuasie, duidelik, die bewegende gemiddelde filter kan nie een band van frekwensies van 'n ander te skei. Soos ons weet dat 'n goeie vertoning in die tydgebied resultate in 'n swak vertoning in die frekwensiedomein, en omgekeerd. In kort, die bewegende gemiddelde is 'n buitengewoon goeie glad filter (die aksie in die tydgebied), maar 'n besonder slegte laaglaatfilter (die aksie in die frekwensiedomein) Eksterne skakel: aanbevole boeke: Primêre Sidebar