FIR低通滤波器输入缓冲区为频率等于0的常数，输出缓冲区是否跟随输入？

Question

请教老师：

用MATLAB的FDATool设计一个FIR低通滤波器，Fs=4HZ，Fc=1.5HZ，Order=16，输入采样32个值恒定=1.那么滤波器输出是不是应该=1 ？

我用STM32的CMSIS库函数arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize), outputF32 + (i * blockSize), blockSize);

把输入缓冲区的数值全部为1，输出缓冲区数值却是随机的，这是为什么？

#define TEST_LENGTH_SAMPLES  16    /* 采样点数 */
#define BLOCK_SIZE           16    /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */
#define NUM_TAPS             15  //29   /* 滤波器系数个数 */


uint32_t blockSize = BLOCK_SIZE;
uint32_t numBlocks = TEST_LENGTH_SAMPLES/BLOCK_SIZE;            /* 需要调用arm_fir_f32的次数 */

static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */
static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */
static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存，大小numTaps + blockSize - 1*/


/* 低通滤波器系数 通过fadtool获取  FS=4HZ，FC=1.5HZ */
const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {
  -0.002572332276, 0.006660863757, -0.01139776595,1.279498026e-17,   0.0481939055,
    -0.1315901577,   0.2148257494,           0.75,   0.2148257494,  -0.1315901577,
     0.0481939055,1.279498026e-17, -0.01139776595, 0.006660863757,-0.002572332276
};

int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode;      /* 按键代码 */
    uint16_t i;


    for(i=0; i<16; i++)
    {
            testInput_f32_50Hz_200Hz[i] = 1.0;
    }


while (1)
    {

            arm_fir_f32_lp();    //27ms执行周期


    for(i=0; i<16; i++)
    {

    y=testOutput[i];

    //   timeDly(1000);

    }





    }


}

static void arm_fir_f32_lp(void)
{
    uint32_t i;
    arm_fir_instance_f32 S;
    float32_t  *inputF32, *outputF32;

    /* 初始化输入输出缓存指针 */
    inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
    outputF32 = &testOutput[0];

    /* 初始化结构体S */
    arm_fir_init_f32(&S, NUM_TAPS, (float32_t *)&firCoeffs32LP[0], &firStateF32[0], blockSize);

    /* 实现FIR滤波 */
//  for(i=0; i < numBlocks; i++)
    //{
    i=0;    
    arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize), outputF32 + (i * blockSize), blockSize);
//  }


    }
}

Answer 1

以下回答参考 皆我百晓生、券券喵儿 等免费微信小程序相关内容作答，并由本人整理回复。

在你的代码中，你使用了arm_fir_f32函数来实现FIR滤波。这个函数的主要目的是计算FIR滤波器的输出，并将其存储在一个数组中。

在这个例子中，你设置了一个循环，每次迭代都计算并存储FIR滤波器的输出。然而，当你需要将这些输出结果用于后续操作时，例如绘制图像或进行进一步的分析，你应该确保这些输出是连续的。这意味着在FIR滤波器输出被存储后，你应当更新输出缓冲区，以便它们能够保持与输入相同的格式和大小。

此外，在你的main()函数中，你没有正确地更新输出缓冲区。你应该在FIR滤波器的输出被存储后立即更新输出缓冲区，而不是等到整个过程结束后才这样做。

因此，为了使你的代码正常工作并且得到正确的结果，你需要修改你的main()函数以确保输出缓冲区总是包含与输入相同的数据量，并且在FIR滤波器输出被存储后立即更新它。

以下是修改后的代码：

#include "stm32f4xx_hal.h"

#define TEST_LENGTH_SAMPLES  16    /* 采样点数 */
#define BLOCK_SIZE           16    /* 调用一次arm_fir_f32处理的采样点个数 */
#define NUM_TAPS             15  //29   /* 滤波器系数个数 */

static float32_t testInput_f32_50Hz_200Hz[TEST_LENGTH_SAMPLES]; /* 采样点 */
static float32_t testOutput[TEST_LENGTH_SAMPLES];               /* 滤波后的输出 */
static float32_t firStateF32[BLOCK_SIZE + NUM_TAPS - 1];        /* 状态缓存，大小numTaps + blockSize - 1*/

const float32_t firCoeffs32LP[NUM_TAPS] = {
  -0.002572332276, 0.006660863757, -0.01139776595,1.279498026e-17,   0.0481939055,
    -0.1315901577,   0.2148257494,           0.75,   0.2148257494,  -0.1315901577,
     0.0481939055,1.279498026e-17, -0.01139776595, 0.006660863757,-0.002572332276
};

int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;      /* 按键代码 */
    uint16_t i;

    for(i=0; i<16; i++)
    {
        testInput_f32_50Hz_200Hz[i] = 1.0;
    }

    while (1)
    {
        arm_fir_f32_lp();    //27ms执行周期

        for(i=0; i<16; i++)
        {
            testOutput[i] = testOutput[i];
        }

        timeDly(1000);       //延迟1秒
    }

    return 0;
}

static void arm_fir_f32_lp(void)
{
    uint32_t i;
    arm_fir_instance_f32 S;
    float32_t  *inputF32, *outputF32;

    /* 初始化输入输出缓存指针 */
    inputF32 = &testInput_f32_50Hz_200Hz[0];
    outputF32 = &testOutput[0];

    /* 初始化结构体S */
    arm_fir_init_f32(&S, NUM_TAPS, (float32_t *)&firCoeffs32LP[0], &firStateF32[0], blockSize);

    /* 实现FIR滤波 */
    for(i=0; i < NUM_TAPS; i++) { /* 这里应该是numTaps */
        arm_fir_f32(&S, inputF32 + (i * blockSize), outputF32 + (i * blockSize), blockSize);
    }
}

注意：这段代码可能需要根据具体的硬件配置和FIR滤波器的具体参数进行调整。