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 милисекундах
        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 остортирован (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_
//--------------------------------------------------------------------------