【安富莱——DSP教程】第12章 StatisticsMathFunctions的使用(二)

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第12章 StatisticsMathFunctions的使用(二)

本期教程主要讲解统计函数中的标准偏差、均方根和方差的计算。

12.1 标准偏差Standard deviation

12.2 均方差RMS

12.3 方差Variance

12.4 总结

硬汉Eric2013 · 2015-6-9 10:54:03

12.1 标准偏差Standard deviation

这部分函数用于计算标准偏差，公式描述如下：

Result =sqrt((sumOfSquares - sum2 / blockSize) / (blockSize - 1))

其中：

sumOfSquares= pSrc[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + ... + pSrc[blockSize-1] *pSrc[blockSize-1]

sum = pSrc[0]+ pSrc[1] + pSrc[2] + ... + pSrc[blockSize-1]

12.1.1 arm_std_f32

此函数的使用比较简单，函数定义如下：

void arm_std_f32(float32_t * pSrc, uint32_t blockSize, float32_t* pResult)

参数定义：

[in] *pSrc points to the inputvector

[in] blockSize length of the input vector

[out] *pResult standard deviation value returned here

12.1.2 arm_std_q31

此函数的使用比较简单，函数定义如下：

voidarm_std_q31(q31_t * pSrc, uint32_t blockSize, q31_t * pResult)

参数定义：

[in] *pSrc points to the inputvector

[in] blockSize length of the input vector

[out] *pResult standard deviation value returned here

注意事项：

输入参数是1.31格式的，相乘后输出就是1.31*1.31 = 2.62格式，这种情况下，函数内部使用的64位累加器很容易溢出，并且这个函数不支持饱和运算，这个函数的使用还有一些问题，有待后面解决。

12.1.3 arm_std_q15

此函数的使用比较简单，函数定义如下：

void arm_std_q15(q15_t * pSrc, uint32_t blockSize, q15_t* pResult)

参数定义：

[in] *pSrc points to the inputvector

[in] blockSize length of the input vector

[out] *pResult standard deviation value returned here

注意事项：

输入参数是1.15格式，相乘后的的结果就是1.15*1.15 = 2.30格式，这种情况下，内部64位累加器的的格式就是34.30。最终的输出结果要截取到低15位数据，然后通过饱和运算最终输出数据格式1.15。

12.1.4 实例讲解

实验目的：

1. 学习StatisticsMathFunctions中标准偏差的求解

实验内容：

1. 按下按键K1, 串口打印函数DSP_Std的输出结果

实验现象：

通过窗口上位机软件SecureCRT（V5光盘里面有此软件）查看打印信息现象如下：

程序设计：

/*
*********************************************************************************************************
* 函数名: DSP_Std
* 功能说明: 求标准偏差
* 形参：无
* 返回值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_Std(void)
{
float32_t pSrc[10] = {0.6557, 0.0357, 0.8491, 0.9340, 0.6787, 0.7577, 0.7431, 0.3922, 0.6555, 0.1712};
float32_t pResult;
uint32_t pIndex;
q31_t pSrc1[10];
q31_t pResult1;
q15_t pSrc2[10];
q15_t pResult2;
arm_std_f32(pSrc, 10, &pResult); (1)
printf("arm_std_f32 : pResult = %frn", pResult);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc1[pIndex] = rand();
}
arm_std_q31(pSrc1, 10, &pResult1); (2)
printf("arm_std_q31 : pResult = %drn", pResult1);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc2[pIndex] = rand()%32768;
}
arm_std_q15(pSrc2, 10, &pResult2); (3)
printf("arm_std_q15 : pResult = %drn", pResult2);
printf("******************************************************************rn");
}

复制代码

1. 这个是浮点数标准偏差求解，这里我们先用matlab生成一组随机的浮点数，并求解其对应的标准偏差，然后再用此函数获取标准偏差作为对比。

在matlab的命令窗口输入如下命令:

rand(1,10) %1行10列

然后再通过命令std获得标准偏差:

std(ans)

matlab求得标准偏差数值是0.2935，而DSP函数求得结果是0.293485，基本是一致的。

2. 这个函数的使用还没有搞懂，有待后面解决。

3. 这个函数的使用还没有搞懂，有待后面解决。

硬汉Eric2013 · 2015-6-9 10:57:11

12.2 均方根RMS

这部分函数用于计算标准偏差，公式描述如下：

Result =sqrt(((pSrc[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + ... + pSrc[blockSize-1] *pSrc[blockSize-1]) / blockSize));

12.2.1 arm_rms_f32

函数定义如下：

voidarm_rms_f32(float32_t * pSrc, uint32_t blockSize, float32_t * pResult)

参数定义：

[in] *pSrc points to the input vector

[in]blockSize length of the inputvector

[out] *pResult rms value returned here

12.2.2 arm_rms_q31

函数定义如下：

void arm_rms_q31(q31_t * pSrc, uint32_t blockSize, q31_t* pResult)

参数定义：

[in] *pSrc points to the input vector

[in]blockSize length of the inputvector

[out] *pResult rms value returned here

注意事项：

输入参数是1.31格式的，相乘后输出就是1.31*1.31 = 2.62格式，这种情况下，函数内部使用的64位累加器很容易溢出，并且这个函数不支持饱和运算。

12.2.3 arm_rms_q15

函数定义如下：

void arm_rms_q15(q15_t * pSrc, uint32_t blockSize, q15_t* pResult)

参数定义：

[in] *pSrc points to the input vector

[in]blockSize length of the inputvector

[out] *pResult rms value returned here

注意事项：

输入参数是1.15格式，相乘后的的结果就是1.15*1.15 = 2.30格式，这种情况下，内部64位累加器的的格式就是34.30。最终的输出结果要截取到低15位数据，然后通过饱和运算最终输出数据格式1.15。

12.2.4 实例讲解

实验目的：

1. 学习StatisticsMathFunctions中均方根的求解

实验内容：

1. 按下按键K2, 串口打印函数DSP_RMS的输出结果

实验现象：

通过窗口上位机软件SecureCRT（V5光盘里面有此软件）查看打印信息现象如下：

程序设计：

/*

*********************************************************************************************************

* 函数名: DSP_RMS

* 功能说明: 求均方值

* 形参：无

* 返回值: 无

*********************************************************************************************************

*/

static void DSP_RMS(void)

{

   float32_t pSrc[10] = {0.7060, 0.0318, 0.2769, 0.0462, 0.0971, 0.8235, 0.6948, 0.3171, 0.9502, 0.0344};

   float32_t pResult;

   uint32_t pIndex;

   q31_t pSrc1[10];

   q31_t pResult1;

   q15_t pSrc2[10];

   q15_t pResult2;

   arm_rms_f32(pSrc, 10, &pResult);

   printf("arm_rms_f32 : pResult = %frn", pResult);                                           (1)

   /*****************************************************************/

   for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)

   {

      pSrc1[pIndex] = rand();

   }

   arm_rms_q31(pSrc1, 10, &pResult1);                                                             (2)

   printf("arm_rms_q31 : pResult = %drn", pResult1);

   /*****************************************************************/

   for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)

   {

      pSrc2[pIndex] = rand()%32768;

   }

   arm_rms_q15(pSrc2, 10, &pResult2);                                                             (3)

   printf("arm_rms_q15 : pResult = %drn", pResult2);

   printf("******************************************************************rn");

}
复制代码

1. 这个是浮点数均方根求解，这里我们先用matlab生成一组随机的浮点数，并求解其对应的均方根，然后再用此函数获取标准偏差作为对比。

在matlab的命令窗口输入如下命令:

a =rand(1,10) %1行10列

然后再通过命令std获得标准偏差:

rms(a)

2. 这个函数的使用还没有搞懂，有待后面解决。

3. 这个函数的使用还没有搞懂，有待后面解决。

mega1702 · 2015-6-10 10:01:56

谢谢分享!!!!!!!!!!!!!!

硬汉Eric2013 · 2015-6-10 12:05:57

12.3 方差Variance

这部分函数用于计算标准偏差，公式描述如下：

Result =sqrt(((pSrc[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + ... + pSrc[blockSize-1] *pSrc[blockSize-1]) / blockSize));

12.3.1 arm_var_f32

函数定义如下：

voidarm_var_f32(float32_t * pSrc, uint32_t blockSize, float32_t * pResult)

参数定义：

[in] *pSrc points to the input vector

[in] blockSize length of the input vector

[out]*pResult variance value returnedhere

12.3.2 arm_var_q31

函数定义如下：

void arm_var_q31(q31_t * pSrc, uint32_t blockSize, q63_t* pResult)

参数定义：

[in] *pSrc points to the input vector

[in]blockSize length of the inputvector

[out] *pResult rms value returned here

12.3.3 arm_var_q15

函数定义如下：

void arm_var_q15(q15_t * pSrc, uint32_t blockSize, q31_t* pResult)

参数定义：

[in] *pSrc points to the input vector

[in]blockSize length of the inputvector

[out] *pResult rms value returned here

注意事项：

输入参数是1.15格式，相乘后的的结果就是1.15*1.15 = 2.30格式，这种情况下，内部64位累加器的的格式就是34.30。最终的输出结果要截取到低15位数据，然后通过饱和运算最终输出数据格式1.15。

12.3.4 实例讲解

实验目的：

1. 学习StatisticsMathFunctions中方差的求解

实验内容：

1. 按下按键K3, 串口打印函数DSP_Var的输出结果

实验现象：

通过窗口上位机软件SecureCRT（V5光盘里面有此软件）查看打印信息现象如下：

程序设计：

/*

*********************************************************************************************************

* 函数名: DSP_RMS

* 功能说明: 求最小值

* 形参：无

* 返回值: 无

*********************************************************************************************************

*/

static void DSP_Var(void)

{

   float32_t pSrc[10] = { 0.4387, 0.3816, 0.7655, 0.7952, 0.1869, 0.4898, 0.4456, 0.6463, 0.7094, 0.7547};

   float32_t pResult;

   uint32_t pIndex;

   q31_t pSrc1[10];

   q63_t pResult1;

   q15_t pSrc2[10];

   q31_t pResult2;

   arm_var_f32(pSrc, 10, &pResult);

   printf("arm_var_f32 : pResult = %frn", pResult);

   /*****************************************************************/

   for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)

   {

      pSrc1[pIndex] = rand();

   }

   arm_var_q31(pSrc1, 10, &pResult1);

   printf("arm_var_q31 : pResult = %lldrn", pResult1);

   /*****************************************************************/

   for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)

   {

      pSrc2[pIndex] = rand()%32768;

   }

   arm_var_q15(pSrc2, 10, &pResult2);

   printf("arm_var_q15 : pResult = %drn", pResult2);

   printf("******************************************************************rn");

}
复制代码