【安富莱——DSP教程】第22章 math_help中函数的使用

**第22章 math_help中函数的使用**

第22章 math_help中函数的使用

本期教程主要讲解math_help文件中函数的使用，这个文件也是ARM官方提供的，这些函数相对都比较容易，同时使用频率也很高。希望初学的同学学习并掌握。

21.1 函数讲解

21.3 总结

硬汉Eric2013 · 2015-6-24 16:01:53

22.1 函数讲解
22.1.1 函数目录

在文件math_help文件中主要有以下函数：

float arm_snr_f32(float *pRef, float *pTest, uint32_t buffSize);
void arm_float_to_q12_20(float *pIn, q31_t * pOut, uint32_t numSamples);
void arm_provide_guard_bits_q15(q15_t *input_buf, uint32_t blockSize, uint32_t guard_bits);
void arm_provide_guard_bits_q31(q31_t *input_buf, uint32_t blockSize, uint32_t guard_bits);
void arm_float_to_q14(float *pIn, q15_t *pOut, uint32_t numSamples);
void arm_float_to_q30(float *pIn, q31_t *pOut, uint32_t numSamples);
void arm_clip_f32(float *pIn, uint32_t numSamples);
uint32_t arm_calc_guard_bits(uint32_t num_adds);
void arm_apply_guard_bits (float32_t * pIn, uint32_t numSamples, uint32_t guard_bits);
uint32_t arm_compare_fixed_q15(q15_t *pIn, q15_t * pOut, uint32_t numSamples);
uint32_t arm_compare_fixed_q31(q31_t *pIn, q31_t *pOut, uint32_t numSamples);
uint32_t arm_calc_2pow(uint32_t guard_bits);

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22.1.2 arm_snr_f32

这个函数用于求信噪比：

/** (1)
* @brief Caluclation of SNR
* @param float* Pointer to the reference buffer
* @param float* Pointer to the test buffer
* @param uint32_t total number of samples
* [url=home.php?mod=space&uid=1141835]@Return[/url] float SNR
* The function Caluclates signal to noise ratio for the reference output
* and test output
*/
float arm_snr_f32(float *pRef, float *pTest, uint32_t buffSize)
{
float EnergySignal = 0.0, EnergyError = 0.0;
uint32_t i;
float SNR;
int temp;
int *test;
for (i = 0; i < buffSize; i++)
{
/* Checking for a NAN value in pRef array */
test = (int *)(&pRef[i]);
temp = *test;
if(temp == 0x7FC00000)
{
return(0);
}
/* Checking for a NAN value in pTest array */
test = (int *)(&pTest[i]);
temp = *test;
if(temp == 0x7FC00000)
{
return(0);
}
EnergySignal += pRef[i] * pRef[i];
EnergyError += (pRef[i] - pTest[i]) * (pRef[i] - pTest[i]);
}
/* Checking for a NAN value in EnergyError */
test = (int *)(&EnergyError);
temp = *test;
if(temp == 0x7FC00000)
{
return(0);
}
SNR = 10 * log10 (EnergySignal / EnergyError); (2)
return (SNR);
}

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1. 这里先补充一些信噪比方面的基础知识：

信噪比，即SNR（Signal toNoise Ratio），又称为讯噪比。反映摄像机成像的抗干扰能力，反应在

画质上就是画面是否干净无噪点；狭义来讲是指放大器的输出信号的功率与同时输出的噪声功率的比，常常用分贝数表示，设备的信噪比越高表明它产生的杂音越少。一般来说，信噪比越大，说明混在信号里的噪声越小，声音回放的音质量越高，否则相反。信噪比一般不应该低于70dB，高保真音箱的信噪比应达到110dB以上。公式如下：

有用信号功率（Power of Signal）与噪声功率（Power of Noise）的比，那么幅度（Amplitude）平方的比如下：

它的单位一般使用分贝，其值为十倍对数信号与噪声功率比：

其中

关于信噪比更详细的知识，大家可以查阅相关资料进行了解。

2. 这里实现的就是上面所说的信噪比公式。

硬汉Eric2013 · 2015-6-24 16:03:18

22.1.3 arm_float_to_q12_20

/**
* @brief Converts float to fixed in q12.20 format (1)
* @param uint32_t number of samples in the buffer
* @return none
* The function converts floating point values to fixed point(q12.20) values
*/
void arm_float_to_q12_20(float *pIn, q31_t * pOut, uint32_t numSamples)
{
uint32_t i;
for (i = 0; i < numSamples; i++)
{
/* 1048576.0f corresponds to pow(2, 20) */
pOut[i] = (q31_t) (pIn[i] * 1048576.0f); (2)
pOut[i] += pIn[i] > 0 ? 0.5 : -0.5;
if (pIn[i] == (float) 1.0)
{
pOut[i] = 0x000FFFFF;
}
}
}

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1. 这个函数用于将浮点数转换成Q12.20格式的数据。

2. 浮点数转换成Q12.20格式需要乘以2^20，然后再做舍入处理，特别注意这里的浮点数末尾要加符号f，这样才能保证是单精度。

22.1.4 arm_provide_guard_bits_q15

/**
* @brief Provide guard bits for Input buffer
* @param q15_t* Pointer to input buffer
* @param uint32_t blockSize
* @param uint32_t guard_bits
* @return none
* The function Provides the guard bits for the buffer
* to avoid overflow
*/
void arm_provide_guard_bits_q15 (q15_t * input_buf, uint32_t blockSize,
uint32_t guard_bits)
{
uint32_t i;
for (i = 0; i < blockSize; i++)
{
input_buf[i] = input_buf[i] >> guard_bits;
}
}

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1. 这个函数用于给q15_t类型的数据提供保护位，防止溢出。从函数的实现上看，保护位的实现是通过右移数据实现的。

硬汉Eric2013 · 2015-6-24 16:04:45

22.1.5 arm_provide_guard_bits_q31

/**
* @brief Provide guard bits for Input buffer
* @param q31_t* Pointer to input buffer
* @param uint32_t blockSize
* @param uint32_t guard_bits
* @return none
* The function Provides the guard bits for the buffer
* to avoid overflow
*/
void arm_provide_guard_bits_q31 (q31_t * input_buf,
uint32_t blockSize,
uint32_t guard_bits)
{
uint32_t i;
for (i = 0; i < blockSize; i++)
{
input_buf[i] = input_buf[i] >> guard_bits;
}
}

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1. 这个函数用于给q31_t类型的数据提供保护位，防止溢出。从函数的实现上看，保护位的实现是通过右移数据实现的。

22.1.6 arm_float_to_q14

/**
* @brief Converts float to fixed q14
* @param uint32_t number of samples in the buffer
* @return none
* The function converts floating point values to fixed point values
*/
void arm_float_to_q14 (float *pIn, q15_t * pOut,
uint32_t numSamples)
{
uint32_t i;
for (i = 0; i < numSamples; i++)
{
/* 16384.0f corresponds to pow(2, 14) */
pOut[i] = (q15_t) (pIn[i] * 16384.0f);
pOut[i] += pIn[i] > 0 ? 0.5 : -0.5;
if (pIn[i] == (float) 2.0)
{
pOut[i] = 0x7FFF;
}
}
}

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1. 这个函数用于将浮点数转换成Q14格式的数据。

2. 浮点数转换成Q14格式需要乘以2^14，然后再做舍入处理，特别注意这里的浮点数末尾要加符号f，这样才能保证是单精度。

硬汉Eric2013 · 2015-6-24 16:05:53

22.1.7 arm_float_to_q30

/**
* @brief Converts float to fixed q30 format
* @param uint32_t number of samples in the buffer
* @return none
* The function converts floating point values to fixed point values
*/
void arm_float_to_q29 (float *pIn, q31_t * pOut,
uint32_t numSamples)
{
uint32_t i;
for (i = 0; i < numSamples; i++)
{
/* 1073741824.0f corresponds to pow(2, 30) */
pOut[i] = (q31_t) (pIn[i] * 536870912.0f);
pOut[i] += pIn[i] > 0 ? 0.5 : -0.5;
if (pIn[i] == (float) 4.0)
{
pOut[i] = 0x7FFFFFFF;
}
}
}

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1. 这个函数用于将浮点数转换成Q30格式的数据。

2. 浮点数转换成Q30格式需要乘以2^30，然后再做舍入处理，特别注意这里的浮点数末尾要加符号f，这样才能保证是单精度。

22.1.8 arm_calc_guard_bits

/**
* @brief Caluclates number of guard bits
* @param uint32_t number of additions
* @return none
* The function Caluclates the number of guard bits
* depending on the numtaps
*/
uint32_t arm_calc_guard_bits (uint32_t num_adds)
{
uint32_t i = 1, j = 0;
if (num_adds == 1)
{
return (0);
}
while (i < num_adds)
{
i = i * 2;
j++;
}
return (j);
}

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1. 这个函数是根据加数的个数来计算最终结果需要的保护位格式，从而防止溢出。

硬汉Eric2013 · 2015-6-24 16:06:38

22.1.9 arm_apply_guard_bits

/**
* @brief Converts Q15 to floating-point
* @param uint32_t numberof samples in the buffer
* @return none
*/
void arm_apply_guard_bits (float32_t * pIn,
uint32_t numSamples,
uint32_t guard_bits)
{
uint32_t i;
for (i = 0; i< numSamples; i++)
{
pIn =pIn * arm_calc_2pow(guard_bits);
}
}

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1. 这个函数不是很理解在实际应用中的作用。

22.1.10 arm_calc_2pow

/**

* @brief  Calculates pow(2, numShifts)

* @param  uint32_t numberof shifts

* @return pow(2,numShifts)

*/

uint32_t arm_calc_2pow(uint32_t numShifts)

{

  uint32_t i, val =1;

  for (i = 0; i< numShifts; i++)

{

   val = val *2;

}

  return(val);

}
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1. 这个函数用于求解2的n次方。