Скользящая средняя на языке Си

Question

Я пытаюсь сделать фильтр скользящего среднего на языке C, я адаптировал программу на matlab, которая работает правильно, вход моего фильтра - архив.pcm (звуковой сигнал развертки), проблема для меня - выходной архив скользящее среднее на языке C, выходной сигнал идет не так, сигнал только уменьшается с течением времени (не фильтруйте).

Ниже моего кода C:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>



#define m 16  // MEDIA LENGTH

int main()
{
    short *x;                              // X VECTOR = 0
    double coef[m];                           // COEF VECTOR = 0
    int i;                                  // FOR COUNT VARIABLE
    int n;                                  // FOR COUNT VARIABLE
    int itera;                              // LENGTH OF THE INPUT FILE
    double aux;                                // AUX VARIABLE TO MAKE THE SUM
    double *y;                              // AUX VECTOR TO RECEIVE X VECTOR
    double *saida;                          // OUTPUT VECTOR
    FILE *arq;                                 // POINTER TO THE FILE

    for (i = 0; i < m; i++) {
        coef[i] = 1.0/m;
    }
    arq = fopen("sweep_100_3400.pcm", "rb");
    if (arq == NULL)
    {
        printf("ERROR WHILE OPENING THE FILE\n");
        return;
    }
    // compute size of file
    fseek(arq,0,SEEK_END);
    itera = ftell(arq)/sizeof(short);
    rewind(arq);

    // alloc mem for x, read the vector from input file
    x = malloc(itera*sizeof(short));
    fread(x,sizeof(short),itera,arq);
    fclose(arq);
    // alloc mem for y

    y = malloc(itera*sizeof(double));
    saida = malloc(itera*sizeof(double));

    for (i=0; i < itera; i++) {
        y[0] = x[i];
        aux=0;
        for (n=0; n<m; n++){
            aux += coef[n] * y[n];
        }
        saida[i]=aux;
        for (n=m; n <2; n--){
            x[n] = x[n-1];
        }
    }
    arq=fopen("saida_medial_movel_c.pcm","wb");
    fwrite(saida, sizeof(double),itera,arq);
    fclose(arq);
    free(saida);
    free(y);
    free(x);
}

На рисунке ниже показан вывод программы Matlab на скользящую среднюю с длиной 16:

Это изображение является выводом на языке C со скользящей средней длиной 16:

Кто-то знает, что может быть?

Ниже кода в matlab, который я адаптировал:

%MOVING AVERAGE EXAMPLE SCRIPT
clear all;
close all;
clc;
% DEFINES MEDIA LENGTH
m = 16;
%VECTOS EQUAL ZERO
x = zeros (m,1); 
coef = zeros (m,1);
%INITIALIZE VECTOR 
for j = 1 : m,
        coef (j,1) = 1/m;
end
%READ INPUT FILE
fid = fopen ('sweep_100_3400.pcm','rb');
s = fread (fid, 'int16');
fclose(fid);
subplot(2,1,1);
plot(s);
grid on;
title('ENTRADA DO FILTRO');
%PROCESS
itera = length(s);
sav_y = zeros (itera, 1);
%EXECUTE PROCESS
for j = 1 : itera,
    x(1,1) = s (j,1);
    %PRODUCTS SUM
    y=0;
    for n = 1 : m,
        y = y + coef(n,1) * x(n,1);
    end
    sav_y(j,1) = y;
    %SHIFT THE VECTOR
    for n = m: -1 : 2,
        x (n,1) = x(n-1,1);
    end 
end 
%PLOT OUTPUT
subplot (2,1,2);
plot (sav_y);
grid on;
title('SAÍDA DO FLITRO');
%SAVE THE OUTPUT IN ANOTHER FILE
fid = fopen('saida_mm_manual.pcm','wb');
fwrite(fid,sav_y,'int16');
fclose(fid);

---

Обновление 1 (используя ответ выше):

Начало сигнала все еще с помехами, но от середины до конца сигнала правильно.

Answer 1

Есть несколько проблем с вашим основным циклом обработки сигналов.

for (i=0; i < itera; i++) {
    y[0] = x[i];
    aux=0;
    for (n=0; n<m; n++){
        aux += coef[n] * y[n];
    }
    saida[i]=aux;
    for (n=m; n <2; n--){
        x[n] = x[n-1];
    }
}

Каждый элемент вашего массива coef одинаков, поэтому вы можете также сделать его одним постоянным значением 1.0 / m. Для массива y вы не устанавливаете ни один из его элементов, кроме первого. Таким образом, ваш цикл добавляет константу, умноженную на неинициализированное значение, в 16 раз на aux. Это то, что производит вывод мусора. Я не уверен, что должен делать ваш (n=m; n <2; n--) цикл, но он никогда не будет работать, так как m > 2.

(Неэффективное) простое скользящее среднее будет выглядеть примерно так:

for (i = 0; i < itera - m; i++) {
    aux = 0;
    for (n = 0; n < m; n++){
        aux += x[i+n];
    }
    saida[i] = aux * (1.0 / m);
}

Более эффективная версия могла бы избежать повторной обработки промежуточных элементов, и вместо этого просто добавьте новый номер, входящий в скользящее окно, и вычитайте старый номер, покидая окно каждую итерацию. Если вы работаете с числами с плавающей запятой, нужно соблюдать осторожность с числовой стабильностью при работе с плохо обусловленными числами и т. Д., Но это совсем другая проблема, о которой вам сейчас не нужно беспокоиться.