【安富莱DSP教程】第11章 StatisticsMathFunctions的使用(一)
特别说明：完整45期数字信号处理教程，原创高性能示波器代码全开源地址：链接第11章 StatisticsMathFunctions的使用(一)
本期教程主要讲解统计函数中的最大值，最小值，平均值和功率的计算。
11.1 最大值Maximum
11.2 最小值Minimum
11.3 平均值Mean
11.4 功率Power
11.5 总结
11.1 最大值Maximum
这部分函数用于计算数组中的最大值，并返回数组中的最大值和最大值在数组中的位置。
11.1.1 arm_max_f32
此函数的使用比较简单，函数定义如下：
void arm_max_f32(float32_t * pSrc, uint32_t blockSize, float32_t * pResult, uint32_t * pIndex)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResult maximum value returned here
*pIndex index of maximum value returned here
11.1.2 arm_max_q31
函数定义如下：
void arm_max_q31(q31_t * pSrc, uint32_t blockSize, q31_t * pResult, uint32_t * pIndex)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResult maximum value returned here
*pIndex index of maximum value returned here
11.1.3 arm_max_q15
函数定义如下：
void arm_max_q15(q15_t * pSrc, uint32_t blockSize, q15_t * pResult, uint32_t * pIndex)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResult maximum value returned here
*pIndex index of maximum value returned here
11.1.4 arm_max_q7
函数定义如下：
void arm_max_q7(q7_t * pSrc, uint32_t blockSize, q7_t * pResult, uint32_t * pIndex)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResult maximum value returned here
*pIndex index of maximum value returned here
11.1.5 实例讲解
实验目的：
1. 学习FastMathFunctions中最大值的求解
实验内容：
1. 按下按键K1, 串口打印函数DSP_Max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_Max
* 功能说明: 求最大值
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_Max(void)
{
float32_t pSrc = {0.6948, 0.3171, 0.9502, 0.0344, 0.4387, 0.3816, 0.7655, 0.7952, 0.1869, 0.4898};
(1)
float32_t pResult;
uint32_t pIndex;
q31_t pSrc1;
q31_t pResult1;
q15_t pSrc2;
q15_t pResult2;
q7_t pSrc3;
q7_t pResult3;
arm_max_f32(pSrc, 10, &pResult, &pIndex);
printf("arm_max_f32 : pResult = %fpIndex = %d\r\n", pResult, pIndex);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc1 = rand(); (2)
}
arm_max_q31(pSrc1, 10, &pResult1, &pIndex);
printf("arm_max_q31 : pResult = %dpIndex = %d\r\n", pResult1, pIndex);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc2 = rand()%32768; (3)
}
arm_max_q15(pSrc2, 10, &pResult2, &pIndex);
printf("arm_max_q15 : pResult = %dpIndex = %d\r\n", pResult2, pIndex);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc3 = rand()%128; (4)
}
arm_max_q7(pSrc3, 10, &pResult3, &pIndex);
printf("arm_max_q7 : pResult = %dpIndex = %d\r\n", pResult3, pIndex);
printf("******************************************************************\r\n");
}
1. 这里10个浮点随机数是通过matlab生成的，生成方法很简单，在命令窗口输入命令：
rand(1, 10)%1行10列
获取结果如下：
如果想获取整形随机数，可以使用函数：
randi(32768,1, 10)%生成的随机数不超过32768， 1行10列。
2. 使用stdlib.h中的rand生成伪随机数。
3. 通过对32768求余获得可以用于函数arm_max_q15的数据。
4. 通过对128求余获得可以用于函数arm_max_q7的数据。 11.2 最小值Minimum
这部分函数用于计算数组中的最小值，并返回数组中的最小值和最小值在数组中的位置。
11.2.1 arm_min_f32
此函数的使用比较简单，函数定义如下：
void arm_ min _f32(float32_t * pSrc, uint32_t blockSize, float32_t * pResult, uint32_t * pIndex)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResult maximum value returned here
*pIndex index of maximum value returned here
11.2.2 arm_ min _q31
函数定义如下：
void arm_ min _q31(q31_t * pSrc, uint32_t blockSize, q31_t * pResult, uint32_t * pIndex)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResult maximum value returned here
*pIndex index of maximum value returned here
11.2.3 arm_ min _q15
函数定义如下：
void arm_ min _q15(q15_t * pSrc, uint32_t blockSize, q15_t * pResult, uint32_t * pIndex)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResult maximum value returned here
*pIndex index of maximum value returned here
11.2.4 arm_ min _q7
函数定义如下：
void arm_ min _q7(q7_t * pSrc, uint32_t blockSize, q7_t * pResult, uint32_t * pIndex)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResult maximum value returned here
*pIndex index of maximum value returned here
11.2.5 实例讲解
实验目的：
1. 学习FastMathFunctions中最小值的求解
实验内容：
1. 按下按键K2, 串口打印函数DSP_Min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_Min
* 功能说明: 求最小值
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_Min(void) (1)
{
float32_t pSrc = {0.6948, 0.3171, 0.9502, 0.0344, 0.4387, 0.3816, 0.7655, 0.7952, 0.1869, 0.4898};
float32_t pResult;
uint32_t pIndex;
q31_t pSrc1;
q31_t pResult1;
q15_t pSrc2;
q15_t pResult2;
q7_t pSrc3;
q7_t pResult3;
arm_min_f32(pSrc, 10, &pResult, &pIndex);
printf("arm_min_f32 : pResult = %fpIndex = %drn", pResult, pIndex);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc1 = rand();
}
arm_min_q31(pSrc1, 10, &pResult1, &pIndex);
printf("arm_min_q31 : pResult = %dpIndex = %drn", pResult1, pIndex);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc2 = rand()%32768;
}
arm_min_q15(pSrc2, 10, &pResult2, &pIndex);
printf("arm_min_q15 : pResult = %dpIndex = %drn", pResult2, pIndex);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc3 = rand()%128;
}
arm_min_q7(pSrc3, 10, &pResult3, &pIndex);
printf("arm_min_q7 : pResult = %dpIndex = %drn", pResult3, pIndex);
printf("******************************************************************rn");
}
1. 这里求最小值跟上面求最大值基本是一样的。 11.3 平均值Mean
这部分函数用于计算数组的平均值。公式描述如下：
Result = (pSrc + pSrc + pSrc + ... + pSrc) / blockSize;
11.3.1 arm_mean_f32
此函数的使用比较简单，函数定义如下：
void arm_mean_f32(float32_t * pSrc, uint32_t blockSize, float32_t * pResult)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResultmean value returned here
11.3.2 arm_ mean _q31
函数定义如下：
void arm_mean_q31(q31_t * pSrc, uint32_t blockSize, q31_t * pResult)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResultmean value returned here
注意事项：
求平均前的数据之和是赋值给了64位累加器，然后再求平均。
11.3.3 arm_ mean _q15
函数定义如下：
void arm_mean_q15(q15_t * pSrc, uint32_t blockSize, q15_t * pResult)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResultmean value returned here
注意事项：
求平均前的数据之和是赋值给了32位累加器，然后再求平均。
11.3.4 arm_ mean _q7
函数定义如下：
void arm_mean_q7(q7_t * pSrc, uint32_t blockSize, q7_t * pResult)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSizelength of the input vector
*pResultmean value returned here
注意事项：
求平均前的数据之和是赋值给了32位累加器，然后再求平均。
11.3.5 实例讲解
实验目的：
1. 学习FastMathFunctions中平均值的求解
实验内容：
1. 按下按键K3, 串口打印函数DSP_Mean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_Mean
* 功能说明: 求平均
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_Mean(void)
{
float32_t pSrc = {0.6948, 0.3171, 0.9502, 0.0344, 0.4387, 0.3816, 0.7655, 0.7952, 0.1869, 0.4898};
float32_t pResult;
uint32_t pIndex;
q31_t pSrc1;
q31_t pResult1;
q15_t pSrc2;
q15_t pResult2;
q7_t pSrc3;
q7_t pResult3;
arm_mean_f32(pSrc, 10, &pResult);
printf("arm_mean_f32 : pResult = %frn", pResult);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc1 = rand();
}
arm_mean_q31(pSrc1, 10, &pResult1);
printf("arm_mean_q31 : pResult = %drn", pResult1);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc2 = rand()%32768;
}
arm_mean_q15(pSrc2, 10, &pResult2);
printf("arm_mean_q15 : pResult = %drn", pResult2);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc3 = rand()%128;
}
arm_mean_q7(pSrc3, 10, &pResult3);
printf("arm_mean_q7 : pResult = %drn", pResult3);
printf("******************************************************************rn");
} 11.4 功率Power
这部分函数用于计算数组的功率。公式描述如下：
Result = pSrc * pSrc + pSrc * pSrc + pSrc * pSrc + ... + pSrc * pSrc;
11.4.1 arm_power_f32
函数定义如下：
void arm_power_f32(float32_t * pSrc, uint32_t blockSize, float32_t * pResult)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSize length of the input vector
*pResult sum of the squares value returned here
11.4.2 arm_power_q31
函数定义如下：
void arm_power_q31(q31_t * pSrc, uint32_t blockSize, q63_t * pResult)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSize length of the input vector
*pResult sum of the squares value returned here
注意事项：
输入参数是1.31格式，两个数据的乘积就是1.31*1.31 = 2.62格式，这里将此结果右移14位，也就是将低14位数据截取掉，最终的输出做64位饱和运算，结果是16.48格式。
11.4.3 arm_power_q15
函数定义如下：
void arm_power_q15(q15_t * pSrc, uint32_t blockSize, q63_t * pResult)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSize length of the input vector
*pResult sum of the squares value returned here
注意事项：
输入参数是1.15格式，两个数据的乘积就是1.15*1.15 = 2.30格式，最终的输出做64位饱和运算，结果是34.30格式。
11.4.4 arm_power_q7
函数定义如下：
void arm_power_q7(q7_t * pSrc, uint32_t blockSize, q31_t * pResult)
参数定义：
*pSrc points to the input vector
blockSize length of the input vector
*pResult sum of the squares value returned here
注意事项：
输入参数是1.7格式，两个数据的乘积就是1.7*1.7 = 2.14格式，最终的输出做32位饱和运算，结果是18.14格式。
11.4.5 实例讲解
实验目的：
1. 学习FastMathFunctions中功率的求解
实验内容：
1. 按下摇杆UP键, 串口打印函数DSP_Power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_Power
* 功能说明: 求功率
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DSP_Power(void)
{
float32_t pSrc = {0.6948, 0.3171, 0.9502, 0.0344, 0.4387, 0.3816, 0.7655, 0.7952, 0.1869, 0.4898};
float32_t pResult;
uint32_t pIndex;
q31_t pSrc1;
q63_t pResult1;
q15_t pSrc2;
q63_t pResult2;
q7_t pSrc3;
q31_t pResult3;
arm_power_f32(pSrc, 10, &pResult);
printf("arm_power_f32 : pResult = %frn", pResult);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc1 = rand();
}
arm_power_q31(pSrc1, 10, &pResult1);
printf("arm_power_q31 : pResult = %lldrn", pResult1);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc2 = rand()%32768;
}
arm_power_q15(pSrc2, 10, &pResult2);
printf("arm_power_q15 : pResult = %lldrn", pResult2);
/*****************************************************************/
for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
{
pSrc3 = rand()%128;
}
arm_power_q7(pSrc3, 10, &pResult3);
printf("arm_power_q7 : pResult = %drn", pResult3);
printf("******************************************************************rn");
}
11.5 总结
本期教程就跟大家讲这么多，有兴趣的可以深入研究这些函数源码的实现。
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