【安富莱DSP教程】第11章 StatisticsMathFunctions的使用(一)

席萌0209

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：
           [in]  *pSrc      points to the input vector   
           [in]  blockSize  length of the input vector   
           [out] *pResult   maximum value returned here   
       [out] *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：
       [in]  *pSrc      points to the input vector   
       [in]  blockSize  length of the input vector   
           [out] *pResult   maximum value returned here   
       [out] *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：
           [in]  *pSrc      points to the input vector   
           [in]  blockSize  length of the input vector   
       [out] *pResult   maximum value returned here   
       [out] *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：
       [in]  *pSrc      points to the input vector   
       [in]  blockSize  length of the input vector   
       [out] *pResult   maximum value returned here   
       [out] *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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: DSP_Max
4. *    功能说明: 求最大值
5. *    形    参：无
6. *    返 回 值: 无
7. *********************************************************************************************************
8. */
9. static void DSP_Max(void)
10. {                                                                                             
11. float32_t pSrc[10] = {0.6948, 0.3171, 0.9502, 0.0344, 0.4387, 0.3816, 0.7655, 0.7952, 0.1869, 0.4898};
12.                                                                                                        (1)
13. float32_t pResult;
14. uint32_t pIndex;
15. q31_t pSrc1[10];
16. q31_t pResult1;
17. q15_t pSrc2[10];
18. q15_t pResult2;
19. q7_t pSrc3[10];
20. q7_t pResult3;
21. arm_max_f32(pSrc, 10, &pResult, &pIndex);
22. printf("arm_max_f32 : pResult = %f  pIndex = %d\r\n", pResult, pIndex);
23. /*****************************************************************/
24. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
25. {
26. pSrc1[pIndex] = rand();                                                                   (2)
27. }
28. arm_max_q31(pSrc1, 10, &pResult1, &pIndex);
29. printf("arm_max_q31 : pResult = %d  pIndex = %d\r\n", pResult1, pIndex);
30. /*****************************************************************/
31. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
32. {
33. pSrc2[pIndex] = rand()%32768;                                                             (3)
34. }
35. arm_max_q15(pSrc2, 10, &pResult2, &pIndex);
36. printf("arm_max_q15 : pResult = %d  pIndex = %d\r\n", pResult2, pIndex);
37. /*****************************************************************/
38. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
39. {
40. pSrc3[pIndex] = rand()%128;                                                               (4)
41. }
42. arm_max_q7(pSrc3, 10, &pResult3, &pIndex);
43. printf("arm_max_q7 : pResult = %d  pIndex = %d\r\n", pResult3, pIndex);
44. printf("******************************************************************\r\n");
45. }

复制代码

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。

席萌0209

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：
           [in]  *pSrc      points to the input vector   
       [in]  blockSize  length of the input vector   
       [out] *pResult   maximum value returned here   
           [out] *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：
           [in]  *pSrc      points to the input vector   
       [in]  blockSize  length of the input vector   
       [out] *pResult   maximum value returned here   
      [out] *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：
           [in]  *pSrc      points to the input vector   
       [in]  blockSize  length of the input vector   
            [out] *pResult   maximum value returned here   
[out] *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：
       [in]  *pSrc      points to the input vector   
           [in]  blockSize  length of the input vector   
       [out] *pResult   maximum value returned here   
      [out] *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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: DSP_Min
4. *    功能说明: 求最小值
5. *    形    参：无
6. *    返 回 值: 无
7. *********************************************************************************************************
8. */
9. static void DSP_Min(void)                                                                              (1)
10. {
11. float32_t pSrc[10] = {0.6948, 0.3171, 0.9502, 0.0344, 0.4387, 0.3816, 0.7655, 0.7952, 0.1869, 0.4898};
12. float32_t pResult;
13. uint32_t pIndex;
14. q31_t pSrc1[10];
15. q31_t pResult1;
16. q15_t pSrc2[10];
17. q15_t pResult2;
18. q7_t pSrc3[10];
19. q7_t pResult3;
20. arm_min_f32(pSrc, 10, &pResult, &pIndex);
21. printf("arm_min_f32 : pResult = %f  pIndex = %drn", pResult, pIndex);
22. /*****************************************************************/
23. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
24. {
25. pSrc1[pIndex] = rand();
26. }
27. arm_min_q31(pSrc1, 10, &pResult1, &pIndex);
28. printf("arm_min_q31 : pResult = %d  pIndex = %drn", pResult1, pIndex);
29. /*****************************************************************/
30. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
31. {
32. pSrc2[pIndex] = rand()%32768;
33. }
34. arm_min_q15(pSrc2, 10, &pResult2, &pIndex);
35. printf("arm_min_q15 : pResult = %d  pIndex = %drn", pResult2, pIndex);
36. /*****************************************************************/
37. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
38. {
39. pSrc3[pIndex] = rand()%128;
40. }
41. arm_min_q7(pSrc3, 10, &pResult3, &pIndex);
42. printf("arm_min_q7 : pResult = %d  pIndex = %drn", pResult3, pIndex);
43. printf("******************************************************************rn");
44. }

复制代码

1. 这里求最小值跟上面求最大值基本是一样的。

席萌0209

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[0] + pSrc[1] + pSrc[2] + ... + pSrc[blockSize-1]) / 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：
      [in]*pSrc      points to the input vector
      [in] blockSize  length of the input vector
      [out]*pResult  mean 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：
       [in]*pSrc      points to the input vector
       [in] blockSize  length of the input vector
       [out]*pResult  mean 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：
      [in]*pSrc      points to the input vector
      [in] blockSize  length of the input vector
      [out]*pResult  mean 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：
      [in]*pSrc      points to the input vector
      [in] blockSize  length of the input vector
      [out]*pResult  mean 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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: DSP_Mean
4. *    功能说明: 求平均
5. *    形    参：无
6. *    返 回 值: 无
7. *********************************************************************************************************
8. */
9. static void DSP_Mean(void)
10. {
11. float32_t pSrc[10] = {0.6948, 0.3171, 0.9502, 0.0344, 0.4387, 0.3816, 0.7655, 0.7952, 0.1869, 0.4898};
12. float32_t pResult;
13. uint32_t pIndex;
14. q31_t pSrc1[10];
15. q31_t pResult1;
16. q15_t pSrc2[10];
17. q15_t pResult2;
18. q7_t pSrc3[10];
19. q7_t pResult3;
20. arm_mean_f32(pSrc, 10, &pResult);
21. printf("arm_mean_f32 : pResult = %frn", pResult);
22. /*****************************************************************/
23. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
24. {
25. pSrc1[pIndex] = rand();
26. }
27. arm_mean_q31(pSrc1, 10, &pResult1);
28. printf("arm_mean_q31 : pResult = %drn", pResult1);
29. /*****************************************************************/
30. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
31. {
32. pSrc2[pIndex] = rand()%32768;
33. }
34. arm_mean_q15(pSrc2, 10, &pResult2);
35. printf("arm_mean_q15 : pResult = %drn", pResult2);
36. /*****************************************************************/
37. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
38. {
39. pSrc3[pIndex] = rand()%128;
40. }
41. arm_mean_q7(pSrc3, 10, &pResult3);
42. printf("arm_mean_q7 : pResult = %drn", pResult3);
43. printf("******************************************************************rn");
44. }

复制代码

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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[0] * pSrc[0] + pSrc[1] * pSrc[1] + pSrc[2] * pSrc[2] + ... + pSrc[blockSize-1] * pSrc[blockSize-1];   

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：
      [in]  *pSrc     points to the input vector   
      [in]  blockSize length of the input vector   
      [out] *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：
      [in]  *pSrc     points to the input vector   
      [in]  blockSize length of the input vector   
      [out] *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：
       [in]  *pSrc     points to the input vector   
       [in]  blockSize length of the input vector   
       [out] *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：
      [in]  *pSrc     points to the input vector   
      [in]  blockSize length of the input vector   
      [out] *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：

1. /*
2. *********************************************************************************************************
3. *    函 数 名: DSP_Power
4. *    功能说明: 求功率
5. *    形    参：无
6. *    返 回 值: 无
7. *********************************************************************************************************
8. */
9. static void DSP_Power(void)
10. {
11. float32_t pSrc[10] = {0.6948, 0.3171, 0.9502, 0.0344, 0.4387, 0.3816, 0.7655, 0.7952, 0.1869, 0.4898};
12. float32_t pResult;
13. uint32_t pIndex;
14. q31_t pSrc1[10];
15. q63_t pResult1;
16. q15_t pSrc2[10];
17. q63_t pResult2;
18. q7_t pSrc3[10];
19. q31_t pResult3;
20. arm_power_f32(pSrc, 10, &pResult);
21. printf("arm_power_f32 : pResult = %frn", pResult);
22. /*****************************************************************/
23. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
24. {
25. pSrc1[pIndex] = rand();
26. }
27. arm_power_q31(pSrc1, 10, &pResult1);
28. printf("arm_power_q31 : pResult = %lldrn", pResult1);
29. /*****************************************************************/
30. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
31. {
32. pSrc2[pIndex] = rand()%32768;
33. }
34. arm_power_q15(pSrc2, 10, &pResult2);
35. printf("arm_power_q15 : pResult = %lldrn", pResult2);
36. /*****************************************************************/
37. for(pIndex = 0; pIndex < 10; pIndex++)
38. {
39. pSrc3[pIndex] = rand()%128;
40. }
41. arm_power_q7(pSrc3, 10, &pResult3);
42. printf("arm_power_q7 : pResult = %drn", pResult3);
43. printf("******************************************************************rn");
44. }

复制代码

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。