OpenCL 中的低通滤波器

Question

我正在尝试在 OpenCL 中实现一个低通滤波器，而这一切背后的理论让我有些困惑。在我解释了场景之后，我在底部附上了我的代码。

首先，让我试着用点的形式解释整个场景。

• 对于输入，我们有一个 cos 信号，它具有样本大小、频率（通过将样本大小与频率相乘获得的频率样本）和步长。
• 每个步长的值存储在一个数组中，频率和步长乘以函数
• 然后这个数组被传入内核，然后内核将执行低通滤波器功能。
• 内核返回一个包含新过滤值的输出数组。

cos函数总是从(-1,1)返回一个值，唯一改变这个值的是频率。因此它可能会更快或更慢地重复，具体取决于频率，但它始终介于 (-1,1) 之间。

这是我感到困惑的地方，我不确定如何对这些值应用低通滤波器。假设滤波器的截止频率为 100Hz。我不能只说：

if(array[i] > 100 ) { //delete or ignore this value. Else store in a array }

这不起作用的原因是 array[i] 的值范围为 (-1,1)。那么我该如何应用这个过滤器呢？我要比较什么值？

从物理的角度来看，我可以看到它是如何工作的，一个电容器和一个电阻器来计算截止频率并通过电路发送输入。但是以编程方式，我看不到如何实现这一点。我在网上看到过很多这样的实现，但是代码没有足够的文档来很好地理解发生了什么。

这是我主机端的代码：

//Array to hold the information of signal
float *Array;

//Number of sampling points 
int sampleSize = 100;
float h = 0;

//Signal Frequency in Hz
float signalFreq = 10;

//Number of points between 0 and max val (T_Sample)
float freqSample = sampleSize*signalFreq;

//Step = max value or T_Sample
float stepSize = 1.0 / freqSample;

//Allocate enough memory for the array
Array = (float*)malloc(sampleSize*sizeof(float));

//Populate the array with modified cosine
for (int i = 0; i < sampleSize; i++) {
    Array[0] = cos(2*CL_M_PI*signalFreq*h);
    h = h + stepSize;
    printf("Value of current sample for cos is: %f \n", Array[0]);
}

我的内核只有如下：（显然这不是过滤器的代码，这是我感到困惑的地方）。

__kernel void lowpass(__global int *Array, __local float *cutOffValue, __global int *Output) { 
    int idx = get_global_id(0); 
    Output[idx] = Array[idx];
};

我发现这个 PDF 实现了很多过滤器。在文档末尾附近，您可以找到低通滤波器的浮点实现。

http://scholar.uwindsor.ca/cgi/viewcontent.cgi?article=6242&context=etd

在该 pdf 中的过滤器实现中，将 data[j] 与 value 进行比较。我也不知道 numItems 或 workItems 是什么。

如果有人能对此提供一些见解，那就太好了。我已经搜索了很多关于低通滤波器的其他示例，但我无法完全理解实现。我希望我把这个问题说清楚了。同样，我知道低通滤波器是如何/做什么的。我只是不知道需要比较哪些值才能进行过滤。

也发现了这个问题：

Low Pass filter in C

Answer 1

我有一个可能的解决方案。我正在尝试的是移动平均 fir（有人告诉我这是可以实现的最简单的低通滤波器形式）。

需要什么：

• FIFO 缓冲区
• 系数值（我从 matlab 生成并获得了我的特定截止频率）
• 程序的输入和输出数组

我还没有明智地实现此代码，但我确实了解如何在理论上使用它。我在下面创建了一个图表来尝试解释这个过程。

基本上，来自另一个输入数组的值将一次一个地传递到 FIFO 缓冲区。每次传入一个值时，内核都会对具有“n”个抽头的 FIFO 缓冲区进行乘法运算。每个抽头都有一个与之相关的系数值。因此，特定元素的输入乘以系数值，然后将所有值累加并存储在输出缓冲区的一个元素中。

请注意，系数是在 Matlab 中生成的。我不知道如何获取这些值。起初我打算只使用 1/n 的系数，但我很确定这只会扭曲信号的值。

这应该可以解决问题，我现在将在代码中实现它，但如果这个理论有任何问题，请随时纠正它。