Цифровой фильтр

 

ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержа щий первую группу элементов И, выходы которых соединены с информационными входами блока памяти, выг ход умножителя соединен с первым входом сумматора, первый информационный выход блока постоянной памяти подключен к входу дешифратора, первый выход которого соединен с первыми входами элементов И первой и второй групп, адресный вход блока памяти подключен к выходу элемента И,первый вход которого объединен с адресным входом блока постоянной памяти и является первым тактовым входом фильтра, вторые входы элементов И первой группы и выходы элементов И второй группы являются соответственно информационными входами и выходами фильтра, отличающийся тем, что,-с целью повышения быстродействия, в него введены первая и вторая группы сдвиговых регистров и буферный регистр коэффициентов, информационный выход котбрЪго,.,соединен с первым входом умножителя / второй информационный выход блока постоянной памяти соединен с информационным входом буферного регистра коэффициентов , вход записи которого является вторым тактовым входом фильтра, информационные выходы .блока памяти соединены с информационными входами сдвиговых регистров первой группы, информационные выходы которых соединены с вторым входом; .умножителя, управляющий вход которого объединен с входами записи сдвиговых регистров второй группы и является третьим тактовым входом i фильтра, выход сумматора подключен к информационным входам сдвиговых регистров второй группы, информационный выход последнего N -ного сдвигового регистра второй группы соединен с вторым входом сумматора, инфо1эмацион«ые выходы сдвиговых регистров второй группы соединены с вторьами входами элементов И второй .группы, первые входы которыхобъединены с входами записи сдвиговых ресд со л . гистров второй группы, второй выход дешифратора соединен с вторым входом элемента И, выходы записи первых (N- 1) сдвиговых регистров первой группы объединены и являются четвертым тактовым входом фильтра , вход записи последнего N -ного сдвигового регистра первой группы является пятым тактовым входом фильтра, а входы сдвига сдвиговых /регистров первой группы объединены и являются шестым тактовым входом фильтра.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(50 Н 0.3 Н 17 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3468659/24 (22) 09.07.82 (46) 07.12.83. Бюл. М 45 (72) С.Н.Титовский, Н.В.Титовская )

В.К.Шмидт, В.В Шах и A.M.Бакшаев (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 681.32(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 516043, кл. Н 03 Н 17/06, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 758166, кл. Н 03 H 17/06, 1978 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОИ ФИЛЬТР, содержащий первую группу элементов И, выходы которых соединены с информационными входами блока памяти, вы . ход умножителя соединен с первым входом сумматора, первый информационный выход блока постоянной памяти подключен к входу дешифратора, первый выход которого соединен с первыми входами элементов И первой и второй групп, адресный вход блока памяти подключен к выходу элемента

И, первый вход которого объединен с адресным входом блока постоянной памяти и является первым тактовым входом фильтра, вторые входы элементов И первой группы и выходы элементов И второй группы являются соответственно информационными входами и выходами фильтра, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первая и вторая группы сдвиговых регистров и буферный регистр коэффициентов, информацион„„Я0„„1О59670 A ф . 1 в у

/ щ с ный выход которого,.соединен с первым входом умножителя"," второй:HH формационный выход блока постоянной памяти соединен с информационным входом буферного регистра коэффициентов, вход записи которого является вторым тактовым входом фильтра, информационные выходы блока памяти соединены с информационными входами сдвиговых регистров первой группы, информационные выходы которых соединены .с вторым входом умножителя, управляющий вход которого объединен с входами записи сдвиговых регистров второй группы и является- третьим тактовым входом фильтра, выход сумматора подключен к информационным входам сдвиговых регистров второй группы, информационный выход последнего N -ного сдвигового регистра второй группы соединен с вторым входом сумматора, информационные выходы сдвиговых регистров второй группы соединены с вторыми входами элементов И второй ° . группы, первые входы которых объеди.нены с входами записи сдвиговых регистров второй группы, второй выход дешифратора соединен с вторым входом элемента И, выходы записи первых (N — 1) сдвиговых регистров первой группы объединены и являются четвертым тактовым входом фильтра, вход записи последнегс N -ного сдвигового регистра первой группы является пятым тактовым входом фильтра, а вмоды.сдвига сдвиговых

:регистров первой группы объединены и являются шестым тактовым входом фильтра.

1059670 .

Изобретение относится к вычислй= тельной технике и может быть применено в системах обработки информации, информационно-измерительных. системах.

Известен цифровой фильтр, осуществляющий операцию свертки последовательности отсчетов входного сигнала и соответствующих весовых коэффициентов, содержащий блок памяти коэффициентов, блок памяти отсчетов, матричный умножитель, накапливающий сумматор, реверсивный. счетчик, предназначенный для уменьшения аппаратурных затрат за счет сокращения емкости блока памяти 15 коэффициентов 1 g.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой фильтр, содержащий блок управления, блок памяти коэффициен" gg тов, блок ум Гожения, сумматор, блок памяти отсчетов, дешифратор, элемент И, первую группу элементов

И, вторую группу элементов И, причем выход блока управления соединен д5 с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом блока памяти отсчетов,. выход блока памяти отсчетов соединен с вторым входом блока умножения, первый вход которого соединен с первым выходом блока памяти коэффициентов, выход блока умножения соединен с входом сумматора, выход которого соединен с вторым входом второй группы элементов И, выход которой является выходом устройства в целом. Вход бло, ка памяти коэффициентов соединен с выходом блока управления, второй выход блока памяти коэффициентов соединен с входом дешифратора, выход 4О которого соединен с первым входом элемента И, и с первыми входами первой и второй групп элементов И, выход первой группы элементов И соединен с вторым входом блока памяти 45 отсчетов, а второй. вход является входом устройства в целом.

Недостатком данных цифровых фильт. ров является малое быстродействие, обусловленное большими затратами времени на считывание отсчетов и коэффициентов из блоков памяти отсчетов и коэффициентов, и большим .временем перемножения отсчетов и коэффициентов,.

Цель изобретения - увеличение быстродействия за счет сокращения, затрат времени на считывание и времени умножения.

Поставленная цель достигается 60 тем, что в цифровой фильтр, содержащий первую группу элементов И, выходы которых соединены с информационными входами блока памяти, выход умножителя соединен с первым g5 входом сумматора, первый информационный выход блока постоянной памяти подключен к входу дешифратора, первый выход которого соединен с первыми входами элементов И первой и второй групп, адресный вход блока памяти подключен к выходу элемента И, первый вход которого объединен с адресным входом блока постоянной памяти и является первым тактовым входом фильтра, вторые входы эле ментов И первой группы.и выходы элементов И второй группы являются соответственно информационными входами и выходами фильтра, введены первая и вторая группы сдвиговых регистров и буферный регистр коэффициентов, информационный выход которого соединен с первым входом умножителя, второй информационный выход блока постоянной памяти соединен с информационным входом буферно" го регистра коэффициентов, вход за" писи которого является вторым тактовым входом фильтра, .информационные выходы блока памяти соединены с информационными входами сдвиговых регистров первой группы, информационные выходы которых соединены с вторым входом умножителя, управляющий вход которого объединен с входами записи сдвиговых регистров второй группы и является третьим тактовым входом фильтра, выход сумматора подключен к информационным входам сдвиговых регистров второй группы, информационный выход последнего N -ного сдвигового регистра второй группы соединен с вторым входом сумматора, информационные выходы сдвиговых регистров второй группы соединены с вторыми входами элементов И второй группы, первые входы которых объединены с входами записи cöâèãoâûõ регистров второй группы,:второй выход дешифратора соединен с вторым входом элемента

И, входы записи первых (k — 1J сдвиговых региСтров первой группы объе;,. динены и явЛяются четвертым тактовым входом фильтра, вход записи последнего N -ного сдвигового регистра первой группы является пятым тактовым входом фильтра, а входы сдвига сдвиговых регистров группы объединены и являются шестым тактовым входом фильтра.

На фиг. 1 приведена блок-схема цифрового фильтра; на фиг. 2 — конкретная реализация умножителя; на фиг: 3 и фиг. 4 — группы сдвиговых регистров.

Цифровой фильтр содержит блок 1 постоянной памяти (коэффициентов ), буферный регистр 2 коэффициентов, умножитель 3, блок 4 памяти (отсчетов ), первую группу сдвиговых ре1059670 гистров (отсчетон ) 5, сумматор б, вторую группы сдвиговых регистрон (частичных сумм) 7, дешифратор 8, элемент И 9, первую группу элементов И 10, вторую группу элементов

И 11, перный 12, второй 13, третий

14, четвертый 15, пятый 16 и шестой

17 тактовые входы фильтра.

Цифровой фильтр работает следующим образом в устанониншемся режиме.

Иэ блока управления, представляющего собой совокупность шести генераторов тактовых импульсов, (фиг. 1 ) по входу 12 импульс поступает на вход адресных счетчиков блока 1 памяти и через элемент И 9 проходит на вход адресных счетчикон блока 4 памяти. Считанное значение коэффициента g импульсами 11о входу

13 поразрядно заносится в буферный регистр 2 коэффициентов и поступает на вход умножителя 3. Одновременно с занесением первоГо разряда весового коэффициента импульсами по .входам 15 и 16 значения считанных входных отсчетов (Х ..., К)+),.1) заносятся в сдвигоные регистрй 5 первой группы.

Первая группа сдвиговых регист-. ров 5 отсчетов (фиг. 3) содержит Й сдвиговых регистров, .замкнутых в кольцо

Отсчет Х поступает на вход умножителя 3. Одновременно на другой, вход умножителя 3 поступает занесенное значение разряда весового коэффициента

Умножитель 3 (фиг. 2 ) содержит регистры, сумматоры, группы элементов И, услонно сгруппированные в ярусы.

Первый отсчет Х поступает на вход регистра первого яруса и, при наличии соответствующего значения в занесенном разряде весового коэффициента, через группу элементов И нулевого яруса поступает на вход . регистра нулевого яруса. Импульсом по входу 14 значение Х, заносится

:L в регистр первого яруса, а произведение данного отсчета на разряд коэффициента заносится в регистр нулевого яруса. Одновременно импульсом по входу 13 в буферный регистр коэффициентов заносится следующий разряд считанного весового коэффициента и импульсом по входу 17 отсчеты в сдвиговых регистрах 5 первой группы циклически сднигаются на одну позицию, и на вход умножителя 3 поступает отсчет Х . Отсчет Х

4+1 L с выхода регистра первого яруса поступает на вход регистра второго яруса и, при наличии соответствующего значения н занесенном разряде весового коэффициента, через группу элементов И первого яруса поступает на вход сумматора со сдйигрм равным номеру яруса. На второй вход сумматора поступает код с выхода регистра нуленого яруса. Импульсом по входу 14 код отсчета Х заносится

5 в регистр второго яруса и просуммируются коды, присутствующие на входах сумматора первого яруса. Одновременно отсчет Х + заносится н регистр первого яруса и произведение отсчета Х 1на первый разряд весового коэффициента заносится в регистр нулевого яруса. Одновременно ймпульсом по входу 17 входные от=четы циклически сдвигаются на одну позицию и на вход умножителя 3 поступает отс гет Х) +2, а импульсом по .входу 13 в буферный регистр коэффициентов 2 заносится следующий разряд коэффициента и описанные процессы повторяются на каждом ярусе.умножителя 3 с соответствую.яими отсчетами. Описанные процессы умножения повторяются до тех пор, пока последним импульаом по входу 13 в буферный регистр коэффициентов 2 не будет занесен последний разряд весового коэффициента g . После зтоо го импульсом по входу 12 изменяется адрес коэффициента в блоке 1 постоянной памяти и по истечении времеЗ0 ни, необходимого для считывания, на входе буферного регистра коэффициентов 2 появляется отсчет

Одновременно этот импульс через элемент И 9 поступает на вход блока 4

35 памяти, а именно на вход адресных счетчиков этого блока, и на его выходе появляется отсчет Х, который поступает на вход первого регистра сдвигоных регистров 5 первой

40 гРУппы. Произведение q Х; с выхода умножителя 3 через сумматор б поступает на вход сдвиговых регистров 7 второй группы.

Вторая группа 7 сдвиговых регист45 Рон (частичных сУмм )(фиг. 4.) содержит N сдвиговых регистрон, причем между первым и вторым регистрами включена группа элементов И, имеющая инверсный вход.

50 ™ульсом по входу 14 произведе ние gz Х < заносится и первый регистр группы 7, а на выхоДе умножителя 3 появляется произведение Х ъ О L, 4- f которое также поступает на вход сдни55 говых регистрон 7 второй группы.

Следующим импульсом по входу 14 произведение X в групйе 7 перемещается в соседйий регистр, à Hà его место заносится произведение Х ъо <.+1 а на вход сдвиговых регистров 7 груп60 пы поступает произведение Х ъо 4+2 ° которое в свою очередь заносится в сдниговые регистры 7 второй группы,, в то время как находящиеся там произведения сдвигаются на одну пози65;цию, и т.д. В то же нремя цикличес1059670

6 кий сдвиг отсчетов Х, ° ..,Х,,„ первой группе 5 сдвиговых регйстроц и умножение их в умножителе 3 на коэффициент „продолжается до тех пор, пока на вход умножителя 3 не поступает отсчет Х „ „. После его умножения на младшйй разряд коэффициента е.- импульсами по входам 13 и 16 в сдвиговые регистры 5 первой группы на место отсчета Х„,4 „ заносится отсчет Х„ „, а в буферный ре гистр коэффициентов 2 заносится младший разряд коэффициента р,, который поступает вместе с вновь занесенным отсчетом на входы умножителя 3. Описанные процессы пораз рядного занесения коэффициента и умножения его на входные отсчеты повторяются для отсчетов входной последовательности Х„.,,..., Х +4

Когда на выходе умножителя 3 йоявляется произведение „ Х +4< оно. записывается в первый регистр второй груПпы 7 сдвиговых регистров, а остальные произведения во второй группе 7 сдвиговых регистров сдвигаются на одну позицию, причем произведение е Х заносится в й-й ре0 гистр второй группы .7 и с выхода его поступает на второй вход сумматора 6. Произведение „Х „ с выхода умножителя 3 поступает -на пер вый вход сумматора 6, и на вход сдвиговых регистров 7 второй группы поступает сумма произведений (о- Х, „ Х, „) . Эта частичная сумма импульсом по входу 12 записывается в сдвиговые регистры 7 второй группы, с выхода которого на вход сумматора 6 поступает произведение

Е. Х „, которое в свою очередь просуммируется с произведением е.„ Х, появившемся на выходе умножителя 3, и записывается во вторую группу 7 сдвиговых регистров, с выхода которого на вход сумматора 6 поступает следующее произведение и т.д. Таким образом, к имеющимся в сдвиговых регистрах 7 второй группы произведе ниям еХ + добавляются произведения

g„ÕI,„„„! В следующем цикле описаннйе йроцессы повторяются, и к имею" щимся частичным суммам добавляются произведенияф Х 2 и т.д. В результате N+ 1 повторений описанных циклов в сдвиговых регистрах 7 второй группы сформируются суммы вида

М которые и:;:являются ,«0% Ь-1+Ю,О,М- .

1Е выходными отсчетами А,+в, =О,4-1

Отсчеты(, „последовательно появляются на "выходе цифрового фильтра только после подачи разрешающего сигнала с дешифратора 8 на вход вто.

Использование новых элементов: буферного регистра коэффициентов, первой группы сдвиговых регистров . (отсчетов ), второй группы сдвиговых регистров частичных сумм отличает цифровой фильтр от известных, так как повышается быстродействие фильтра.

Суммарные затраты времени на считывание отсчетов входной после1 довательности в этом случае равны вреюени занесения элементов входной последовательностир блок сдвиговых регистров отсчетов, а время. умножения равно времени сложения.

60 рой .группы элементов И 11, Цешифратор 8 вырабатывает запрещающий сигнал, который подается на вход эле.мента И 9 для запрещения подачи им пульса на вход адресных счетчиков блока 4 памяти. Этот запрещающий; сигнал вырабатывается при считйвании весового коэффициента; „ из блока 1 постоянной памяти. Разрешающий сигнал с дешифратора 8 посту10 пает на входы первой и второй. групп элементов И 10 и 11 по истечении времени, необходимого для формирования первого выходного отсчета Y в первом регистре второй группы 7

15 сдвиговых регистров . Этот сигнал разрешает прохождение выходных отсчетов, ....,Y 4,,на выход цифрового фйльтра по мере их формирования в первом регистре второй груп-.

20 пы 7 сдвиговых регистров. Одновременно этот сигнал, поступив на инверсный вход группы элементов И сдвиговых регистров 7 второй группы, запрещает сдвиг накопленных

25 сумм из первого РегистРа во второй внутри сдвиговых регистров 7 второй группы, и регистры этой группы последовательно заполняются нулями. .Этот же разрешающий сигнал с выхода дешифратора 8, поступив на вход первой группы элементов И 10, разрешает прохождение в блок 4 памяти отсчетов XI+4,...,Xt +24 1 и запись их в этот блок на месте отсчетов

Х, Х +4 „ соответственно.

На этом вычислительный такт заканчивается. В следующем такте первыми заносятся в сдвиговые регистры

5 первой группы именно вновь записанные отсчеты Х L+ 4,...,Х 1+ 4„, 40 так как импульс по входу 14, возвращающий адресные счетчики блока 1 постоянной памяти в исходное состояние, на вход блока 4 памяти ке, проходит из-за наличия в этот мо- .

45 мент запрещающего сигнала на входе элемента H 9.

1059670

1059670.

brunet ore жс Ы

Составитель A.Áàðàíoâ, Редактор О.Сопко Техред М,Надь-. Корректор Г.Ре<етник

Эакаэ 9857/58 Тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4