Рекурсивный цифровой фильтр
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК .
09) (11) 3(51) Н 03 Н 17 04
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1
К ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
4
t„y. (ГОСУ61РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHPI (21) 3523934/18-24 (22) 21.12 ° 82 (46) 23.02.84. Бюл. Р 7 (72) В.A. Власенко и Ю.M. Лаппа (71) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (53) 681.32(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР
9 577533, кл. Н 03 Н 17/04, 1977.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 762007, кл. H 03 Н 17/04, 1980 (прототип). (54)(57) РЕКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОИ ФИЛЬТР, содержащий блок задержки, информационный выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого соединен с первым входом умножителя, выход которого подключен к первому, входу первого сумматора, выход которого соединен с информационныи входом регистра, информационный выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, информационным входом блока задержки и является информационным выходом фильтра, а второй вход элемента И является информационным входом фильтра, и регистр коэффициентал усиления, о тл и ч а ю шийся теи, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены первый и второй коммутаторы, первый и второй генераторы тактовйх импульсов, формирователь импульсов, счетчик, второй сумматор, кольцевой сдвиговый регистр коэффициентов и группа кольцевых сдвиговых регистров, поправок, выход ,первого генератора тактовых импуль.сов соединен с входом формирователя импульсов, выход которого подключен к третьему входу элемента И, устанбвочному входу регистра, управляющему входу перв0го коммутатора, установочному входу счетчика и входу запуска второго генератора тактовых им пульсов, выход которого подключен к тактовому входу блока задержки, тактовому входу регистра, управляющему входу кольцевого сдвигового регистра коэффициентов и тактовому входу счетчика, выход старшего разряда которого соединен с входом останова второго генератора тактовых импульсов, входом записи блока задержки и управляющими входами кольцевых сдви говых регистров поправок группы,: информационные выходы которых соединены с соответствующими информационными входами второго коммутатора, информационный выход которого соединен с первым входом второго сумматораа, выход кот орого и одключ ен к первому информационному входу первого коил1утатора, информационный выход которого соединен с вторым входом умножителя, информационный выход регистра коэффициента усиления подключен к второму информационному входу первого коммутатора, третий информационный вход которого соединен с информационным выходом кольцевого сдвигового регистра коэффициентов, выход младшего разряда которого подключен к второму входу второго сумматора, управляющий вход второго коммутатора соединен с ин-Формационным выходом счетчика.
1075374
Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может бы ис т ыть . пользовано в аппаратуре цифровой фильтрации сигналов.
Известен цифровой фильтр испольI 5 эуемый для цифровой обработки сигналов P1) .
Недостатком данного устройства являе т ся н е об ходи мо ст ь допол нит ель ной обработки выходных отсчетов фильтра для уменьшения погрешностей вычислений, обусловленных квантованием коэффициентов фильтра, что уменьшает его быстродействие.
Наиболее близким rc изобретению по технической сущности является цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные блок задержки и арифметический блок, вход которого является входом фильтра, блок синхронизации, первый выход которогосоединен 2О с. управляющим входами блока памяти . и блока задержк, первый коммутатор, блок округления (вероятностного), второй коммутатор и блок усреднения, выход которого является выходом фильтр 5 ра, последовательно соединенные первый коммутатор, блок округления, второй коммутатор, один выход которого соединен с третьим входом арифметического блока, а другой — с входом Зр блока усреднения и блока задержки, выход арифметического блока соединен с информационным входом первого коммутатора, другой информационный вход которого соединен с выходом блбка памяти, второй выход блока синхрониза35 ции подключен к управляющему входу первого коммутатора, а третий и четвертый выходы блока синхронизации соединены с управляющими входами второго коммутатора и блока усредне- 4О ния (2) .
Недостатком иэвеСтного цифрового фильтра является необходимость многократного вычисления выходных отсчетов цепи или их усреднения по 45 ансамблю. Такая необходимость возникает иэ-эа. сущности самого метода вероятностного округления, применяемого в схемной реализации, для уменьшения ошибок квантования. Очевидно, что необходимость усреднения выходных отсчетов существенно понижает быстродействие фильтра, причем для эффективного уменьшения погрешностей, обусловленных квантованием коэффициентов, число усреднений должно быть большим. бр Повышение быстродействия предлагаемого цифрового Фильтра по сравнению с известным достигается тем, что в предлагаемом устройстве умень- шение ошибок квантования достигается не за <;, вычислений каждого выходЦель изобретения — пОвышение бы<=тродействия и точности цифрового фильтра.
Эта цель достигается тем, что, в известный цифровой фильтр, содержащий блок задержки, информационный выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого соединен с первым входом умножителя, выход KOTopol о подключен K первому входу первого суиматора выход ко торого соединен с информационн входом ре ги стра, информационный выход которого соединен с вторым вхо-. дом первого сумматора, информационным входом блока задержки и является информационным выходом фильтра, а второй вход элемента И является информационным входом фильтра, и регистр коэффициента усиления, введены первый и второй коммутаторы, первый и второй генераторы тактовых импульсов, формирователь импульсов, счетчик, второй сумматор, кольцевой сдвиговый регистр коэффициентов и группа кольцевых сдвиговых регистров поправок, выход первого генератора тактовых импульсов соединен с входом формирователя импульсов, выход которого подключен к третьему входу элемента И, установочному входу регистра, управляющему входу первого коммутатора, установочному входу регистра, управляющему входу первого коммутатора, установочному входу счетчика и входу запуска второго генератора тактовых импульсов, выход которого подключен к тактовому входу блока задержки, тактовому входу регистра, управляющему входу кольцевого сдвигового регистра коэффициентов и тактовому входу счетчика выход старшего разряда которого соединен с входом останова второго генератора тактовых импульсов, входом записи блока задержки и управляющими входами кольцевых сдвиговых регистров поправок группы, информационные выходы которых соединены с соответствующими информационными входами второго коммутатора, информационный выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход которого подклкчен к первому информационному входу первого коммутатора, информационный выход которого соединен с вторый входом умножителя, информационный выход регистра коэффициента усиления подключен к второму информационному входу первого коммутатора, третий информационный вход которого соединен с йнфориационныгл выходом кольцевого сдвигового регистра коэффициентов, выход младшего разряда которого подключен к второму входу второго сумматора, управляющий вход второго коммутатора соединен с информационным выходом счетчика.
1075374 ного отсчета y(n), а за одну реализациюю вычисле ния у (n ) . Уменьшение ошибок, обусловленных квантованием коэффициентов фильтра, за одну реализацию вычисления у(n) достигается тем, что в предложенном устройстве .вместо уравнения (1) фактически вычис. ляется решение уравнения,(2) и
q(n1s) = .Е а; ц(и-1) i Ь х (nl;
1=О
10 м (ь1) = Е а,(n) g(n-i) 15 где,последовательность коэффициентов Q, (и) задается в следующем порядке: а;(11ичч ъ)=а,(п1ц+ чи 1) = ... = a1/wk„t&+(k1.-1)1"-а ) . 20 a;$(n1ii4)м„ t 1чч)=а„. где m - =0,1,2,3,... Коэффициенты Я;, и A вычисляются с помощью Формулы (4) а;,-а;-да,.; о;2=а;+аа";; если аа"„.>да,; a;,=а;лда„".;а; =a„-6а ;;если аа „ +aa,, 30 где $0< 2 — погрешность, возникаю-. щая при усечении коэффициента O,до В двоич- З5 ных разрядов; ар!! g- e g n, Коэффициент К, в формуле (3) - величина цикла коммутации коэффициента определяется из (5) ll М;=ЕЮ, 10,5,если ыа",ъаа ;, a „ 1 или 45 или в формальном виде 11 10 11 > " 111 З С(1(зч.1) где Я; е (0,1(. 1, Ч (з 1:Ч (е+м" Отсюда (4) перепишется в виде щ 11 Ч<0>Ч111 "Ч1Я 12 Ч1 Ч 111 "И1з+11 2 если аа", а!, 11 31О1Ч« 11 " (ЪВ11) 4 Чча %1 ") 1Ь т если да" а ыа, . 65 Для двоичной арифметики коэффициенты. с,; можно представить в виде I (7) видно, что коэффициенты а;, и а представлены точно В разрядами и, следовательно, уменьшаются в диапазоне разрядной сетки В-разрядного арифмети еского блока и В-разрядного блока памяти. На чертеже представлена блок-схема цифрового фильтра. Цифровой фильтр содержит блок 1 задержки, элемент И 2, умножитель 3, сумматсцз 4, регистр 5, коммутатор б, регистр 7 коэффициента усиления, кольцевой сдвиговый регистр 8 коэффициентов, сумматор 9, коммутатор 10, группу кольцевых сдвиговых регистров 11 поправок, генераторы 12 и 13 тактовых импульсов, формирователь 14 импульсов и. счетчик 15 ° Цифровой фильтр работает следующим образом. По разрешающему сигналу с выхода формирователя 14 импульсов происходит подача на умножитель 3 через элемент И2 очередной выборки входного сигнала x(n) в параллельном коде. Опновременно через кожлутатор б на другой вход умножителя подается коэффициент усиления В, кроме того, данный управляющий сигнал производит очистку регистра 5 от предыдущего результата y(n-1). Тот же сигнал запускает генератор 12, который генерирует Ч импульсов, где V — порядок фильтра. Длительность управляющего импульса выбирается достаточной для вычисления произведения В x(n). При .окончании управляющего импульса происходит запись результата Ь x(n) в регистр 5 и переключение элемента ?I 2 и коммутатора б, при этом на уиножитель 3 подаются сомножители оч+Ц„,)и y(n-V). Произведение (a„- гч,,). (11-ч) сУммиРУетсЯ с пРедыдУщим результатом b х(n) и первым управляющим импульсом с выхода генератора 12 результат записывается в регистр 5. Кроме того, данны л управуправляющим сигналом производится сдвиг регистра 8 и блока 1 задержки, а также происходит смена адреса на коммутаторе 10. В. этом случае на сумматор 9 гоступают младший разряд коэффициентаач, и поправочный коэффициент 4 Ч, 1 Б результате на умно1 житель 3 бу„;; т поданы сомножители (o +q ) н у(и-Ч+1 ) и результат произч-.) веденн. грибавится к сумме регистра 5. Аналогичный процесс продолжаетсяс приходом каждого управляющего импульса с выхода генератора 12. Количество циклов вычислений равно порядку фильтра Ч. Через Ч циклов в регистре 5 образуется результат вида М Я= (a;1q;,).g(n- )1Ъ <(n). 1=1 Последний V-й управляющий сигнал о 1танавливает генератор 12 и осуществ3.075374 Вниипи Заказ 514/48 тираж 86 2 подписное Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектная, 4 ляет вывод полученного результата у(п) из регистра 5 на выход фильтра, а также запись у(п) в. блоке 1 задержки для дальнейших вычислений. Кроме того, по данному управляющему сигналу производится сдвиг регистров 11. В этом случае следующий результат, вычисленный фильтром, будет иметь вид Аналогично при вычислении следующих выборок в группе регистров 11 „ происходит циклический сдвиг групй коэффициентов. Учитывая, что коэффициенты Ч„ записаны в регистры 11 с учетом выражений (3) — (7) циФровой фильтр обладает высокой точностью вычислений за счет компенсации ошибок квантования коэффициентов фильтра. Предлагаемое устройство является более быстродействующим, чем известное, так как уменьшение шумов квантования в нем осуществляется при од однократном вычислении выходных отсчетов.
