Цифровой рекурсивный фильтр

 

Изобретение относится к дифровой радиоизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых анализаторов спектра и устройств цифровой фильтрации сигналов, у которых интервал времени между входными отсчетами меньше, чем интервал времени вычисления одного выходного отсчета в узлах устройства. Цель изобретения - повышение быстродействия . Поставленная цель достигается за счет того, что цифровой рекурсивный фильтр содержит сумматор 1,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (59 4 Н 03 Н 17/04, G 06 F 15/353

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л .Ф

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3988456/24-24 (22) 09.12.85 (46) 07.04.87 Вюл. № 13 (7 1) Таганрогский радиотехнический институт им.В,Д.Калмыкова (72) В.И.Литюк, В.Н.Цыганков и А.В.Цыганкова (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1128264, кл. G 01 F 23/00, 1984.

Голд Б,, Рейдер Ч. Цифровая обработка сигналов. N.: Советское радио, 1973, с. 53, рис. 2.18. (54) ЦИФРОВОЙ РЕКУРСИВНЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к цифровой радиоизмерительной технике и может быть использовано при построении цифровых анализаторов спектра и устройств цифровой фильтрации сигналов, у которых интервал времени между входными отсчетами меньше, чем интервал времени вычисления одного выходного отсчета в узлах устройства.

Цель изобретения — повышение быстродействия. Поставленная цель достигается за счет того, что цифровой рекурсивный фильтр содержит сумматор 1, элементы задержки 2, умножители 3, блок постоянной памяти 4, элементы задержки 5,6, сумматоры 7, умножители 8, элемент задержки 9, умножи1302420 тель 10, элемент задержки 11, умножитель 12, элементы задержки 13, умно- . жители 14, 15, 16 и элемент задержки 17. 2 ил.!

Изобретение относится к цифровой радиоизмерительной технике и может быть использовано при построении цифрЬвых анализаторов спектра и устройств цифровой фильтрации сигналов, у которых интервал времени между входными отсчетами меньше, чем интервал времени вычисления одного выходного отсчета в узлах устройства, Целью изобретения является повыше- >0 ние быстродействия.

На фиг.1 изображена структурная схема цифрового рекурсивного фильтра с N входами и выходами, на фиг.2 временные диаграммы работы цифрового рекурсивного фильтра с тремя входами и тремя выходами.

Ъ

Цифровой рекурсивный фильтр содержит сумматор 1, элементы 2 задерж- 20 ки, умножители 3, блок 4 постоянной памяти, элементы 5 и 6 задержки, сумматоры 7, умножители 8, элемент 9 задержки, умножители 10, элемент 11 задержки, умножители 12, элемент 13 25 задержки, умножители 14-16 и элемент 17 задержки.

Рассмотрим работу цифрового рекурсивного фильтра при N-кратном распараллеливании входных отсчетов. 30

Пусть в момент времени t=0 во всех цифровых элементах 5 задержки (ЦЛЗДЧ5), ЦЛЗДЧ2, ЦЛЗДЧ6, ЦЛЗД9, ЦЛЗДЧ11 записаны нули и на .все N входов устройства поступают коды выборок входной реализации х„ » х „,, 35 х,...,хд „, где первый индекс оэ1 1 качает степень распараллеливания входной реализации, а второй индекс указывает номер выборки в последовательности входных отсчетов. Одновременно из блока 4 постоянной памятй (ПЗУДЧ4) на вторые входы всех умножителей 10 (ПмДЧ10) поступает код числа В, равный первому коэффициенту об45 ратной связи цифрового рекурсивного

;фильтра В В1. В этот же момент време2 ни коды выборок входной реализации

xg о x -, хри1 поступают на первые входы N-1-го. ПмДЧ8, одновременно код, соответствующий числу хдо, поступает на первый вход первого СмДЧ7, а коды выборок х„ х„,...,х,ц,, — на входы соответствующих И-1 ЦЛЗДЧ5, имеющих задержки

t= Т . В момент времени t=O в первом

СмДЧ7 происходит суммирование, и в момент времени t=- Г на выходе первого СмДЧ7 образуется код, соответствующий числу x „ + 0 + 0 + О, который поступает на вход ЦЛЗДЧ9, обеспечивающего задержку на выходах N-1-ro

ПмДЧ8. В момент времени t= ь образуются коды чисел, соответствующих числам х,о В, х„д ° В, х> В,..., х„ В, которые поступают на вторые входы соответствующих N-2-х СмДЧ7 и на второй вхоц СмДЧ1 после N-2-х

ЦЛЗДЧ5, на первые входы N-2-х соответствующих СмДЧ7 поступают коды выборок хц,,х „д,...,х ц „„, код, соответствующий выборке х д,, поступает одновременно на первый вход СМДЧ1 и на вход ЦЛЗДЧ6, который дает задержку íà t= с .

В момент времени t= в СмДЧ7 и СмДЧ1 происходит суммирование действительных чисел, поступающих на их входы, при этом на их выходах, а значит, и на первом, втором, третьем, четвертом,..., N-м выходах устройства в момент времени t=2c, получаются ко-. ды, соответствующие числам у = х + Вх„

У,, = >g, + уил хн3 + Вхм2 Ф уи+ = +N, +

3 13024 а на выходе ЦЛЗДЧ9, а значит и на выходе устройства,под номером 1 — код, соответствующий числу у„о = х„о + О.

Таким образом, в момент времени

t 2Т на N выходах устройства появляются коды, соответствующие отклику цифрового рекурсивного фильтра второго порядка в соответствующий момент времени. Одновременно код, соответствующий числу у„, поступает 10 на вход ЦЛЗДЧ11, который дает задержку на с= » и на первый вход ПмДЧ10.

Одновременно из ПЗУДЧ4 поступает код числа Д, Д = В1 + В2, где В1, В2 коэффициенты обратной связи цифрово- 15

ro рекурсивного фильтра второго порядка. Коды, соответствующие числам

° » QN N-г поступают на входы N-2-х ЦЛЗДЧ13, которые дают задержку на t= » код, соответствующий 20 числу у„ и,, поступает на вход

ЦЛЗДЧ2, который дает задержку на

t-=

В момент времени t= с на первый 25 вход ПмДЧ16 с выхода ЦЛЗДЧб поступа- ет код, соответствующий числу х „ „, одновременно из ПЗУДЧ4 поступает код, соответствующий числу В, В = В1, где B1 — коэффициент обратной свя- 30 зи цифрового рекурсивного фильтра в момент времени й=З на выходе ПмДЧ16, а следовательно, на втором входе первого СмДЧ7 — код, соответствующий числу х„ „,. В. Одновременно на входы

I цифрового рекурсивного фильтра поступает вторая группа выборок входных чисел XN N» XNN»»» ° ° ° » Хиг» Ко торые поступают на первые входы

N-1-го ПмДЧ8. Код, соответствующий 40 числу х „„, поступает на первый вход первого СмДЧ7, одновременно коды, соответствующие числам х и я „, х „„,;

Ф х „„,, поступают на соответствующие входы N-1 ЦЛЗДЧ5, в этот же 45 момент времени на выходе ПмДЧ10 появится код, соответствующий числу

Уир Д = (х „,+ В ° х „ ) ° Д, который одновременно появляется и на четвертом входе первого СмДЧ7, в момент времени г.=З, происходит суммирование кодов, поступающих на входы первого

СмДЧ7. В этот же момент времени на первом входе ПмДЧ12 появится код,. соответствУющий чис У Уи,о= хи, + В хио» 55 одновременно из ПЗУДЧ4 на второй вход ПмДЧ12 поступает код, соответствующий числу Е = Bl ° В2. На первом входе ПмДЧ14 и одновременно на пер(х + 0) (хи, + В хио) уи,о уи,» E уи Е

У„Е = (хи„г+ В х„и-3 ) Е, I которые одновременно поступают на третьи входы N-2-х СмДЧ7 с номерами

i+ 1 где i=1 2,3,...,6. ..N-2, код, соответствующий числу у„ и Е = (x N N + В" х и, и-з ) E» постУпает на третий вход СмДЧ1. В этот же момент времени происходит суммирование в этих СмДЧ7 и СмДЧ1 кодов, поступивших на их входы, при этом на их выходах, а значит и на соответствующих выходах устройства, в момент времени t=5а появятся коды, соответствующие числам

+ В х и,и + 1 х и,о »

Уи,и+г = (х м.и+г + В хи,м.»+ Уи» Е) хи и«+ В хмм+ + E(x„+ В хмо з = (х„и, + В ° х„,„,г + уи,г E) х» „»+ В ° хи,и»» + Е(х„г + В хи,» )» °

Уи ги., — (хм ги i+ В хм,г и-z + Е ° YN N-г) =

На первом выходе устройства в этот же момент времени появится код, соответствУюЩий числУ Уи N = х„ g + В хи,+

Д Уио хи иt + B X» I+ g(xи<

20 4 вых входах ПмДЧ15 в момент времени с=3, появятся коды, соответствующие числам у„,, yNz .. .,уи „, а на первом входе ПмДЧЗ и на входе второй

ЦЛЗДЧ2 — код, соответствующий числу

y„ и, . Одновременно из ПЗУДУ4 на вторые входы всех ПмДЧ15 поступает код числа Е, а на вторые входы всех

ПмДЧ14, второго ПМДЧЗ вЂ” код числа Д, В момент времени =4 на выходе первого СмДЧ7 после операции сложения появится код, соответствующий числу х„N + В х„„+ g yN,p= хи „+ В XN,N. +

Д(х„, + В х„) = х„„+ В х„„,+

+ Д хи, + В Д хN о, котоРый оДновРеменно поступит на вход ЦЛЗДЧ9. В момент времени t=4 на выходах ПмДЧ11 и ПмДЧ13 появятся коды, соответствующие числам

13024

+ B ° Д ° x„, т.е. в момент времени и,о

С 6, после появления первой групкодов уц,<, > уи, > ° °°, ° уц и > ходах цифрового рекурсивного фильтра появится вторая группа кодов у„и

Уц <<< Уи и+ ° ° ° Уид и< . B 370T же момент времени код, соответствую- . щий числу у ни, поступает на вход

ЦЛЗДЧ11 и. на первый вход ПмДЧ10, одновременно на его второй вход из 10

ПЗУДЧ4 поступает код, соответствующий коэффициенту Д. Коды у„ ц„, уи „, у„ „ одновременно поступают на входы соответствующих ЦЛЗДЧ5, код уц и „ — на вход ЦЛЗДЧ2. В этот же

12H момент времени на входы цифрового рекурсивного фильтра поступает третья группа выборок входных чисел х „ги, хн ц „,: ..., х„ „,, которые подаются на первые входы Н-1-го ПмДЧЯ. Код числа х N,zä поступает на первый вход первого СмДЧ7, одновременно коды ц.ги+<, или+г3 ° уx„ » поступа ют на соответствующие входы N-1

ЦЛЗДЧ5, в этот же момент времени на выходе ПмДЧ10 появится код, соответствующий числу уи ц Д = (xN и+ B x „„< +

+ Д хи-<+ В Д хи,о ) l1 = хи,„Д +

+ В Д.хц„, + Д хи,+.Д В-х„, который одновременно появится на четвертом входе первого СмДЧ7, в этот же момент времени на выходе ПмДЧ16 появится код, соответствующий чис— лу х ц,„,, В, который одновременно появится на втором входе первого 35

СмДЧ7, а на его третьем входе появится код числа, полученный в результате перемножения во втором ПмДЧЗ и равный у „,Е = (хи„„,+ В хи „.,) Е

= Е хи,н.< + В E хм,и z.

В момент времени t=5 происходит суммирование кодов, поступивших на входы первого СмДЧ7. Одновременно на первом входе ПмДЧ12 появится код, 45 соответствующий числу уи, = хи и +

+ В х„ц,+ Д х„, + В д хи „, одновременно из ПЗУДЧ4 на второй вход

ПмДЧ12 поступает код, соответствующий числу Е=В1 В2. 50

На первых входах ПмДЧ14 и одновременно на первых входах ПмДЧ15 появятся коды, соответствующие числам

y„„„УН „, ° ° °,Уи,ги г ° a Ha neP вом входе первого ПмДЧЗ и на входе второй ЦЛЗДЧ2 — код, соответствующий числу уи „,, одновременно из ПЗУДЧ4 на вторые входы ПмДЧ14, первый ПмДЧЗ

20 6 поступает код числа Д, а на вторые входы ПмДЧ13 — код числа Е.

В момент времени С=8 ь на выходе первого СмДЧ7 после операции сложения появится код, соответствующий числу х„,„+ В х„ги+<+ Е ун N- + Д ° уи и =

= хи,г„+ В хи,ги<-<+ Е (хии <<В хNи з)+

+ g(XN1,+ в х„,+ д х„, + в д х„)=

= хнги+ В хи 2и-<+ Е xи „+ Е В хи,и- +

+ Д х„„+ Д В х„„,+ Д х„, + В Д х„, который одновременно поступает на вход ЦЛЗДЧ9. В этот же момент времени на выходе ПмДЧ12 появится код, соответствующий числу у„ „ Е = (хин +

+ В<хи ц, + Д.х„, + В "Д x «o )E, котоI рый одновременно появится на третьем входе второго СмДЧ7. На выходах

ПмДЧ14 после перемножения кодов появятся коды, соответствующие числам уии Д = (хи и<+ В хи ц+ Е хи )Д

x„N„,Ë + ВДхи и+ ЕДхц о

I уи и<2Д = хии<г+Вхи"„„+ Е(хи <+ Вх и,о )ll

0 уи<и- Д вЂ” (хили-г +»«,z и-э +Еи,и-э )Д

=х„и +Вхи и . +Е(хи и +Вх„и „) Д, которые одновременно появятся на четвертых входах СмДч7 с номерами i+1 где i=1,2,3,...,N-2, а на четвертом входе СмДЧ1 — код, полученный после перемножения кодов в первом ПмДЧЗ ун2и.<Д хиги <+ В хи,ги-г+Е уид хиги-<+ Виги-г +Е(хи,г + Вхи,и- )Д

В этот же момент времени на выходах

ПмДЧ12, всех ПмДЧ15, втором ПмДчЗ появятся коды, соответствующие числам у„ц E = х и,и еВхи,и-< +Д(хи,< +Bx ц,о ) E; и и+ Е (хи и <+Вхи и +Ехц о ) ф

1 1 которые одновременно поступают на третьи входы соответствующих СмДч7, на третий вход Смерч 1.

В момент времени t=9c, на выходах цифрового рекурсивного фильтра появится третья группа кодов, соответствующая числам уиги хи, и+Вх«,z«.< +Дуи,и +Еуи,и-< уи, и < =хиги,„+Вх<<,ги +Дуи и„+Е; у„,ц, хизи-+Bx«зи-г+Дуи,ги, +Еу г и

1З024

Таким образом, на выходах цифрового рекурсивного фильтра через с=3, после окончания переходного процесса", появляются группы кодов, число которых в группе равно степени распараллеливания входного процесса, и значения которых на каждом выходе представляют собой отклик цифрового рекурсивного фильтра в каждый момент времени на входное воздействие, опре- 10 деляемой выражением у, =у. + В1у,. + В2у

Последнее обстоятельство позволяет обрабатывать входные процессы, 15 частота дискретизации которых превышает частоту работы узлов СмДЧ1, СмДЧ7, ЦЛЗДЧ2, ПмДЧЗ в число раз, равное степени распараллеливания входного потока отсчетов. 20 формула изобретения

Цифровой рекурсивный фильтр, со- 25 держащий блок постоянной памяти, первую группу из И умножителей (N-количество каналов), первую группу из

И элементов задержки, первый сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены вторая группа из И умножителей, (N-1) сумматоров, вторая группа из (И-1) элементов задеРжки, третья группа из (И-1) умножителей, четыре элемента задержки и умиожитель, причем выход ».-го (i-1, И-() элемента задержки второй группы подключен к первому входу (i+ 1) -го сумматора, второй вход ко- 4р торого подключен к выходу i-го умножителя третьей группы, первый вход которого подключен к выходу i-го коэффициента первой группы блока постоянной памяти, выход j-го (j-1, N) 45 сумматора подключен к входу j-го элемента задержки первой группы, выход которого подключен к первому входу j-го умножителя первой груп20 пы, второй вход которого подключен к выходу j-го коэффициента второй группы блока постоянной памяти, выход j --го коэффициента третьей группы которого подключен к первому входу j-го умножителя второй группы, выход i-ro умножителя второй группы подключен к третьему входу (i+1)-го сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу (+1)-го умножителя первой группы, выход К-го (К-2, N- 1) элемента задержки первой группы подключен к второму входу К-го умножителя второй группы, выход первого u N-ro элемента задержки первой группы подключены к входам соответственно первого и второго элементов задержки, выходы которых подключены к вторым входам соответственно первого и второго умножителей второй группы, выход первого элемента задержки первой группы является первым информационным выходом фильтра, (i+1) ì информационным выходом которого является выход (i+1)-го сумматора, второй вход К-го умножителя третьей группы соединен с входом (К-1)-ro элемента задержки второй группы и является К-м информационным входом фильтра, N-м информационным входом которого является вход (N-1)-го элемента задержки второй группы, выход которого подключен к входу третьего элемента задержки, выход которого подключен к первому входу умножителя, второй вход которого подключен к выходу блока постоянной памяти, первым информационным входом фильтра являются соединенные между собой второй вход первого умножителя третьей группы и первый вход первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу умножителя, выход N-го умножителя второй группы подключен к входу четвертого элемента задержки; выход которого подключен к третьему входу первого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу первого умножителя первой группы.

1302420 ужо/ые и у/ сы

,у, Л

Ppm+1

Ху, Л+2

Ую

gy>m

Уя, Ю7Ф1

8 XJу Ж41

gy) m+3.Р,m+ f

Ep>,m

Я.щ Ф Я

Еу,m 1

Е p>,m+8

Составитель А,Баранов

Техред М.Ходанич

Редактор А.Шандор

Корректор Г,Решетник

Заказ 1224/55

Тираж 902

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,4