Устройство для цифровой фильтрации

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении вычислительных систем, функционирующих в реальном масштабе времени. Цель изобретения - упрощение устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для цифровой фильтрации состоит из k вычислительных блоков (k - длина входной последовательности ) и блока управления. Причем каждый вычислительный блок содержит узел постоянной памяти, регистр коэффициента , умножитель, сумматор, регистр результатов и коммутатор, а блок управления - счетчик 9, коммута- . с тор 10, дешифратор 11 и злемент Ш1И-НЕ 12. 2 ил., 1 табл. (Л П 1 СО 1C ел ел и 1.2 IK 1 Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ I5ÄÄÄ А1

pg 4 G 06 F 15/353

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фи@ 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r1O ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2I) 3975795/24-24 (22) 11.11.85 (46) 23.07.87.Бюл. Р 27 (7l) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Роман BbEKHKOBCKH l (Р1 ), Ю.С.Каневский и В.В,Чечь (SU) (53) 681.32 (088.8) (56) Патент Японии У 5222218, кл. С 06 F 7/39, опублик. 1977.

Авторское свидетельство СССР

В.1211748, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении вычислительных систем, функционирующих в реальном масштабе времени. Цель изобретенияупрощение устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для цифровой фильтрации состоит иэ 1 вычислительных блоков (k — длина входной последовательности) и блока управления. Причем каждый вычислительный блок содержит узел постоянной памяти, регистр коэффициента, умножитель, сумматор, регистр результатов и коммутатор, а блок управления — счетчик 9 коммута- а е тор 10, дешифратор ll и элемент

ИЛИ-НЕ 12. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении вычислительных систем, функционирующих н реальном масштабе времени °

Цель изобретения — упрощение устройства.

На фиг.! изображена. схема устройства для цифровой фильтрации; на фиг. 2 — схема вычислительного блока.

В таблице дана диаграмма работы устройства при фильтрации двумерных сигналов (k = 3, N = 5).

Устройство содержит k вычислительных блоков 1.1, 1,2, ..., 1,k блок 2 управления, Вычислительный блок l.j (фиг.2, 1 = 1,1с) содержит узел З.j постоянной памяти (емкостью k+1 ячеек), регистр 4.j коэффициента., умножитель

5.j, сумматор 6.j регистр 7 j результатов, коммутатор 8.1.

Блок 2 (фиг.1) содержит счетчик 25

9, коммутатор 10, дешифратор 11 и элемент ИЛИ-НЕ 12.

При выполнении фильтрации одномерных сигналов согласно формуле

30 у(п) =, ы (j) х(n-j+1), jlaf п=Е, k+ 1...,, Ы устройство работает следующим обра- зом, Во время этой операции под воздействием сигнала "Одномерная обработ"ка, поступающего на вход задания режима работы устройстна, на выходе 40 элемента ИЛИ-НЕ 12 формируется ypo". вень логического "0", переданаемый на управляющий вход коммутатора 8,j

Под воздействием этого же сигнала

"Одномерная обработка" на выходе ком- 45 мутатора 10 пропускается код числа передаваемый на адресные входы узлов постоянной памяти З,j, в результате чего из ячейки с адресом k считывается коэффициент ы(k-j+1) 5р который в течение всей операции фиксируется в регистре 4.j коэффициента, Через промежуток нремени, равный по крайней мере одному такту с момента подачи сигнала "Одномерная обработ" ка", на вход умножителя 5.1 блока

1.1 со скоростью одного отсчета на такт начинают поступать отсчеты входной последонательности х(1), ll 2 х(2),..., x(N) (на второй информационный вход коммутатора 8.1 блока.

I.1 постоянно подается код "0").

С целью упрощения описания дальнейшей работы устройства определим базовую операцию A под которой понимают повторяющуюся совокупность действий, ныполняемых в течение одного такта н блоке l.j, Базовая операция А выполняется следующим образом. В исходный момент времени в регистре 7,j результата хранится некоторый промежуточный результат b.j, а некоторый операнд А.j поступает на второй вход умножителя 5,j на первый вход которого с выхода регистра коэффициента 4.j поступает коэффициент (k-j+1). Затем умножитель 5.j формирует произведение (d(k-j+1) А.j которое поступает на первый вход сумматора 6..j. Одновременно с выхода регистра результатов 7,j — 1 на второй информационный вход коммутатора 8,j поступает промежуточный результат

Ъ.j-l который (поскольку на управляющий вход коммутатора 8.j подан логический "0") передается на второй вход сумматора б.j, Затем сумматор б.j формирует сумму ы(1с-j+1) А.j +

+ Ъ.,j-l, которая с приходом тактового импульса записывается н регистр

7.j результатов.

Рассмотрим формирование произвольного отсчета у(п) выходной последовательности согласно выражению

У (n) =e(k) х (n-k+ 1 ) + ы(1с-1 ) х (и-k+2) +

+ ... + ы(1) x(n), Такт и-k+1. На первый вход умножителя 5.1 поступает новый входной отсчет x(n k+1). В блоке 1.1 выполняется базовая операция А, в результате которой сумма y(n)„ = 0 .+

+ >(k)x(n-k+)) записывается н регистр 7.1 результатов.

Такт и-k+2, На вход умножителя

5.2 поступает новый входной отсчет

x(n-k+2). В блоке 1.2 выполняется базовая операция А, в результате которрй сумма y(n) < = y(n), +

+ y(k-1)x(n-k+2) записывается в регистр 7. 2 результатов, Такт и-k+3. На вход умножителя

5.3 поступает новый входной отсчет х(п-k+3). В блоке 1,3 выполняется базовая операция A в результате которой сумма у(п)ъ =

3 13255

= y(n)z + e(k-2)x(n-k+3) записывается в регистр 7.3 результатов.

Такт и-1. В блоке I.k-l выполняется базовая операция А, в результате которой сумма у(п) 1,, = у(п), < +

+ N(2) х(п-1) записывается в регистр

7.k-l.

Такт и. В блоке l,k выполняется базовая операция А, в результате которой окончательное значение y(n)

= y(n) 1, = y(n) е, + ы(1)х(п) записывается в регистр 7.k откуда поступает на выход устройства.

Таким же образом выполняется кор" реляция одномерных сигналов с той лишь разницей, что в узле З.j постоянной памяти в ячейке с адресом

k хранится коэффициент v(j), При выполнении фильтрации двумерных сигналов согласно выражению

М

y(m,n) =, Jar(E,j )x(m-е.+1,и-j+1), Е.1 где m n = k k+I,..., N устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 9 по модулю k обнулен. Затем на вход задания режима работы устройства поступа- 30 ет сигнал "Двумерная обработка, под воздействием которого счетчик 9 начинает реагировать на поступающие на его вход тактовые импульсы, осу ществляя их счет по модулю k, Под воздействием этого же сигнала "Двумерная обработка" на вход коммутатора 10 пропускается содержимое счетчика 9, передаваемое затем на адресный вход узлов З.j постоянной памяти. 40

В результате этого в течение такта с номером Т (где Т = 1,2,...,) таким, что Т = (E-1) из ячейки узла З.j постоянной памяти с адресом E-1 происходит микрооперация считывания коэффициента u(k-1+I, k-j+1), который в течение следующего такта фиксируется в регистре 4.! коэффициента, Содержимое счетчика 9 дешифрируется также с помощью дешифратора 11, на выходе которого в течение такта с номером Т таким, что Т = 1. mod вырабатывается уровень логической "1", под воздействием которого на выходе элемента ИЛИ-НЕ 12 формируется уровень логического "0, передаваемый на управляющий вход коммутатора 8.j, В течение остальных тактов на выходе элемента ИЛИ-НЕ 12 вырабатывается

1

4 уровень логической "I", передаваемый на управляющий вход коммутатора 8.j.

Таким образом, в течение такта с номером Т таким, что Т = 1 mod!, в блоке I.j выполняется базовая операция А. В течение остальных тактов в блоке I.j выполняется базовая операция В, которая от базовой операции

А отличается лишь тем, что коммутатор Я.j (поскольку на его управляющий вход поступает логическая "1") передает на второй вход сумматора б.j промежуточный результат Ь.j,хранящийся в регистре 7 ° j результатов.

Через промежуток времени, равный одному такту с момента подачи сигнала

"Двумерная обработка", на первые входы всех .умножителей 5.j (j = 1 k) со скоростью одного отсчета на такт начинают поступать отсчеты входного массива x(m,ï) таким образом, что выполняется следующая закономерность.

В течение тактов (m k)kN+1-(m-k+1)kN (где m = k,k+I,...,N) поступают те отсчеты входного массива, которые принадлежат строкам с номерами от (m-k+!) до m. При этом указанные устроки передаются по столбцам, т.е. в следующем порядке: x(m-k+1 1), x(m-1с+2,1),..., x(m,l), x(m-k+1,2), x(m k+2,2),..., x(m,2),..., x(m-k +

+ I,N) x(m k+2 И),..., x(m,N).

Таким образом, в течение тактов (m-1с)ИЯ+1-(m-k+1)kN на вход умножителя 5.1 поступают те отсчеты входного массива, которые участвуют в формировании m-й строки выходного массива, содержащей следующие отсчеты: y(m,k), y(m,k+1},..., y(m,N).

Рассмотрим формирование произвольного отсчета y(m,n) выходного массива согласно выражению y(m,n)

= ы(1с,k)x(m k+1)+n-k+I)+ u(k-l,k)x(m-k+2, и k+1)+...+ ы(1,k)x(m,n-k+1) +

+ e(k,k-l)x(m-k+1),п-k+2)+ <7(k-1,k—

1)х(m-k+2, и-k+2)+...+ м(1,1) x(m,n).

Такт R = (m-k)kN+ (n-k)k+1. На вход умножителя 5.1 поступает входной отсчет x(m-k+I), и-k+I). В блоке 1.1 выполняется базовая операция А, в результате которой в регистр 7.j результатов записывается сумма

y(m,m) = О+и(1с,k)x(m-k+1),n-k+1) .

Такт R+l . На вход умножителя 5.1 поступает новый входной отсчет

x(m-k+2, и k+1). В блоке 1.1 выпол5 13255 няется базовая операция В, в результате которой в регистр 7.1 результатовв записывается сумма y (m, ï) 2 у (mðn) I, + a(k-l,k) ° x(m-k+2 ðп-k+1) е

Такт R+k-1. На вход умножителя

5.1 поступает .новый входной отсчет

x(m, n"k+I). В блоке 1.1 выполняется базовая операция В, в результате которой в регистр 7.1 записывается сумма y(m,n) > = x(m,n) > „+ ы(1,k)x(m,n- 10

-k+1) .

Такт R+k. На вход умножителя 5.2 поступает новый входной отсчет х(тп-k+1, п-k+2). В блоке 1.2 выполняется базовая операция А, в реэуль" fg тате. которой в регистр 7,2 результатов записывается сумма y(m,n) g,q — y(m,n) < + >(k,k l)x(m k+1, и-k+2) .

Такт R+k+1, На вход умножителя

5,2 поступает новый входной отсчет 20

x(m-k+2, п-k+2) . В блоке 1,2 выполняется базовая операция В, в результате которой в регистр 7.2 записывается сумма y(m,n)1„< = y(m,ï) !„., +

+ (k-l, k-1)x(m-k+2, и-k+2). 25

Такт R+k +1. На вход умножителя

5,k поступает новый входной отсчет

x(m+1,n). В блоке I.k выполняется базовая операция В, в результате которой в регистр результатов записыва- 30 ется сумма y(m,ï)1,2, := y(m,п),q +

+ м (2,1) x(m+I,n) .

Такт R + k . На вход умножителя 5. k

2 поступает входной отсчет x(m,n), В блоке I.k выполняется базовая операция В, в результате которой в регистр 7.k записывается сумма y(m,ï)

y(mgn) I 2 — У(ш п) 1< + и(! 1) х(п1 п) 1 которая с выхода регистра 7,k поступает на выход устройства. 40

Таким же образом выполняется операция корреляции двумерных сигналов с той лишь разницей, что в ячейке узла З.j постоянной памяти с адресом E-1 хранится коэффициент м(Ь,j).

Формула изобретения

Устройство для цифровой фильтрации, содержащее Е вычислительных бло- 50 ков (k-длина входной последовательности) и блок управления, первый и второй входы которого являются входами задания соответственно режима работы и точностных характеристик устройства, причем i-й (i = I,k) вы!

1 б числительный блок содержит узел постоянной памяти, регистр коэффициента, умножитель, сумматор, коммутатор и регистр результатов, выход которого подключен к первому информационному входу коммутатора, выход умножителя подключен к первому входу сумматора, выход и второй информационный вход которого подключен соответственно к информационному входу регистра результатов и выходу коммутатора, выход узла постоянной памяти подключен к информационному входу регистра коэффициента, выход которого подключен к первому входу умножителя, а второй информационный вход коммутатора первого вычислительного блока является первым информационным входом устройства, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, первый выход блока управления подключен к адресным входам узлов постоянной памяти всех вычислительных блоков, вторые входы умножителей которых соединены между собой и является вторым информационным входом устройства, выход регистра результатов

j ro (j =- 1, 1с-!) вычислительного блока подключен к второму информационному входу. коммутатора (j+I)-го вычислительного блока, а выход регистра результатов k-ro вычислительно"

ro блока является информационным выходом устройства, управляющие входы коммутаторов всех вычислительных блоков соединены между собой и подключены к второму входу блока управления, причем блок управления содержит счетчик, коммутатор, дешифратор и элемент ИЛИ-HE первый вход которого подключен к выходу дешифратора, вход которого соединен с первым информационным входом коммутатора и подключен к информационному выходу счетчика, установочный вход которого соединен с вторым, входом элемента

ИЛИ-HE управляющим входом коммутатора и является вторым входом блока управления, первым входом которого является второй информационный вход коммутатора, счетный вход счетчика является тактовым входом устройства, а выход коммутатора и выход элемента ИЛИ-HE являются соответственно первым и вторым выходами блока управления, 1325511

7,3 такта

7 у(1,2) = y(1,2) + у(1,2)с = у(1,2)8 + у(1,1} = y(1 1) +

+ х(1,3) со(1,1) + х(1,3)со{1,2) + х(1,3)со(1,3) y(1,2)! = У(1,2)8 + y(1,1) g = У(1,1)8 +

+ х(3,3)со(3,2) + х(3,3)со(3,3} у(1,3) = у(1,3)3 + у{1,2) — у(1 ° 2) +

+ х(1,4)со{1,2) + х(1,4)со(1,3) 10

14

1 y(l, 1}„

= х(1,! )со(1,1) 2 у(1,2) = у(1, !)с +.

+ х(2,1)со(2,1) 3 у{! 1)у = у(! 1) +

+ х(3,1)со(3,1) 4 у(1 „2}„

= со(1,1)х(!,2) (2)Л = у() +

+ х (2,2) со(2, I ) Ь y(l,г), = y(l,г), +

+ х(3,2)M(3,1) 8 у(1,3} = у(1,3), +

+ х (2, 3) и)(2, 1) 9 у{1,3) = у(1,3} +

+ х(3,3)со(3,1) lб у(2,1)„

= х(2,1) (1 1) 17 у(2,1) = у(2,1) +

+ х(3,1}со(2,1), y(l,1) "у{1,!)8

+ х{1,2)и!(1,2) у(1,1)в = у(1,1}+ +

+ х(2,2}со(2,2) y(1,!), = y(1,!),. +

+ х(3,2)сд(3,2}

y(1,2)> = y(1,2), +

+ х(2,3)со(2,2) у(1,3)8 = у(1,3)+ +

+ х(2,4)со(2,2) y(l 3) = у(1,3}, +

+ х(3,4)со(3,2) у(! 1)Е = у(! ° 1). +

+ х (2, 3)иэ(2, 3) у(1,2)8 = у(1,2) +

+ х(2,4)со(2,3) У(1,2) = у(1,2}8 +

+ х(3,4}со(3,3) y(1,3)q = у(1,3) +

+ х(1,5)со(1,3) у(1,3) в = у(1,3), +

+ х (2,5) со(2,3) У(1,3) e = У(1,3)в +

+ х(3,5)со(3,3) I0

Продолжение таблицы

1325511

18 у(2,1) у(2,1) +

+ х(4,1)ь)(3,1) l9

Составитель А.Баранов

Техред И.Попович Корректор E.Ðîøêî

Редактор М.Бланар

Заказ 3112/4б

Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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