Цифровой фильтр

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН дд 4 G 06 F 15/353, Н 03 Н 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4140129/24-.24 (22У, 20.10.86 ,(46) 07.04.88. Бюл. В 13 ,(71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю.C.Каневский, В.А.Кубышкин, Л.М.Логинова и А.Л.Третьяк (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1059670, кл. С 06 Р 15/353, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1145346, кл. G 06 F 15/353, 1985. (54} ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к вычис,лительной технике и может быть ис„„SU„„1387015 А1 пользовано в системах цифровой обработки сейсмических, акустических и других сигналов. Цель изобретения — упрощение цифрового фильтра. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят регистры 1, 2, информационный вход

3, умножитель 4, блок 5 постоянной памяти коэффициентов, сумматор 6, блок 7 памяти, информационный выход

8, блок 9 постоянной памяти адресов, адресные .регистры 10, 11, регистр

12, блок 13 синхронизации, выход 14 блока синхронизации, элемент НЕ 15, выходы 16-20 блока синхронизации, элемент НЕ 21, выход 25 блока синхронизации. 4 ил. 1 табл.

1387015

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сейсмических, акустических ч других сигналов.

Целью изобретения является упрощение цифрового фильтра.

На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового фильтра;на фиг.2структурная схема блока синхронизации, на фиг, 3 — импульсная характеристика фильтра; на фиг, 4 — временные диаграммы управляющих сигналов блока синхронизации, Цифровой фильтр (фиг. 1) содержит регистры 1 и 2. информационный вход

3 устройства, умножитель 4, блок 5 постоянной памяти (весовых) коэффициентов, сумматор 6, . блок 7 памяти (промежуточных результатов), информационный выход 8 устройства, блок 9 постоянной памяти адресов, адресный регистр 10, адресный регистр 11, регистр 12, .блок 13 синхронизации, выход 14 блока синхронизации, элемент

НЕ 15, выходы 16-20 блока синхронизации, элемент НЕ 21, выход 22 блока синхронизации.

Блок 13 синхронизации,.(фиг. 2) содержит элемент ИЛИ 23, дешифратор

24, первый счетчик 25, второй счетчик 26 и генератор 27 тактовых импульсов.

Рассмотрим в качестве примера реализацию цифрового фильтра с импульсной характеристикой (ИХ), представленной на фиг. 3. Общее число коэффициентов ИХИ=17. В силу симметрии

ИХ общее число ненулевых коэффициентов равíî N = (N-1)/2+1=9, а число различных. ненулевых коэффициентов равно пяти (четыре боковых и один центральный). В рассматриваемом случае фильтрация осуществляется с про реживанием данных вдвое, т,е. каждый выходной отсчет формируется по получении двух входных отсчетов (четного и нечетного). Пусть на вход устройства поступает нечетный отсчет х@.

Произведения х> на весовые коэффици енты h „,h,, Ь б h > используются для получения выходных отсчетов у, у,, ..., у„-„ц (с учетом симметрии ИХ), Поэтому при поступлении на вход отсчета х вычисляются произвел дения хо- h N хо- Ь<, x> h N хб h> и заносятся в блок 7 памяти промежуток ных результатов в соответствующие ячейки (оь,> — сЫ,>) (каждое произведение — в две ячейки).

При поступлении на вход четного отсчета х2+, необходимо умножить его! только на центральный коэффициент

h . Полученное произведение х ., hä также как и произведение хб Ь . т.е. предыдущего отсчета, используется для вычисления выходного отсчета уп . Поэтому оно не хранится в отдельной ячейке, а слагается с со 0. держимым ячейки (к и результат записывается в эту .же. ячейку, в

15 которой накапливается промежуточный результат выходного отсчета уе

Для адресации блока 7 памяти используется блок 9 постоянной .памяти адресов. .Закон применения адресов

20 в блоке 9 памяти адресов описывается следующей системой рекуррентных соотношений: (ать= (к. + k) шоа(М -1); г5

<0 „,> = («,> — к) mod(N -1); (ббщ!.1> — безРазличное состоЯние, ио си„, !!сее >,сщ„,о еСеб„

У

30 гдеk=1 N-1 2

N = (N-1)/2 + 1 — общее число ненулевых коэффициентов, N — длина ИХ, <о ;> — содержимое ячейки блока 9 памяти с адресом i(i = 0„1, 35 ..., N ).

Таким образом, в блоке 9 постоянной памяти адресов последовательно записывается (N -1) последователь-, Р ! ность адресов с < ohio) = О, 1, N -2.

В таблице представлено восемь ва» риантов таких последовательностей (при N =9) и в соответствии с ней выполняется прошивка блока 9 памяти

4 адресов, В таблице Х вЂ” безразличное состоя, ние, но (М.а 2 Ф C Ы., 0 .

В данном случае счетчик. 25 рабо50 тает по модулю М (N-1) /2 + 2, 10 и для его реализации требуется ш =

= g log H P = 4 разряда. Счетчик 26 а имеет модуль L = N -1 = 8, для его реализации используется 1 = j log (NI 2

55 .-1) j = 3 Разряда

Прием информации в регистр и умножитель, выдача результата из умножителя, переключение счетчиков осуществляются положительным перепадом

1387015 синхросерии, выбранному выходу дешифратора 24 соответствует единичное значение, установка в нуль регистра

12 осуществляется уровнем логической единицы на его первом управляющем входе.

В блоке 7 памяти промежуточных результатов находятся в активном сос. тоянии оба канала А и Б. т.е. постоянно происходит чтение по каналу

А по адресу, поступающему на первый адресный вход блока 7, запись по каналам В происходит по адресу, поступающему на второй адресный вход, режиму записи соответствует уровень логической единицы на управляющем входе блока 7. при наличии нуля на этом входе запись не происходит. Кроме того, установка в третье состояние ъ0 регистров 1и 2 происходит нулевым уровнем на первых управляющих входах.

В исходном состоянии счетчики 25 и 26 установлены в нуль, в регистр 1 25 принимается нечетный отсчет х, регистр 2 находится в третьем состоянии.

Цикл работы устройства составляет

N-1

?1 = + 2 = 10 тактов или пять

1 тактов работы умножителя 4, так как результаты умножения нечетных отсчетов записываются в две разные ячейки, За цикл работы устройства добавляется по одному слагаемому x;h; к формиру35. емым выходным отсчетам ут, у у . Для вычисления каждого из них бФ! Ф требуется восемь циклов вычисления, т.е. период работы устройства равен 40 восьми циклам.

В первом. такте цикла работы регистр 2 находится в третьем состоя-. нии, поэтому значение х . с выхода 45 регистра 1 поступает на первый вход умножителя 4 и принимается в него.

По второму входу принимается значе ние весового коэффициента h . Состояние счетчика 25 0001, счетчика 26 000 (не изменяется до 11 такта). В регистр 10 принимается (ос > считанное по адресу 0000000 иэ блока 9 памяти адресов. В регистр 11 принимается (a< > считанное в последнем такте предыдущего цикла из регистра 10 h по этому адресу записывается в блок

7 памяти промежуточных результатов результат суммирования значения х h4, полученного на умножителе 4 в предыдущем такте, со значением, накопленным в ячейке (о ), которое в этом такте принимается в регистр 12.

Во втором такте из умножителя выдается произведение x h. Состояние счетчика 25 0010. В регистр 10 принимается <0,), считанное по адресу 0000001 иэ блока 9 памяти адресов, а в регистр 11 — (M, > с выхода регистра 10. В регистр 12 принимает1 ся накопленное значение у для вычисления выходного отсчета уб, считанное из блока 7 памяти по адресу

F (М,7В предЫдущем такте уб = хб»

hi + хб 4hz+ хб 6 h хб h хЯ оя

Это значение накапливается в ячейке по адресу (ос v за семь предыдущих циклов работы устройства. Полученное значение суммируется в сумматоре 6 с произведением х .h и поступает на выход 8 устройства, а также записывается в блок 7 памяти по адресу (о,>, который находится в регистре

11. Таким образом, во втором такте на выходе 8 цифрового фильтра получаем выходной отсчет

У вЂ” хб h + Уб — хб h + хб h +

h x h x h

+ хб а Ь + хб- о1 + хб, 1, +

+ х б-1Ф о

В третьем такте работы в умножитель 4 принимается входной отсчет хб и весовой коэффициент h„ а на выходе остается значение x h,.

Состояние счетчика 25 0011. В регистр 10 принимается <о ), считанное по.адресу 0000010 из блока 9 памяти адресов, а в регистр 11. — (о,). Регистр 12 в этом такте устанавливается в нуль по сигналу с выхода 19 бло. ка 13 синхронизации, который поступает на первый управляющий вход.

Полученное на сумматоре 6 значение

I уб„, - хбп. + Р записывается в блок 7 памяти по адресу (ос,), который находится в регистре 11.

В четвертом такте нэ умножителя

4 выдается произведение х .h . Состояние счетчика 25 0100 ° 3 регистр

1387015

f 1 о+2 б+2 О! 6+4 6 z

У Gi+

I уб» <о

f б+iо

6+ (2 6-2 О

f0 принимается м,>, считанное по адресу 0000011 из блока 9 памяти адресов, а в регистр 11 — 4M2) . В

1 регистр 12 принимается зна"ение у6, считанное из блока 7 памяти по адресу (м2 в предыдущем такте (У6 2 6 2 2 6 4 3

+ х6 qп + х6 ь.hq + хбз h2 +

+ x6 î hi + xG 2 о

Значения у + и х h поступают соответственно на второй и первый входы сумматора 6. Полученное на сумматоре 6 значение записывается в блок 7 памяти 22р адресу 4 ж2>, который находится в регистре 11.

В пятом такте происходит прием в регистр 2 по сигналу с входа 17 25 блока 13 синхронизации четного отсчета х,, поступившего на вход 3 цифрового фильтра. При этом выходы регистра 2 находятся в третьем состоянии (уровень логического нуля. на 3р первом управляющем входе), но это не влияет на прием информации, В умножитель 4 принимается входной отсчет х 6 и весовой коэффициент h2 а на еГО выходе продолжает присутствОвать значение х 6 h,. Состояние счетчика

25 0101. В регистр 10 принимается

< м о считанное по адресу 0000100 из блока 9 памяти адресов, а в регистр 11 — (м >. В регистр 12 прини- 40

t мается накопленное значение у, считанное.из блока 7 памяти промежуточных результатов по адресу ао т в предыдущем такте

Значение уд.„ поступает на второй вход сумматора 6, на первый вход которого поступает произведение х. Ь, с выхода умножителя 4. Полученное на сумматоре 6 значение

I f

Ус-, = Уб, + x6 Ь записывается в блок 7. памяти по адресу (м,, который находится в регистре 11.

В шестом такте из умножителя 4 выдается произведение хб и . Состояние счетчика 25 0110. В регистр 10 принимается <о >, считанное по адресу 0000101 из блока 9 памяти адресов, а в регистр 11 — (о 4) . В ре гистр 12 принимается накопленное

I значение у6,, считанное из блока

7 памяти по адресу (a4> в предыдущем такте

yG, xG2hъ хб-з h+ xG h, хб g h2 + хб 8Ь, хб ОЬд °

Значения у,4 и x6h поступают на входы сумматора 6. В этом же такте полученное на сумматоре 6 значение поступает на вход блока 7 памяти промежуточных результатов и записыва ется в него (по сигналу с входа 16 блока 13 синхронизации) по адресу (4>, находящемуся в регистре 11.

В седьмом такте в умножитель принимается входной отсчет и весовой коэффициент h, а на его выходе находится значение х h2. Состояние счетчика 25 Of11. В регистр 10 принимается значение (ebs +, а в регистр

11 — (< q> . B регистр 12 принимает-. ся накопленное значение у,, считанное из блока 7 памяти по адресу

<ж, т в предыдущем такте (Уб+1о 6-2 б-+ о

Значения хб„ и хбЬ2 поступают на входы сумматора 6. В этом же такте полученное на сумматоре 6 значение поступает на вход бпока 7 памяти и записывается в него по адресу < ос > который находится на втором адресном входе.

В восьмом такте из умножителя выдается произведение х 6 Ь . Состояние счетчика 25 1000. В регистр 10 принимается значение (м1, а в регистр

11 — (юс > . В регистр 12 принимается ( накопленное значение уо, считанное б+6 . из блока 7 памяти по адресу с<>в предыдущем такте

138?015 — х h + х h +

+ хб., Ь + хб,Ь, + х h

Значения у, и x

I 1

Y 6+ С у(7+ 6 ( записывается в блок 7 памяти промежуточных результатов по адресу (Mq) который находится в ..регистре 11.

В девятом такте работы устройства в умножитель принимается значение четного отсчета х „, которое в пятом такте принято в регистр 2. Для этого по сигналу с входа 14 блока синхронизации регистр 1 переводится в третье состояние, а регистр 2 — в активное состояние, и значение хб+, с выхода регистра поступает на вход умножителя 4. На его другой вход поступает значение центрального весового коэффициента Ь . На выходе умножителя 4 присутствует значение

x h . Состояние счетчика 25 1001. В регистр 10 принимается значение (есв) а в регистр 11 — (.oc>> . Причем значение (а в ) может быть безразличное, но только (о в ) Ф (Ф >. В противном случае появляется ситуация, в которой возникает попытка писать в .блок

7 памяти и считывать из него по одному и тому же адресу. Результат указанной операции является неопределенным. В регистр 12 принимается

1 накопленное значение у,, считанное из блока 7 памяти по адресу сМ ) в предыдущем такте

I уб+в xG hz + хб- h,+ xz-âhî

Значение Уб и хб Ьэ постУпают на входы сумматора 6. Полученное на сумматоре значение

t I уб<.s уб+в б 3 поступает на вход блока 7 памяти и записывается в него по адресу.< 1) который хранится в регистре 11.

В десятом такте происходит прием в регистр 1 (по сигналу с входа 16 блока 13 синхронизации) следующего нечетного отсчета, поступающего на вход 3 цифрового фильтра. Из умножителя 4 выдается произведение четного отсчета на центральный весовой коэффициент хо„ h4. Состояние счетчика

25 0000, а счетчика 26 — 001. В регистр 10 принимается i Ы ), а в регистр 11 — безразличное содержание (cog) Причем (H ) = (т), так как произведение х, h4 необходимо добавить к значению у +в которое хранится по адресу (ос,) в блоке 7 памяти.

В регистр 12 принимается безраз.-.

-личное значение, считанное из блока

7 памяти по адресу (осв) в предыдущем такте, Результат суммирования этого значения с произведением х, h в блок 7 памяти не записывается.

В следующем одиннадцатом такте (аналогично первому такту) в умножи20 тель принимается значение нового нечетного отсчета, которое в десятом такте принято в регистр 1. В этот момент регистр 2 находится в третьем состоянии (уровень логической едини25 цы на первом управляющем входе) и значение хб, с выхода регистра 1 поступает на вход умножителя. На era другой вход поступает значение весового коэффициента h,. На выходе ум3p, ножителя 4 находится значение х „ h4.

Состояние счетчика 25 0001, а счетчика 26 — 001. В регистр 10 принимается значение < oL), считанное по адресу 0010000 из блока 9 памяти адресов. В регистр 11 принимается

Cot ), считанное в предыдущем такте из регистра 10. В регистр 12 приниI мается накопленное значение уб,в которое записано по адресу C M„ ) в

4 блок 7 памяти в девятом такте, а считано по адресу C « > = (Ы, ) в предыдущем такте !

У<В XG з ХС - и Я4

45 + х Ьо ° 1

Значения уб,в и х, h+ поступают на входы сумматора 6. В этом же такте полученное на сумматоре 6 значе50

I G+8 уб+8 + Хб+ Ь4 записывается в блок 7 памяти промежуточных результатов по адресу со ) который находится в регистре 11.

В двенадцатом такте (аналогично второму такту) формируется следующий выходной отсчет:

1387015

IITITI

Старшие разряды адреса блока 9 (счетчик 26) Последовательность адресов записьчтения блока 7 ьа + г +3 +e: 5 б г 8

О О О

О 0 1

О 1 О

О 1 1

1 О О

О, 7, 1, 6, 2 5, 3, 4, Х, 4

1, О, 2, 7, 3 6, 4, 5, Х, 5

2, 1, 3., О, 4. 7, 5, 6, Х,,6

3, 2, 4, 1, 5, О, 6, 7. Х, 7

4, 3, 5, 2, 7g+г ZG+гЬО + х Ь < + x 4 < хо 4 э хууЬ,г xG 6h3

Таким образом, в каждом втором такте цикла на выходе сумматора 6 формируется очередной выходной отсчет

У1 °

Формула изобретения

Цифровой фильтр, содержащий первый и второй регистры, сумматор, первый и второй элементы НЕ, умножитель, блок постоянной памяти коэффи-. циентов, блок постоянной памяти адpecos, первый адресный регистр, блок памяти и блок синхронизации, первый выход которого подключен к входу управления записью — считыванием блока памяти и тактовому входу перво го регистра, информационный вход которого соединен с информационным входом второго регистра и является информационным входом фильтра, информационным выводом которого является, выход сумматора, первый вход которого подключен к выходу умножителя; первый вход которого, подключен к выходу блока постоянной памяти коэффи. тентов, адресный вход которого сое . инеи с первым адресным входом блока постоянной памяти адресов и подключен к второму выходу блока синхрони-, зации, третий выход которого подклочен к входу разрешения приема нерво"1

ro регистра и входу первого элементй

НЕ. вьаюд которого подключен к входу разрешения приема второго регистра, тактовый вход которого подключен к четвертому выходу блока синхронизации, пятый выход которого подключен к тактовому входу первого адрес-. ного регистра, информационный вход которого подключен к выходу блока постоянной памяти адресов, второй ад1Î ресный вход которого подключен к шестому выходу блока синхронизации, старший разряд второго выхода блока синхронизации цодкпючен к тактовому

1 входу умножителя и входу второго элемента НЕ, выход которого подключен к входу, разрешения приема умножителя, выход первого адреснîro регистра подключен к первому адресному входу блока памяти, информационный. вход.

26 которого подключен к выходу суммато-4 ра, о т л и ч а ю щ и и с .я тем, что, с целью упрощения фильтра, он содержит третий регистр и второй ад- ресный регистр, причем выходы перво25 го и второго регистров подключены к второму входу умножителя, выход пер-, вого адресного регистра подключен к

- информационному входу второго адрес. ного регистра, выход которого под30 ключен к второму адресному входу бло ка памяти, выход которого подключен к информационному входу третьего регистра, выход которого подключен к второму входу сумматора, тактовый вход третьего регистра соединен с такто- ° вым входом второго адресного регистра н подключен к пятому выходу блока синхронизации, седьмой выход которого подключен g входу разрешения прие«

4О ма третьего регистра.

6, 1, 7, О, Х. 0

1387015

12 оспедовательность адресов эаписьчтения блока 7

5, 4, 6, 3, 7, 2, О, 1, Х, 1

6, 5, 7,.4, О, 3, 1, 2, Х, 2

7, 6, О, 5 1, 4, 2, 3, Х, 3

Старвие разряды адреса блока 9 (счетчик 26) 1 О 1

1 1 О

1 1 1

Т Т

Продолжение таблицы

17

11

1387015

8@1) 17

Составитель Я .Баранов

Техред А.Кравчук Корректор А, Тяско »

Тираж 70 Подписное

ВНИКНИ Государственного комитета-СССР по делам изобретений и открытий

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

Редактор И.Шульга Заказ 1496/49

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 L