Устройство для цифровой фильтрации

 

Изобретение относится к вьпшслительной технике, предназначено для вычисления дискретного преобразования Фурье и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет вычисления дискретного преобразования Фурье. Постлвл ниая цель достигается за счет того, что в состав устройства входят генератор тактовых импульсов, регистры входных данных 2.1 (i 1 ,N/ ), элементы ,НЕ 3.1, триггеры 4.1, счетчик по модулю N(N - длина импульсной характеристики ), дешифратор, элемент И-НЕ, вход задания режима устройства, элементы И 9.1, регистры 10.1, информационный вход I1 устройства, умножители 12.J (,1 1, N), первая группа сумматоров 13.ii вторая группа сумматоров 14.1, регистры суммы 15,1, информационный выход устройства 16, 2 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (!1) 1 А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й НО((ИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4080340/24-2А (22) 23.06.86 (46) 15.04.88. Вюл. М 14 (71) Киевский политехнический институт им. 5()-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) 1).С.Каневский и Н.Е.Куц (53) 681,32(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1196884, кл. 0 06 F 15/353

Н 03 Н 21/06, 1985.

Авторское свидетельство С<:СР

М 13l4362, кл. Г 06 F 15/353, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для вычисления дискретного преобразования

Фурье и может быть использовано в (51) 4 Г 06 F 15/33? H 03 Н 17/06 системах цифровой обработки сигналов.

Целью изобретения является рас)яирение функциональных возможностей устройства за счет вычисления дискретного преобразования Фурье. Цоставл нная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят генератор тактовых импульсов, регистры входных данных ?.i (i = 1, Ò7Ð), элементы

HF. З.i, триггеры 4.i, счетчик по модулю N(N — длина импульсной характеристики), депифратор, элемент И-НЕ, вход задания режима устройства, зле" менты И 9.i, регистры 10.i, информационный вход 11 устройства, умножители 12, 1 (,1 = 1, N1, первая группа сумматоров 13,i вторая группа сумматоров 14,, регистры суммы 15. i, информационный выход устройства 16.

2 ил.

1388891 (3) 5

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для вычисления дискретного преобразования

Фурье и процедуры цифровой фильтрации и может быть использовано в cucs",åìàõ цифровой обработки различного рода сигналов, Цель изобретения -- расширение функциональных возможностей устройСтва за счет вычисления на данном устройстве алгоритма дискретного пре( образования Фурье.

На фиг.1 и 2 изображена структур-* ая схема устройства.

Устройство (фиг.l и 2) содержит генератор тактовых импульсов, регистры ?.i (i = 1, N/2) входных анных, элементы НЕ 3., триггеры i счетчик 5 по модулю N (N— (Длина импульсной характеристики), Дешифратор 6, элемент ИЛИ-НК 7, фход 8 задания режима устройства, лементы И 9. i, регистры 10,i, информационный вход 11 устройства, умножители 12.1 (1 = 1, N), первую группу сумматоров 13, i вторую группу сумматоров 14,j. регистры 15, суммы и информационный выход 16 устройства.

Регистр 2, i входных данных, элемент НЕ З.i триггер 4 i, элемент

И 9.i, регистры 10. и 10,i+1, умножители 12. i и 12. i+1 (i = 2К-l, )=1, И/2), сумматоры 13,i и 14. i

М регистр 15.i суммы образуют модуль устройства.

Устройство при вычислении дискретйого преобразования фурье, работает следующим образом.

Устройство вычисляет выражение . F(K) = „> а (n) w (К = О,N-11, (1 о где а (п) — элементы исходного вектора $a„g "размерности И;

Е(1 ) — элементы выходного вектора коэффициентов Фурье размерности N.", кп

w весояые коэффициенты;

-20

w=e,,! = )-11

m — номер яходной последовательности.

Если вектор (а„) образует действительные элементы, а это наиболее распространенный случай, тогда выражение (1) можно переписать в виде

N-I

Re(FÄ ) =,Г a(n) Re w ь=а (2) 15

М -!

Xm(F„) =; а (n) Tm w"", n=a где !1е, Xm — соответственно действительная и мнимая части комплексного числа.

Вычисление выражений (2) и (3) выполняют аналогично, за исключением того, что на первые входы умножителей подаются или действительные Re или мнимые Xm части комплексного коэффициента w"" поэтому работу устройства рассмотрим только для выражения (?).

С целью упрощения записи обозначение действительной части чисел Rea < и кп

Rew можно опустить.

Считаем, что операнды я регистры

2 .i, 15.i 10.i принимаются по переднему фронту синхроимпульса, режиму вычисления коэффициентов Фурье соответствует единичное значение, а режиму вычисления выходных отсчетов фильтра — нулевое значение на входе

8, на выходе дешифратора б в такте

N/2-1 присутствует нулевой уровень, во всех остальных тактах — единичный уровень, с целью идентичного представления модулей второй вход сумматора 14.N/2 соединен с шиной логического нуля, для ограничения числа входов и сохранения работоспособности модуля элемент НЕ синхросигнала введен в каждый модуль. С выхода генератора тактовых импульсов поступает синхросигнал в виде меандра.

На первый вход умножителя 12, i поступает значение весового коэффициента ъ(" " Н К, (i = 1

n — номер такта). Такт работы устройства определяется суммарным временем задержки двух сумматоров и умножителя.

На примере N=4 рассмотрим работу устройства при вычислении алгоритма дискретного преобразования Фурье.

В этом случае устройство состоит из N/2=2 модулей.

В исходном состоянии (первый такт) в триггерах 4 . i записаны »ули, на входе ll устройства присутствует операнд а,, который положительным перепадом синхроимпульса записывается в регистр 2,1, на выходе дешифратора 6 присутствует нулевое значение, а íà D-входе триггера 4.2 единичное, Состояние счетчика 5 тактов — 00.

Во втором такте состояние счетчика 5 тактов — 01, в регистр 2.2 по

1388891 синхроимпульсу записывается а,, а в регистр ? . 1 — a триггер 4. 2 устанавливается в единичное состояние и с приходом положительного фронта инвертированного синхроимпульса в

5 регистры 10.3 и 10.4 выполняется npum tn ем а, и а соответственно. Ha Dвход триггера 4.? поступает нулевой уровень, на вход триггера 4.! — еди!

О ничный. В течение второй половины второго такта и первой половины третьего такта операнды9принятые в регистры 10.4 и 10.3, поступают на входы умножителей 12,4 и 12.3, где выполняются операции а w, а, ът в сумматоре 13.2 вычисляется сумма

m o m o ао v + à, v которая, пройдя через .сумматор 14.2, поступает на вход регистра 15.? суммы.

В третьем такте состояние счетчика 5 тактов — 10 в регистр 2.2 принимается а,, в регистр ?.1 — а а на входе устройства после приема а появляется операнд -а,, в триггер 25

N m

4.1 записывается единичное значение, а в триггер 4.2 — нулевое, при этом разрешается поступление инвертированного синхроимпульса на синхровходы регистров 10.1 и 10.2. Во второй половине третьего такта положительным перепадом инвертированного синхроимпульса в регистры 10.2 и 10.1 принимаются соответственно а 2 и а, в регистр 15.2 таким же синхроимпультсом выполняется прием а о ъ +a, v; в регистрах 10.4 и 10.3 сохраняются значения операндов а и а, так ! как на их синхровходы не поступает прежний фронт синхроимпульса. 8а вторую половину третьего такта и первую

40 половину четвертого такта в умножителях 10.2 и 10.1 вычисляются произведения a„ v a v соответственно, в сумматоре 13.1 — а2 w + а ъ о в сумматоре 14 1 — a, ъ + а, w +

+ a", w + a > v = F",, F0 посТупаеТ на вход регистра суммы 15.1. На первый вход умножителей 10.4 и 10.3 поступают соответственно весовые коэффициенты w, w

В умножителях 12.4 и 12.3 вычисляются а, v а w в сумматоре

13. 2 — а" то +а w на вход регистра 15.2 суммы поступает a wo +

+ à", v" о 55

В четвертом такте состояние счетчика 5 тактов — 11, а принимается в регистр 2.1, а — в регистр 2,2, на вход устройства поступает а о в триггеры 4.2 и 4.1 записываются нулевые значения и поэтому обновления информации в регистрах 10.1-10.4 не происходит. В регистры 15.1 и

15.2 инвертированные синхроимпульсом принимаются соответственно значения

)т1

Го, которое поступает на выход устройства 169 и а w +а ъ . На первые входы умножителей !0.4-10.1 поступают соответственно весовые коэффициенты ч 9 ю 9 ч, w . В умножитео лях 10.4 и 10.3 вычисляются à,, v а w2 в сумматоре 13.2 — à v +, о9 2 о

+ à, w, и это значение, пройдя через сумматор 14.2, поступает на вход регистра 15.2 суммы.

В умножителях 10.2 и 10 ° 1 вычисля П 2 1 З ется а2 ъ" 9 а.9 v соответственно, в сумматоре 13.1 — а2 -т + а w в сумматоре 14. I — à w +а v +

2. 3 тi 2 m

В пятом такте состояние счетчика й+(5 тактов — 00, а, принимается в регистр 2.1, а — в регистр 2,2, на вход устройства поступает а 9 триггеры 4.1 и 4.2 записываются нули, но на вход триггера 4.2 с выхода элемента И-НЕ 7 поступает единичное значение. В регистры 15.1 и 15.2 принимаются соответственно у, и а vо +

+ аЩ w2

На первые входы умножителей 10.410.1 поступают соответственно весовые коэффициенты w w w w В íÎ жителях 10.4 и 10.3 вычисляются о а, v, à, v в сумматоре 13.2 о9 î m з а ч + а, ъ, и это значение поступает на вход регистра 15.1 ° В умножителях 10.2 и 10.1 вычисляются à v22

1о

9 а v соответственно, в сумматоре о m

13.! — а w + a v в сумматоре

14 i — атно+ а v+ а + ! 2ът a3w

Fm

В шестом такте состояние счетчика

5 тактов — 01 работа устройства аналогична описанной для .второго такта. B регистр 2.1 принимается a " в регистр 2.2 — am", на вход устройства поступает а", в триггер

4.2 записывается единичное, в триггер 4.1 — нулевое значение. В регистры 15.1 и 15,2 принимаются соответстЫ ill венно F u a. w + а w .

На первые входы умножителей 10.410.1 поступают весовые коэффициенты о о 2 ът 9 w w ъ . С приходом положи-. тельного фронта инвертированного син5 13йЯЯ хроимпульса в Регистры 10.4 и 10.3 выполняется прием а,""", а< соот— ветстненно. Ha D-входе триггера .1 единичный уровень.

В умножителях 10.,4 и 10.3 нычис2 m < лявтся a w, а v ., н сумматоре

13.2 — a, ъ + а v". В умножителях е

m 1 m It

10. 2 и 10 ° 1 вычисляются а w, a q ъ сумматоре 13 ° 1 — а т + а ъ, н сумматоре 14.1 — а v +а ъ " +am w +

+amv =Р., В седьмом такте работа устройства аналогична описаннойдля третьего такта за исклвчейием того, что н регистр

15.1 суммы принимается коэффициент

Фурье F>, на входе регистра 15.1, 7n+ I присутствует коэффициент Фурье V, и т.д.

При реализации процедуры фильтра" ции устройство вычисляет выходные отсчегы фильтра н соответствии с выражением х (К) = а(К вЂ” n) h(n), . (4) п=о 25 где Ь(п) — коэффициенты импульсной характеристики фильтра", а(п) — отсчеты входного сигнала.

При работе устройства н режиме фильтрации на вход 8 устройства подается низкий уровень напряжения, кото«30 рый устананливает все триггеры н единичное состояние, что обеспечивает прием исходных операндов в каждом такте в регистры 10.1-10.N. Ha первые входы каждого уьножителя 10.,i постоянно поступает коэффициент и().

Первый выходной отсчет фильтра получаем ðåa 11/2 тактов, в каждом следующем такте на выходе фильтра появляется новый отсчет.

Формула из о брет ения., Устройство для цифровой фильтрации, содержащее N умножителей, первую группу из N/2 (N — длина импульсной характерисгики) сумматоров, вторув группу из N/2 сумматоров, И/2 регистров суммы, N/2 регистров входных данных, счетчик по модулю 11, 50 дешифратор, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к тактовым входам N/2 регистров входных данных, счетному входу счетчика по модулю N, информационный выход 55 которого подключен к входу дешифрато91 6 ра, информационный вход устройства является информационным входом первого регистра входных данных, выход

i-ro регистра (i=i, N/2-1) входных данных подключен к информационному входу (i+1)-го регистра входных данных, первый вход j-ro (,)= 1,N) умножителя является входом задания j-го коэффициента устройства, выход 1-го (1= 2К-1, K=1, 11/?) умножителя подключен к первому входу К-го сумматора первой группы, выход Б — го ($ — 2К, K=l, N/?) умножителя подключен к первому входу К-го сумматора второй группы, выход которого подключен к информационному входу К-го регистра суммы, выход которого подклю- чен к второму входу (ш-1)-го сумматора второй группы (In=2, IJ/?), выход первого регистра суммы является информационным выходом устройства, второй вход N/?-ro сумматора второй группы является входом задани-r логического нуля устройства, о т л и— ч а в щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения преобразования

Фурье, в него введены элемент И-НЕ, N/2 элементов НЕ, N/2 триггеров, N/2 элементов И, N регистров операндов, информационный вход 1-ro регистра операндов подключен к информационному выходу 1-го регистра входных данных, информационный вход Б-го регистра входных данных подключен к выходу S-го регистра входных данных, выход $-ro регистра операндов подключен к второму входу S-го умножителя, тактовые входи Б-ro и (1+1)-ro регистров операндов объединены и подключены к выходу $-го элемента И, первый вход которого подключен к прямому ныходу Б-триггера, а второй выход $-го элемента И соединен с тактовым входом S-ro регистра суммы и подключен к выходу $- го элемента

HF. вход которого соединен с тактовым входом S-ro триггера и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, D-вход Б-ro триггера подключен к прямому выходу ($+1)-го триггера, D-вход N/2-го тоиггера подключен к выходу элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу дешифратора, а второй вход элемента И-НЕ является входом задания режима устройства.

138889i

Составитель А.Баранов

Техред М.Ходанич Корректор И.Муска

Редактор А.Огар

Заказ 1582/5l

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

i 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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