Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией

 

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его использование в системах цкфровой обработки информации позволяет повысить быстродействие цифрового фильтра . Последний содержит линейный дельта-модулятор 1, двоичные счетчики 2 и 3, тактовый генератор 4, блок 5 оперативной памяти, элемент ИЛИ-НЕ 8, блок 9 постоянной памяти, JyльтишIeксор 10, элемент 11 эквивалентности, блок 12 формирования импульсов, реверсивньм счетчик 13, накапливающие сумматоры 14 и 15 и цифроаналоговый преобразователь 16. Благодаря введению элемента И б и элемента ЗАПРЕТ 7 обеспечивается синхронное чтение шагов квантования входного сигнала-и значений импульсной характеристики ф1-шьтра, что уменьшает затраты време- Q ни на вычисление свертки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК зла)(в 1 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4219944/24-24 (22) 31.03.87 (46) 23.09.88. Бюл. ¹ 35 (72) А.В. Тимченко (53) 68 1.325 (088.8) (56) Погрибной В.А. Бортовые системы обработки сигналов. — Киев: Наукова думка, 1984, с. 80-90.

Известия ВУЗов. Сер. Радиоэлектроника, 1984, т. 27, № 9, с. 23-27.

Авторское свидетельство СССР № 1347188, кл. Н 03 Н 17/06, 1985. (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР С ЛИНЕЙНОЙ ДЕЛЬТА-МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его использование в системах цифровой обработки информации позволяет повыц1) 4 Н 03 М 3/02 Н 03 Н 17/06 сить быстродействие цифрового фильтра. Последний содержит линейный дельта-модулятор 1, двоичные счетчики 2 и 3, тактовый генератор 4, блок 5 оперативной памяти, элемент ИЛИ-НЕ 8, блок 9 постоянной памяти, мультиплексор 10, элемент 11 эквивалентности, блок 12 формирования импульсов, реверсивный счетчик 13, накапливающие сумматоры t4 и 15 и цифроаналоговый преобразователь 16. Благодаря введенюо элемента И 6 и элемента ЗАПРЕТ 7 обеспечивается синхронное чтение шагов квантования входного сигнала и значений импульсной характеристики фильтра, что уменьшает затраты времени на вычисление свертки. 1 э.п. ф-лы, 3 ил.

1425841

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в системах цифровой обработки информации.

Цель изобретения — повышение быст5 родействия.

На фиг. 1 показана функциональная схема цифрового фильтра; на фиг. 2— схема блока формирования импульсов; на фиг. 3 — временные диаграммы работы фильтра.

Цифровой фильтр с линейной дельтамодуляцией (ДМ) содержит линейный дельта-модулятор 1, первый 2 и второй 3 двоичные счетчики, тактовый генератор 4, блок 5 оперативной памяти, элемент И 6, элемент ЗАПРЕТ 7, элемент ИЛИ-НЕ 8, блок 9 постоянной памяти, мультиплексор 10, элемент 11 эквивалентности, блок 12 формирования импульсов, реверсивный счетчик 13 первый 14 и второй 15 накапливающие сумматоры и цифроаналоговый преобразователь 16, вход 17, первый 18 и второй 19 выходы.

Блок 12 формирования импульсов выполнен (фиг. 2) на регистре 20 спвига, элементе И 21 элементе ИЛИ 22 и формирователе 23 переднего фронта.

На фиг, 2 обозначены первый 24 и второй 25 входы первый 29 и второй 27 выходы.

На фиг. 3 показаны следующие сигналы: а — тактовые импульсы с генератора 4; о — смена шагов квантования в дельта-модуляторе 1; 5 — импульсы на выходе элемента И 6; 2 — импульсы на выходе элемента ЗАПРЕТ 7; импульсы на выходе элемента ИЛИ-НЕ 8; е - смена сигналов на выходе блока 9; . 40

>k — смена сигналов на выходе блока 5; y ((— импульсы на первом и втором выходах блока 12.

Цифровой фильтр с линейной дельтамодуляцией работает следующим образом, Выходной сигнал цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией в обычном формате импульсно-кодовой модуляции представляется в виде

1 М-1 () () ., (1) х=(m-î где е 1 = 2L

L lE j0913 (1.; ), i = 0,M-1 — весовые коэффициенты в формате линейной дельта-модуляции (шаги квантования импульсной характеристики цифрового фильтра);

Е (х)7

L„), K r 0 — входная последовательность (шаги квантования входноо ro сигнала)

r (n>i (Ф)7

Последовательности L и представляют собой кбдированные последовательности шагов квантования соответствующих величин и представлены в формате линейной дельта-модуляции.

В фильтрах вычисления по формуле (1) разделяются на три последовательных этапа, представляемых тремя последовательно включенными накапливающими сумматорами, первый из которых проводит "дозированное" суммирование

М слагаемых по формуле ,(А-( (2) в=о а остальные проводят непрерывное на-!

1 копление сигнала gу;= Qg ух, у„

h к=

= 1 у; . Такое представление позво(1 ляет упростить вычисление выходного сигнала.

Цифровой фильтр.с линейной дель- . та-модуляцией работает следующим образом.

Перед началом фильтрации необходимо провести обнуление счетчика 13 и накапливающих сумматоров 14 и 15.

При этом на цифровом и аналоговом выходах 18.и 19 ус ." навливаются нулевые значения вьходного сигнала. Такое обнуление необходимо также проводить при случайных сбоях, например питания, чтобы предотвратить накопление ошибок в выходном сигнале фильтра. В блок 5 памяти заносится при этом нулевое значение сигнала, т.е. последовательность (О, 1).

В блоке 9 памяти записана однораз(nl рядная последовательность (L, K =

= O M-1 весовых коэффициентов фильтра. Запись производится подряд, начи- ная с нулевого адреса блока 9, по возрастающим адресам в следующем порядке: по нулевому адресу записывает(nl (л1 ся значение Lo, по первому L,, по второму L и т.д., по (М-1)-му ад(rf1 ресу записывается значение L т.е. значение,, записанное по К-му адресу, равно 1.(м „,,(.

3 14258

Тактовый генератор 4 генерирует непрерывную последовательность импульсов (фиг. 3a) с частотой f = М/TAгде Т вЂ” период частоты дискретиза* 5 ции входного сигнала, M — - длина им, пульсной характеристики цифрового фильтра. Примем, что переходом, вызывающим изменение счетчиков 2. 3 и

13, является переход на их счетном входе из единичного состояния в нуле-вое, т.е. изменение состояния счетчиков происходит по заднему фронту сигналов на их счетных входах. После поступления М импульсов частоты f на счетный вход счетчика 2 на его выходе переполнения в конце периода Тд дискретизации формируется импульс, поступающий на тактозый вход линейного дельта-мОдулятора 1. Ча выходе ПОс- 20 леднего при этом (фиг. Зб) фиксируется значение шага квантования вход;- . ного сигнала в и-ом периоде дискретизации .„ (Б„), которое сохраняется (х1 на выходе блока 1 до поступления сле-25 дующего импульса с выхода переполнения счетчика 2. Сигналы с разрядных выходов счетчика 2 подаются на входы элемента И 6, поэтому при состоянии счетчика 2, равном М-1, на выходе элемента И 6 формируется импульс (фиг. Зв) длительностью ТА/М, который поступает на запрещающий вход ЗАПРЕТ

7, на разрешающий вход которого поступают импульсы генератора 4. В результате на выходе элемента ЗАПРЕТ 7 35 формируется последовательность импуль. сов (фиг, Зг), содержащая в одном периоде Т4 дискретизации М-I импульсов.

Импульсы с элемента 7, временное положение которых с точностью до времени задержки в элементе ЗАПРЕТ 7 соответствует положению тактовых импульсов, поступают на счетный вход второго счетчика 3, имеющего коэффициент пересчета M. Разрядные выходы счетчика 3 соединены с входами элемента

ИЛИ-НЕ 8, в результате чего при нулевом состоянии счетчика 3 на выходе элемента ИЛИ-HE 8 формируется импульс (фиг. Зд) длительностью Тд/М, посту- M пающий на управляющие входы блока 5 памяти и мультиплексора 10. При наличии этого импульса блок 5 памяти находится в режиме записи (фиг. Зе), а мультиплексор 10 передает сигнал с 55 выхода линейного дельта-модулятора 1 на первый вход элемента 11 эквивалентности,в отсутствие этого импульса, 4l 4 блок 5 памяти переводится в режим чтения, а мультиплексор 10 передает сиг..-.:л с выхода блока 5 на первый вход элемента 11 {фиг. Зж). 3а счет разного числа импульсов в последовательн:"тях с генератора 4 и элемента 7 за период дискретизации Т осуществляется рециркуляция адресов ячеек блоков

S и 9 пам:яти — в каждом следующем периоде Т адреса ячеек блока 9 памя4 ти смещаются на единицу в сторону отставания от адресов ячеек блока 5 памяти. Таким образом. шаги квантования входного сигнала 1 L„ ),,n ) О,запись

Г (i11 которых производится в блок 5 памяти всегда при нулевом состоянии счетчика 3, записываются в и-ом периоде дискретизации по K-му адресу, где К =

= nmodN.

Сигналы с разрядных выходов счетчиков 2 и 3 поступают также на адресные входы блоков 5 и 9 памяти соответственно, поэтому последовательность

1. (хд

Е ), $шос1 М = О,М-l, через мультиплексор 10 и последовательность (I g ), K = (M-r+n)modM, г = О,M-1, поступают синхронно на входы элемента if эквивалентности (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ), на выводе которосо Формируатсн проивнедение (L О+ Ье" ). Последовательность таких произведений поступает на вход, управляющий направлением счета реверсивного счетчика 13, который изменяет свое состояние на единицу после поступления на его счетный вход очередного .заднего фронта тактового импульса. В результате, через М тактов, на выходе реверсивного счетчика 13 формируется значение свертки (2) в п-ом периоде дискретизации (S+K = Б+Мь— — г+и, а так как изменение индексов

S u r одинаковое, имеем S+K = nmodN).

Указанные соотношения между индек(ХЪ г(l7 сами последовательностей (Ь ) и Ь„ 7 по соответствующим адресам блоков 5 и 9 памяти проиллюстрированы на фиг. 3 для случая nmodN = О.

В начале следующего периода дискретизации Т блок 12 формирования им4 пульсов формирует на своем первом выходе 26 сигнал (фиг. Зз), передний фронт которого соответствует временному положению переднего фронта тактового импульса. По указанному фронту,; сигнала с выхода 26 значение свертки (2) из реверсивного счетчика 13 записывается в накапливающий сумматор

14, где суммируется с его предыдущим

1425841

Д са макс чг ээ1 сц)» где ц гцт,руу=

= й, „ — время чтения из бла1 ков 5 и 9 очередных 5О значений шагов квантавания.; время выполнения операции "умножения" элементом 11; 55 время изменения состояния реверсивного счетчика 13„ сп значением, в результате чего на выходе блока 14 формируется значение Ч у,.

Одновремечно на втором выходе 27 блока 12 формируется короткий импульс (фиг,Зи), поступающий на вход уста5 нонки нулевого состояния реверсивно-го счетчика 13, в результате на ега выходах устанавливается нулевое значение сигнала, чем подготавливается очередной цикл накопления по формуле (2) .

Длительность импульса с выхода 26 блока i?, равная целому числу периа,цов сигнала тактового генератора 4, выбирается достаточной для выполнения операции суммирования в блоке 14 и может быть изменена путем изменения числа последовательных выводов регист ра 20 сдвига, подключенных к входам элемента ИЛИ 22. Поэтому, по заднему фронту сигнала с выхода 26 значение у„ с выхода блока 14 записывается в блок 15, где суммируется с его предыдущим значением. В результате этого 2с на выходе 18 формируется отсчет выходного сигнала фильтра у (в формате импульсно"кодовой моцуляции), который преобразуется цифроаналоговым преобразователем 16 в аналоговую фарЗО му y(t) на выходе 19.

Таким образом, в цифровом фильтре с линейной дельта-модуляцией полностью исключены непроизводительные затраты времени на запись накопленных значений произведений и задержка вре- - I5 мени на формирование адресов блока оперативной памяти. Введение блоков

6 и 7 и соответствующих соединений позволяет осуществить синхронное чтение шагов квантования входного сигнала и значений импульсной характеристики из блоков памяти, что уменьшает затраты времени на вычисление свертки (2) до величины

Сравнение времени t предлагаемого фильтра и известного показывает, что в предлагаемом фильтре частота f дискретизации может быть значительно выше.

Формула изобретения

1. Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией, соцержащий линейный дельта-модулятор, информационный вход которого являетсг входом фильтра, блок оперативной памяти. блок постоянной памяти, выход которого соединен с первым входом элемента эквивалентности, выхац которого подключен к управляющему входу реверсивного счетчика, выходы которого соединены с информационными входами первого накапливающего сумматора„ выходы которого соединены с информационными входами второго накапливающего сумматора, выходы которого подключены c входам цифроаналогового преобразователя и являются первыми выходами фильтра, тактовый генератор, выход когарсго соединен со счетными входами реверсивного и первого двоичного счетчиков и первым входом блока формирования импульсов, первый выход которого подключен к вхоцам синхронизации накапливающи»-. сумматоров, второй двоичный счетчик, элемент ИЛИ-ИЕ, выход которага соединен с управ яющим входом:;ультиплексара, выход переполнения первого двоичного счет. †:ика соединен с тактовым входом лине гаага дельта-модулятора выход цифроаналогового преобразователя являетс.: Dòopbl» выходом фильтра, о т л и ч -а ь-. a< и и с я тем„ что, с целью T. DBl-щения быстродействия, в фильтр введень :::;: мент И и элемент

ЗАРРЕТ, разрешающий вход которагс подключен к выходу тактового генера"-ара,, выход линейного дельта-модулятора соединен с первым информационньпч входом мультиплексора и информационным входом блока оперативной памят .i выход которого подключен к второму информационному входу мультиплексора, выход которого соединен с вторым входом элемента. эквивалентности, вы» .оды разрядов первого дзоичнага счетчика подключены к адресным входам блока оперативной памяти и зхадам элемента

И, выход которого соединен с запрещающим входом элемента 3 UIPFT и вторым входом блока формирования импульl 14258 совр второй Выход которого соед с установочным входом реверсивного счетчика, управляющий вход блока оперативной памяти подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента ЗАП РЕТ соединен с входом второго двоичного счетчика, выходы которого подключены к входам блока постоянной па:мяти и элемента ИЛИ-ЬЕ.

2. Цифровой фильтр по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок формирования импульсов выполнен на регистр сдвига, формирователе переднего фронта, элемента ИЛИ и элемен7 те .1, выход которого соединен с пер15

41 8 вым входом элемента ИЛИ, выход перво-. го разряда регистра сдвига соединен с первым входом элемента И, второй вход которого объединен с входом син«ронизации регистра сдвига и является первым входом блока, выходы остальных разрядов регистра сдвига подключены к сдноименным входам элемента

ИЛИ, выход которого соединен с входом формирователя переднего фронта и явл." тся первым выходом блока, информа ;ионный вход регистра сдвига и выход формирователя переднего фронта являются вторыми соответственно входом и выходом блока.

1425841

Составитель О. Ревинский

Редактор Г. Волкова Техред Л.Сердюкова Корректор Г.Репетник

Заказ 4783/55 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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