Цифровой нерекурсивный фильтр

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения - повьЕпение точности фильтрации без увеличения объема блока постоянно памяти, в котором хранятся частичные произведения. Цифровой нерекурсивный фильтр содержит вход 1, регистр 2.1- 2.L сдвига, блок 3 постоянной памяти, регистры 4,. 5, 7, алгебраический сумматор 6, блок 8 синхронизации, выход 12. Введение формирователя 9 поправки , коммутатора 10, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 позволяет повысить точность представления.козффициентов, фильтра, а значит повысить и точностьS фильтрации. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„: 80„„1429294 (51) 4 Н 03 Н 17/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4192465/24-09 (22) 11.02.87 (46) 07.10.88. Бюл. Р 37 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) А.И.Агизим, И.П.Карпйюк, В.Р,Кравцов и А.Е.Фриш (53) 62! ° 32 (088.8) (56) Пелед А., Лиу Б. Цифровая обра- ботка сигналов. Теория, проектирование, реализация. — К.: Вища школа, 1979, с. 185-189, рис. 5.1. (54) ЦИФРОВОЙ НЕРЕКУРСИВНЫЙ ФЮ1Ь. Р (57) Изобретение относится к вычисли тельной технике. Цель изобретения— повьппение точности фильтрации без увеличения объема блока постоянной памяти, в котором хранятся частичные произведения. Цифровой нерекурсивный фильтр содержит вход 1, регистр 2.12.L сдвига, блок 3 постоянной памяти, регистры 4, 5, 7, алгебраический сумматор 6, блок 8 синхронизации, выход

12. Введение формирователя 9 поправки, коммутатора 10, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 позволяет повысить точность представления..коэффициентов, фильтра, а значит повысить и точность> фильтрации. 4 ил.

1429294 табируемых так, чтобы f а х 1 С1, выражение (1) можно представить в виде в у„",); (F х„",; 2" — х„ ), (2)

I t1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использ1 вано в аппаратуре цифровой фильтрации и спектрального анализа.

Цель изобретения - повышение точности фильтрации без увеличения объема блока постоянной памяти, в котором хранятся частичные произведения.

На фиг. l приведена структурная 10 с хема цифрового нерекурсивного фильт-.

@la; на фиг. 2 — структурная схема олока синхронизации; на фиг. 3 — фор1

Мирователь поправки, пример выполнения; на фиг. 4 — временные диаграммы,15 поясняющие работу блока синхронизаЕ};ИИ а

Цифровой нерекурсивный фильтр содержит вход 1, регистр 2.1-2.L сдвига, блок 3 постоянной памяти, пер- 20 вый 4, второй 5 регистры, алгебраический сумматор 6, третий регистр 7, блок 8 синхронизации, формирователь

9 поправки, коммутатор 10, элемент

ИСКЛ1ЯА1ОШЕЕ ИЛИ 11 и выход 12. 25

Блок 8 синхронизации содержит генератор 13 тактовых импульсов, счетчик 1 4, дешифратор 15, элемент И 16, инвертор 17.

Формирователь 9 поправки содержит 30 контактные "î÷êè 18-20 gàзистор 2 1 и перемычки 22.

Алгоритм работы цифрового нерекурснвнога фильтра заключается в следующем. 35

Выходной сигнал цифрового нерекурсивного фильтра описывается выражением уу а) х -)р

1с) где у„- значение выходного отсчета фильтра в и-й момент временир

a — значение j ro весового коэффициента фильтра; х„„ — величина (n-j)-ro входного отсчета;

L -- длина конечной импульсной характеристики фильтра..

Для данных, представляемых в до- 50 полнительном коде с фиксированной запятой с точностью В разрядов и масшВыражение в скобках есть двоичное

В-разрядное представление входных отсчетов х„ . Изменяя порядок суммирования по j u k получаем у се ) 2. а, х . — а1 х .(3) к.1 ) 1

Определив функцию Р„с L двоичными аргумент ами, как

Р„(х„, х„,...,х„) = а х„, . (с . с с

Выражение (3) можно представить терминах функции F как в-

-к к к к

2 Р(ХЛ 1у Хт,- р ° ° ° р ХИ i — Г(х„„, х „,..., х,, „). (5)

Пусть F„= Р(х"„,х„ ...,х„".), (6)

Fp = F (Xn y p XIt q p e ° ° g+tI д р в тогда у 2 ° Г„- Гр е (8) и а

Таким образом, для заданных коэффициентов фильтра 1 а j(j = 1,1) и, значит, функции Г значение у„, можно вычислить с помощью лишь операций сложения (вычитания для k = О) и сдвига. Так как аргументы х " функции у метут лриннмать эначенна О,.I), то Р характере:изуется конечным числом

2 возможных значений, которые можно хранить в памяти, в частности в постоянном запоминающем устройстве.

Определяем экстремумы функции F учитывая, что а; х„;(1. с1

Функция F достигает максимума

Р на таком наборе аргументов

1,х „„ р на котором все положительные. коэффициенты фильтра (aI 1т умножаются на х = 1, а все отрицатель1 и ные (а1 „— на х" = О, 1

Функция Г достигает минимума Р„„„ на таком наборе аргументов х " на котором наоборот все отрицатель" ные коэффициенты фильтра (а „умножаются на х = 1, а все положительк ные (а ) — на х" = O.

Запйсываем значение выходного от» счета у„, прибавив в выражении (8) величину Рр Г „„j ко всем Fa u Fe .у„=,) 2 (Р„+ F ) — (F. + Г„) к-1 „= - 1

К— с 1

> 2 F„+ 2 F„- F, — Р

У "1 к-(В-1

= у„+ Р(2 — 1) ° (9)

tс з 142929 ь-л -1

Обозначив Р„(", 2 — 1) -2 ° F

КцЛ . » — b переписываем выражение (9) для у

У ц Ул + ° (10) 45

Т аким образом, прибавление величины Р„ ко всем Р„ и Р„ приводит к тому, что все значения F становятся 10 положительными, а хранение в блоке постоянной памяти одинакового знака не имеет смысла.

Следует учитывать, что диапазон значений функции Р» (Р„„„» »Р„» Г„„„) 15 несимметричен.

Для того, чтобы избежать переполнения на выходе цифрового нерекурсивного фильтра, весовые коэффициенты а1 нормируются так, чтобы 20

1а}1 < 1. (11)

Уменьшение коэффициентов а сверх необходимого для соблюдения неравенства (11) приводит к потере точности, 25 при данном числе разрядов

Поскольку > а1 I = Р„(,к — F„„„, 1 получаем ограничение Р1„ „ -F„a„ I I.

Предположим, что ) Flare l ) (F„gal 30

1 тогда Р,л((„2 7

Следовательно, для представления

Р» в дополнительном коде необходим диапазон .(,"1, 1) длиной 2, в то время, как длина диапазона f F»,„„,F,,»» ) равна 1.

Смещая все значения функции F» на

Рвл в область положительных чисел, можно сократить длину слова на один 40( разряд, либо при той же длине слова повысить точность представления F», а значит и точность фильтрации.

Цифровой нерекурсивный фильтр работает следующим образом.

Последовательность данных х„ поступающих на вход 1 поочередно сдвигается в регистрах 2.1-2,L сдвига по тактам блока 8 синхронизации, начиная с младшего значащего разря- 50 в-л К да х„; . Разряды х„1 на выходе каж,дого регистра 2 используются в качестве адресов блока 3 постоянной памяти, в которой хранится 2" значений функций (F» + F„) и (Р, + F„). Предварительно в нулевом такте работы первый регистр 4 обнуляется,а на выходе коммутатора 10 появляется двоичный код поправки, генерируемый формирователем 9 поправки, который в конце нулевого такта записывается во второй регистр 5. Одновременно слово из блока 3 постоянной памяти с адреь-л в-1 ь -1 сом (х„„,х „,...,х „,„) записывается в первый регистр 4. В последукицих

В-1 тактах работы, начиная с первого, на выходе коммутатора 10 появляются значения сдвинутых на один разряд вправо результатов (что необходимо для осуществления умножения F на 1/2) сложения формируемых алгебраическим сумматором 6. Так, в первом такте работы цифрового нерекурсивного фильтра складывается значение Р(х„„, В-1 В-1 х „, ...,,х„, ) + F ) с значением поправки 4 S, = IF(x„I Fõ„

Ь-1 х„) + Р„} +a, ц в конце цаццог такта сдвинутый на один разряд вправо результат сложения S g равный в этом случае 2 Ял, записывается во второй регистр 5. Одновременно очередное слово из блока 3 постоянной

Ь-2 6-2 В-2 памяти с адресом (х„,,х„,...,x < ) записывается в первый регистр 4. Во второМ такте работы слово, равное (В-2 В-2 Ь-Ф

F(x„,,õ;...,x „) + Р } сцлвды" вается с содержимым второго регистра 5, равным 2 Ял.

В-2 Ь-2 g- 2.

S, = (F(x„,,х„,...,х„„) +

+ Р„ + 2 S„.

Такая операция повторяется B-l раз.

В тактах работы с О-ro по (В-1)-й на первый вход элемента 11 поступает уровень логического нуля, а на второй вход элемента 11 — инверсия переноса (Р) иэ старшего разряда алгебраического сумматора б. Таким образом, в этих тактах работы цифрового нерекурсивного фильтра элемент ll осуществляет дублирование знакового разряда.

В последнем В-м такте слово

F(x F 1 Fx F(g F ° ° ° FxF(p ) + F((F ) Вычита ется из содержимого второго регистра 5, а элемент 11, инвертируя перенос, формирует знаковый разряд результата у„. В конце В"ro такта сформированный таким образом результат у„, записывается в третий регистр

7 и присутствует на выходе 12 цифро" вого нерекурсивного фильтра весь последующий цикл.

Блок 8 синхронизации работает следующим образом.

Генератор 13 вырабатывает последо" вательность тактовых импульсов, по 14 ступающих на второй выход 8.2 блока 8 и на счетный вход счетчика 14, кото- рый имеет коэффициент пересчета (В+1).

Выходы счетчика 14 подключены к входам дешифратора 15, на первом выходе которого формируется сигнал низкого уровня во время нулевого такта работы, а на втором выходе — сигнал

Нулевого уровня во время В-го такта аботы.

Сигнал с первого выхода дешифратора 15 поступает на первый выход 8.1 бпока 8, а также используется для з апрета прохождения тактовых импульсов генератора 13 через элемент,И 16 на третий выход 8.3 блока 8 во время нулевого такта работы.

Сигнал с второго выхода дешифратора 15 через инвертор 17 поступает на четвертый выход 8,4 блока 8.

Код поправки а задается формиров ателем 9 поправки за счет установки соответствующим образом перемычек 22. формула изобретения с

Цифровой нерекурсивный фильтр, содержащий L последовательно соеди-. ненных регистров сдвига, где L — порядок цифрового нерекурсивного фильтра, блок постоянной памяти, L адреснЫх входов которого соединены с выходами Ь регистров сдвига, первый регистр, вход которого соединен с выходом блока постоянной памяти, второй регистр, алгебраический сумматор, первый и второй входы которого соеди29294 6 иены с выходами первого и второго регистров соответственно, третий регистр, вход которого соединен с выходом алгебраического сумматора, и блок синхронизации, первый выход. ко торого соединен с входом сброса первого регистра, второй выход блока синхронизации соединен с тактовым входом второго регистра, третий в;>ход блока синхронизации соединен с тактовыми входами первого регистра и L регистров сдвига, а четвертый выход блока синхронизации соединен с управляющим входом алгебраического сумматора и тактовым входом третьего регистра, причем вход первого рег:.,:, тра сдвига является входом цифрового нерекурсивного фильтра, выходом которого является выход третьего регист20 ра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в него введены формирователь поправки, коммутатор и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый вход которого соединен с четвертым выходом блока синхронизации, второй вход соединен с выходом переноса алгебраического сумматора, выход элемента ИСКЛИЧА1О5ЕЕ ИЛИ соединен с входом знакового разряда треть,го регистра и первым входом коммутатора, а выход алгебраического сумматора соединен с вторым входом коммутатора, третий вход которого подключен к выходу формировате35 ля поправки, управляющий вход коммутатора соединен с первым выходом блока синхронизации, а выход коммутатора соединен с входом второго регистра, 1429294

Составитель С.Иузычук

Техред Л.Сердюкова

Ко рректор М. Шароши

Редактор Н.йазореико

Заказ 5143/55 Тираж 929 Подпи с но е

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