Оптимальный фильтр

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки сигналов для уменьшения случайной составляющей, распределенной по произвольному закону. Целью изобретения является повышение быстродействия, что позволяет обрабатывать более высокочастотные сигналы. Оптимальность фильтра понимается в смысле максимизации критерия MAX P{A≤X≤ B}, где P { X } *98э [0,1] - функция распределения процесса на выходе фильтра, A и B - заданные константы. Фильтр содержит N последовательно соединенных M<SP POS="POST">*</SP> - разрядных регистров 1, N блоков 2 умножения на весовые коэффициенты, блок определения минимального числа, состоящий из ячеек 3-5, N трехвходовых элементов ИЛИ 6, N элементов ИЛИ 7, N элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 и элементов ИЛИ 9, N элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10,2 N элементов ИЛИ 11, 12 и N элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13. В фильтре реализованы параллельные процедуры умножения входной последовательности на весовые коэффициенты и выделения из результатов наименьшего числа с помощью матрицы логических схем. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Al (51) 4 G 06 F 15/353

6 ЕОБЗИ1 .:. ЫИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

:(21) 4328157/24-24 (22) 17.11,87 (46) 23.09.89. Бюл. ¹ 35 (71) Институт технической кибернетики АН БССР (72) В.П.Загорский (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 1193687, кл. G 06 F 15/353, 1985.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1170463, кл. G 06 F 15/353, 1984. (54) ОПТИМАЛЬНЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки сигналов для уменьшения случайной составляющей, распределенной по произвольному закону. Целью изобретения является повышение быстродействия, что .позволяет обрабатывать более высокочастотные сигналы. Оптимальность

„,Я0„„1509934

2 фильтра понимается в смысле максимизации критерия max Р (А 4х В), где

Р1х 1 E (0, 1 ) — функция распределения процесса на выходе фильтра, А и В— заданные константы. Фильтр содержит и последовательно соединенных m+разрядных регистров 1, п блоков 2 умножения на весовые коэффициенты, блок определения минимального числа, состоящий из ячеек 3-5, п трехвходовых элементов ИЛИ 6, п элементов ИЛИ

7, п элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 и элементов ИЛИ 9, п элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10,2 и элементов ИЛИ 11, 12 и и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13.

В фильтре реализованы параллельные процедуры умножения входной последовательности на весовые коэффициенты и выделения из результатов наи меньшего числа с помощью матрицы ло-, гических схем, 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

3 150993

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в системах обработки сигналов для уменьшения случайной составляющей с

5 произвольным законом распределения.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

На чертеже представлена блок-схема оптимального фильтра.

Фильтр содержит и последовательно соединенных m-разрядных регистров

1,-1„, и блоков 2,-2 „ умножения на весовые коэффициенты, блок определения минимального числа, состоящий из ячеек 3 11-5; (i=1 ï - номер строки, jl,m-l номер столбца), п элементов ИЛИ б, каждая ячейка первого столбца содержит элементы ИЛИ 7 и

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, каждая ячейка второго столбца содержит элемент ИЛИ 9 к алемект КСКЛЮЧЛЮаЛЕ лдИ 10 каждая ячейка j-то столбца (j=3, т-1) содержит первый 11 и второй 12 элемен- 25 . ты ИЛИ и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13.

Для синтеза фильтра использованы особенности распределения наименьшего числа из выборки в п случайных величин с произвольным распределением. 30

Оптимальность фильтра понимается в смысле макс Р 1А х 4 Б ) (1) где Р1х1 6(0,11 — функция распределения процесса на выходе фильтра;

А и  — заданные константы— ограничения.

Максимизация критерия (1) дости- 40 гается мультипликативным преобразованием входной последовательности Y=

=(y„)i=i n } так, что отфильтрованное значение х+=х„„„е у,.d;I i=l,п ), где й; — весовые коэффициенты, опреде- 45 ляемые из системы линейного уравнения:

Д 1- В В А À д — Р; (—, е. °, — )-Р„(1-б ° ° ° и

А — ) =0 (2)

dï где А -(-.I) С „; i=1,tl.

Фильтр работает следующим образом, На вход фильтра, т.е. на вход пер- 55 вого регистра 11, подается фильтруемая случайная последовательность

+ в виде m -разрядных чисел. Одновременно с поступлением каждого числа выполняется операция сдвига обычным образом. Для этого вначале на входе устанавливается код числа, а затем подается импульс на входы синхронизации регистров, при этом входное число .записывается в первом регистре, которое было в первом, во втором и т.д, С выхода каждого регистра коды чисел поступают на входы блоков 2, .с помощью которых реализуется операция умножения входной последовательности на весовые коэффициенты

d,,i=1,п. Коэффициенты d; определены из системы (2).Результаты умножения разрядностью m поступают н» цепочки логических элементов так, что старшие разряды - на ячейки с номерами 3„-3 à младшие — на элементы ИЛИ 6, -6„

Работу ячеек рассмотрим на конкретном примере.

Пусть последовательность чисел представлена массивом из трех чисел (10101, 10001 10010). В старших разрядах всех чисел находится

"l Не трудно видеть что при этом на информационном выходе ячеек

3 также выделится уровень "1", на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

8 — уровень логического "9". Логический "g" поступает на входы ячеек 4 и разрешает анализ вторых разрядов чисел.

Во вторых разрядах всех чисел находятся одни "И", поэтому на всех выходах элементов ИЛИ 9 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 выделяются уровни логического "9" при этом разрешается анализ всех чисел в третьем разряде.

По третьему разряду первое число является большим, чем два других и данное число можно исключить из дальнейшего анализа. Выполняется это следующим образом. На выходах элементов ИЛИ 11 (ячеек) 5 и 5 формируется уровень логического "0", который блокирует (подавит) уровень логической "1", который должен сформироваться на выходе элемента ИЛИ 11 (ячейки S „ ) и на информационном выходе в третьем разряде также имеется уровень "9". При этом на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 (ячейки 5, ) выделяется уровень логической "1", который отключает ячейки

5, и 61 из дальнейшего анализа.

09934 6

5 l5

Что же касается второго и третье-— го числа, то на выходах ячеек 5 и

5 формируются уровни логического

"9", которые разрешают анализ в четвертом разряде второго и третьего чисел. Последнее число имеет в четвертом разряде "1", следовательно, оно больше второго, и на выходе ячей ки 5 формируется уровень логической

"1", который и исключает третье число из дальнейшего рассмотрения, На четвертой информационной шине при этом поддерживается уровень логического "g" поступающий с информационНОГО ВЫХОДа Ячейки 5 4, ПОслеДний пятый информационный разряд установится в "1", так как элементы ИЛИ

6 и ИЛИ 6,отключены уровнями логической "1", поступающих на их входы, а на элемент ИЛИ 6 уровень логи ческой "1" поступает с последнего пя того разряда второго числа.

Таким образом, на информационных выходах устройства вьщеляется минимальный код 1®ф1, что и требовалось определить. С поступлением следующего числа на регистры 1 цикл анализа повторяется.

Формула изобретения

1. Оптимальный фильтр, содержащий и блоков умножения на весовые коэффициенты (п — объем выборки) и блок вьщеления минимального числа, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены п последоватЕльно соединенных регистров, причем выход

i-го регистра (i= n) подключен к входу i-ro блока умножения на весовые коэффициенты, информационный выход которого поразрядно соединен с

i-м информационным входом блока выделения минимального числа, выход которого является выходом фильтра, информационный вход первого регистра является информационным входом фильтра, тактовые входы регистров объединены и являются тактовым входом фильтра.

2. Фильтр по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что блок вьщеления минимального числа содержит матрицу ячеек из и строк и m столбцов (m — количество разрядов выходного числа) причем каждая i j-я ячейка (i ),п — номер строки, j=l,2 — номер

55 столбца) содержит элемент ИЛИ и элемент ИСКЛЮЧАЮЩИ ИЛИ, каждая i,k-я ячейка (ЕЗ, ш-1) содержит два элемента ИЛИ и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, каждая i m-я ячейка содержит элемент

ИЛИ, первые входы элементов ИЛИ и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ i j-х ячеек соединены и являются входом j-го разряда i-ro информационного входа блока, выходы элементов ИЛИ и вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ всех ячеек j-го столбца соединены и являются выходом j-го разряда блока выделения минимального числа, первые входы первого элемента ИЛИ и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ каждой

i k-й ячейки соединены и являются

k-м разрядным входом i-ro информационного входа блока выделения минимального числа, выходы первых элементов ИЛИ и вторые входы элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ всех ячеек k-ro столбца соединены и являются выходом

k-го разряда блока выделения минимального числа, второй вход элемента ИЛИ каждой ячейки первого столбца, соединен с первым входом первого разряда i-ro информационного входа блока выделения минимального числа, выход элемента ИСКЛЮЧАЮТ?Е ИЛИ i 1-й ячейки подключен к второму входу элемента ИЛИ i 2-й ячейки и к второму входу первого элемента ИЛИ и первому входу второго элемента ИЛИ

i 3-й ячейки, выход элемента ИСКЛЮЧАРРТЕ ИЛИ i,1-й ячейки (i=1 и; 1=

=2,m-2) соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ и с вторым входом второго элемента ИЛИ i 1+1-й ячейки, первый вход элемента ИЛИ

,m-й ячейки которого является входом ш-го разряда i-ro информационного входа блока вьщеления минимального значения, второй вход элемента ИЛИ i ш-й ячейки соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (i,m-1)-й ячейки, выход второго элемента ИЛИ, i q-й ячейKH (i=1,ï; О=З, ш-2) подключен к пер-, вому входу второго элемента ИЛИ и к второму входу первого элемента ИЛИ (i, Ч+1)-й ячейки, выход второго элемента ИЛИ (i, m-1)-й ячейки соединен с третьим входом элемента ИЛИ

i m-й ячейки, выходы элементов ИЛИ всех ячеек ш-го столбца соединены и являются выходом ш-го .разряда блока выделения минимального числа.