Цифровой фильтр

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано всистемах цифровой обработки информации. Цель изобретения - повышение быстродействия. Фильтр содержит регистры памяти, сумматор, мультиплексоры, умножитель, элементы ИЛИ, элемент НЕ, регистр, блок синхронизации, две группы компаратороз, группу реверсивных счетчиков, ключи, блок ключей и накапливающий сумматор. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)з С 06 F 15/36

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4808296/24 (22) 29,03,90 (46) 07,12.92, Бюл, ¹ 45 (72) А.Н.Сычев, В.В. Горский и А.Н.Черемнов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1474776, кл. G 06 F 15/36; 1986. (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки информации, Целью изобретения является повышение быстродействия цифрового фильтра путем обеспечения вычисления порядковых статистик и скользящего среднего за 2 такта работы устройства.

На чертеже представлена структурная схема цифрового фильтра, Цифровой фильтр содержит блок 1 памяти из и гп-разрядных регистров памяти

1.1, 1.2, ..., 1.п, первую группу 2 из и компраторов 2,1, 2.2, ..., 2.п, группу 3 из и реверсивных счетчиков 3,1, 3,2, ..., З.п, втору а группу 4 из и компаратаров 4,1., 4.1, ..., 4n, блок 5 синхронизации, первую груп и у 6, вторую группу 7, третью группу 8, четвертую группу 9 выходов блока синхронизации, первый 10, второй 11 и третий 12 отдельные выходы блока синхронизации, накапливающий сумматор 13, сумматор 14, мультиплексоры 15 — 17, регистр 18 номера статистики. блок 19 памяти коэффициентов, умнажитель

20, ключи 21, 22, блок 23 ключей, элементы

ИЛИ 24, 25, элемент НЕ 26, элемент НЕ 26, вход 27 задания режима, информационный вход 28, вход 29.синхронизации, выход 30.

„, Ы „, 1780089 А1 системах цифровой обработки информации, Цель изобретения — повышение быстродействия, Фильтр содержит регистры памяти, сумматор, мультиплексоры, умножитель, элементы ИЛИ, элемент НЕ, регистр, блок синхронизации, две группы компараторов, группу реверсивных счетчиков, ключи, блок ключей и накапливающий сумматор. 1 ил.

Фильтр осуществляет в общем случае нелинейную цифровую фильтрацию входного сигнала. Так, например. ранговая фильтрация входного ".èã÷àëà реализуется па формуле:

Й п(Хк +. где Rjл(Хк- +1,.„,Хк) — j-я порядковая статистика текущих отсчетов (выборок} входного сигнала Хк-л+1, .„Хк:

Ук — значение К-го отсчета сигнала на выходе фильтра;

P — коэффициент усиления.

Если j -- (n + 1)/2, где и — нечетное, то предполагаемый фильтр осуществляет медианную фильтрацию сигнала. Если определить

p=. 1/п при j = О, та p="-ализуется операция скользящего усреднения по формуле

Ук = — 7 Хк — i+1 и

Устройство работает следующим образам.

Перед началам рабаты цифрового фильтра двоичный кад весового коэффициен-,а усиления /3 записывается в блок 19 памяти коэффициентов, номер j порядковой стати-. стики текущих вь|барак входного сигнала записывается в рсгистр 18 номера статисти1780089 ки. Регистры блока 1 памяти, счетчики группы 3, накапливающий сумматор 13 устанавливаются в нулевое состояние, блок 5 синхронизации устанавливается в исходное состояние с нулевыми сигналами на выходах, В режиме вычисления порядковых статистик на входе 27 задания режима устанавливается нулевой сигнал, ключ 22 запирается, информационный сигнал с вы"ода накапливающего сумматора 13 на вход умножителя 20 не поступает и состояние сумматора 13 не учитывается. На информационный вход 28 фильтра поступает первая выборка Х1 входного сигнала, а на вход 29 синхронизации поступает первый тактовый импульс. Блок 5 синхронизации формирует единичный импульс на выходе 6.1 и единич-. ный сигнал на выходе 7,1 групп 6 и 7 соответственно, причем на выходе 7.1 сигнал фиксируется в течение времени 2z, где zдлительность одного такта работы устройства фильтра, Мультиплексор 15 при поступлении единицы с выхода 7.1 блока 5 формирует на выходе слово, соответствующее состояни.о двухступенчатого регистра

1.1 блока 1 памяти, Слово с выхода мультиплексора 15 поступает "»3 BTopb»c информационные входы компарэторов первой группы 2. На первый информационнь»й вход ;-го, »= 1„.п, компэраторэ группь» 2 поступает слово, соответствующее состоянию j-го двухступенчатого регистра блока 1 памяти, Нз первом выходе компаратора 2.j, J = "! ...n группы 2 формируется единичный сигнал, если слово, поступающее на второй информационный вход, больше слова, поступающего на первый информационный вход. На инверсном втором выходе компаратора 2.j формируется единичный сигнал, если слово на втором информационном входе меньше или равно слову на первом информационном входе компаратора, Сигналы на выходах формируются при поступлении единичного импульса на управляющий вход компаратора 2 j. j = 1..п, с третьего отдельного выхода 12 блока 5 синхронизации.

Сумматор 14 формирует число, соответствующее весу кода, устанавливающемуся на вторь»х выходах компараторов группы 2.

Сигнал с первого выхода компаратора 2 j, j

= 1.„n группы 2 поступает на вход прямого счета соответствующего счетчика З.k группы 3. Сигнал с выхода сумматора 14 поступает на входы параллельной записи кода всех счетчиков группы 3, Запись кода в счетчик 3 j, / = 1...n группы 3 осуществляется с поступлением на вход синхронизации счетчика единичного импульса с выхода 8,j группы 8 блока 5 синхронизации, После записи

35 эультаты сравнения выборки Х», поступаю40 щей с выхода мультиплексора 15, с

20 выборки Х1 в регистр 1,1 по импульсу с выхода 6,1 группы 6 блока 5 синхронизации и снятия импульса на выходе 6,1 блок 5 синхронизации формирует нэ втором такте работы единичные импульсы на выходе 8.1 группы 8 и третьем отдельном выходе 12, В результате компараторь, 2.j, j = 2, 3,...,n группы 2 формируют единичные сигналы на первых выходах и счетчики 3.k, j = 2, 3„„,п группы 3, суммируя со своим содержимым единицу на входе прямого счета, устанавливаются в состояние "1". На первом и втором информационных входах компаратора 2.1 устанавливается слово, представляющее выборку Х1. В результате единичный сигнал формируется на втором выходе компаратора 2.1. Второй сумматор 14 формирует число "1, которое по импульсу с выхода 8.1 блока 5 синхронизации в параллельном коде записывается в счетчик 3.1 группы 3. При поступлении на информационный вход 28 фильтра выборки X», i =- 2...n, а на вход 29 синхронизации »-го, =- 2...n, тактового импульса блок 5 синхронизации формирует единичный импульс на выходе 6.! группы 6 и единичный сигнал длительностью 2z на выходе 7Л группы 7. По импульсу на выходе

6Л выборка Х записывается в регистр 1Л блока 1 памяти. В соответствии с управляющим сигналом на выходе 7.i мультиплексор

15 формирует нэ выходе слово, соответствующее состоянию регистра 1.i. По окончании записи выборки Х» в регистр 1.i и снятия импульса с выхода 6Л блок 5 синхронизации формирует единичные импульсы на выходе

8Л группы 8 и на третьем отдельном выходе

12. Компараторь» 2.j, j = 1.„n, по импульсу с выхода 12 формируют нэ своих выходах ресодержанием Х» регистра 1,j. Если Х» > Х1, то формируется единичный сигнал на первом выходе компаратора 2.J и, поступая на вход прямого счета счетчика З.j, увеличивает его содержимое на "+1". Тем самым увеличивается номер статистики для выборки Х», находящейся среди множества анализируемых выборок, если зта выборка Х! оказывается меньше очередной записываемой выборки Х», Если для некоторого j, J« », окажется Х; < Х1, то компаратор 2.j формирует единичный сигнал нэ втором выходе, Ввиду того, что компаратор 2.j сформирует единичный сигнал на втором выходе, В этом случае сумматор 14 сформирует число n; < i, отражающее номер статистики для поступившей выборки Х», размещая ее тем самым после всех выборок, превышающих или равных выборке Х». Разрешающим импульсом с B»,lхода 8.i блока 5 синхронизации число и» в

6 i:БССII. i! Зг . КОЛ" ЗБГ!ИСЬ(еаЕТСЧ ..; -!,(, ;).1 !гру, и!.1, ;.

"-Г:00pàl >>р Г? : !,>)Ог)м/*,(!VB:c>i iе"!,.>- 1,,- :.. : и >Л !. С:= 3> fIЬ . =: !B Г!О ЭТОМУ >„ ИГ:-!.=;г ..;,;;ЬГ>.Г!ЛЕК 0,.) . 6 I)Op,:; с?,yвe-, i!а =-LIXО .::)Г>! > c. :>Г;;;Г;;,>1-.. Схо->е 27 зада;-!и->,; —.),:., !! ! ()" ? Л! i а: "4 LI>t> Г >с

":t",".!ь;. с!. г!:а . по второму о к:.ы=-.а; —.

СЯ К:! Г;>! !.,>!С>> .) )i: P -,ХСДВ Г>!,>Г?>-. Ti1:0.,B

> !!!>Г, » -.. К; -i.:! .-. Лс>МЕЧ>- )>Г !)! ! с с -. - Г;>— )I;! !... ., . )..,;)С,-l lов. 0 СИ

И,-; >Е>>Е ;!1Е (I), ü,; ;-;» ) р.-.

> !i! .,",, !! t) i С, IBII>":)! Г,с > Llt I

» (« ,I;>tl "I О >С"? ->t> -!-> ",KPP

ОС> ! t . i В):; с. I3 :,. i С Г- ВЬ>00 lk;t, > .

J !

Г> !!! к - .., ... - ? > >3>txt ...>,е 1 ):. . с,,!-, ! и

xpoниза,,.:1 I ã0, =- 2...п тактового им.—:Бса блок» . -.Нхронизации формирует .-Д>.:.Си::::-?ь!й >>1!Хпульс I4B B:;ы, ходе 6.! группы 6 .:;:=-,.-И>!и41;ы 1 сигнал Длительностью 2т на

Выхода 7.1: руппы 7. По импульсу на выходе

=,.i выборка Х! записывается в регистр 1.i зска 1 памяти. По сигналу на выходе 7.! ,:.-, B 5 мультиплексора ",5 формирует на ==,!ХОДЕ СЛОВО, :.ООТВЕТСТВУЮЩЕЕ СОСТОЯНИЮ р- vlit",Tpç !.! б>lакB !. ПО Окончании записи

:;;p ки Х; В ег .1стр t..i и снЯтия импульса с -. -.:. Ода 6.! блок 5 синхронизации формиру. —: Бд!1Н!4-;ный имп;льс на отдельном выходе i2, ко:Орь"й поступает на второй управляюк ..= Вход сум B t opB 13, По атому сигналу

-::;мотор 13 c,.I> tèð?,:åT слово HG информац =ннам входе с0 с !оим содержимым. В результг TB " суГ>!м!Вторе 13 окажется запи...::, в Гх ..10BO . = i tp,-;, i = 2...n.

I 0>> ПОСТУГ>ЛЕ!4ИИ >!а ИНфОРМс?ЦИОННЫй ВХОД l) фильгра выборки Хк, К = à n+j, i < и, а--!,".,.... и ка вход 29 синхосн,зации К-го такТо?Огг и!.пульса блок» синхронизации фор-!.1ирует единичнь!й импульс на вь>ходе 6.1

: р пп 6, на Бтооо:>1 отдельь!!Ом Выходе 11 и е« .1Г1;". ч:-!ый c t нал дли ельностью 2 т на выг!0 >п>-.ь 7. i!o импульсу с Выхода 6.I

:: .=Орки :, запись.вается в рег.?стр 1.i блока ,! i 4; t I. Па С! > . >Л", С 3 ЫХОдс! >> .j МуЛ1>ТИ ,;:1; о! 1» ф Il "1 с>>с на BL!Ходе славс, са

0>в: >с-:вующее .-.Стая!4 ;?!0 регистра 1,!, Р

:зз> >,! . pте на,. !i — . такте рабаты цифра ..--.Г-О ...;,;1> -гр,, -.;,Г !хс-.де- мульт-иплексора 15

,"..руе1СЯ с>, ".o Х, ;-;„cOOTBRTcтвующее

Б5> с,,сoi.: соде;„;:! с. .; ; B."ècòpà 1.!, на (2К}-м

:г,lQ .:. Брм рус,с,.;свс Хк. coOTBQTñòâóþ.;:=: Новому сс",:;.1):..". " 0! ó рег:cTp3 1.I. Пс

", с Быхадл I! Г)лс?;а 5 синхоонизапссi) !Iа!С> е -;: .iB г!ервый уtlpBBëÿþ"

, l;, i,: —,»,, 0 д t-,> i ", >. -"= т с::: ". 1 3, B с у м м д т О р е

"; =ст .,!.-..:e-: . -.ь"; . ан. е слова на инфор.!10 . ->Ом::;аде Г;:. с; део;кимсго. В ре,,.-Га. е Б, >м;. агоре 13 сформируется

1 к — t,4 ", . !0 сксч !ан > с.::0>,.c,4> выборки Хк в рв и с .":T: !!.:,и>)!Бса с выхода 11 и с

»-„,-: 6,! Груг!>?!. 6 б-.oi:. 5 синхронизаци1! еТ! е и: .. ь,е импульc>I!4B первом

i" BМ 2 t > . "!BÃ! :!4 ÛX ВЫХОДслХ. Г>0 ИМ ...з,,-.>?Дс : ., г; гупа>сщему на Вта ра 3,! Я tа ..:. B>,ОД сум "IBTOIpB 1 3, В

Г): !.i, >!,Bt . L„t>-.:TC;i .ЛО:+.(>4!IC СЛOBB

4)СР! !В, !!О!!! t .i : ВХОДЕ С СОДЕРЖИЛ1ЫМ.

-, мм,;тс;е 10 форм 1руется т,>ь ат?". 1780089

Единичный сигнал на выходе 27 задания режима цифрового фильтра открывает ключ 22 и слово ZK c выхода накапливающего сумматора 13 через ключ 22 и элемент 24

ИЛИ поступает на первый информационный вход умножителя 20, С выхода блока 19 памяти коэффициентов на Второй информаLIMQHHbiA вход умножителя 20 поступает слоВо «8 = 1/п. По импульсу с первого отдельного выхода 10 блока 5 синхронизации умножиз ель 20 формирует на Bb«xone цифрового фильтра скользящее среднее

1 1

Ук= — Ък = и A

1 «

= — ) Хк-с+1 и

Формула изобретения

Цифровой фильтр, содержащий n pe««t«строе памяти «Г . размерность анали зируемога "окна"), сумматор, два мультиплексора, два элемента ИЛИ, умножлтель, регистр., элемент НЕ и блок синхронизации. причем информационный вход фильтра соединен с информационными вхоб дами регистров памяти, выход умножителя вляе l- я в««««, Одо«,,«фил« .«.ра пе «вь«й и««ф, р мационный вход умножи«еля является Bõoдом задания коэффициента усиления ф!;;««.-:TIBB, перВый ВыхОД блока Синхрониза ц -и г«одкл очен в тактовому входу умножителя. о т л и ч а «о щ и и - я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введень две группы из и компараторов, группа из и реверсивных счетчиков, два ключа, блок ключей, накапливающий сумматор и третий мультиплексор, причем выход J-го IJ = 1,п) регистра памяти подключен к )-м информаЦИОННЫМ ВХОДам пврвОго и второго мультиплексоров и к первому информационному входу J -ro компаратора первой группы., выХОД ПЕРВОГО МУЛЬтИПЛЕКСОРа СОЕДИНЕН С вторыми информационными входами компараторов первой группы и с информационн ым входом на каплива ю цего сумматора, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выход которого соедл«нен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму информационному входу умножителя, выход второго мультиплексора соединен с информационным входом второго ключа, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход "Больше" j-го компаратора первой группы подключен к суммирующему входу j-го реверсивного счетчика группы, выход которого соединен с первым информационным входом j-го компаратора второй группы и с j-м информациОнным Входом третьего мультиплексора, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторыми информационными входами компараторов второи группы. Выход

"Меньше" j-го компаратора второй группы подключен к )-му информационному входу блока ключей группы, )-й выход которого

- подключен к вычитающему входу)-го реверсивного счетчика группы, выход "Меньшеравно", -го компаратора первой группы соединен с )-м входом сумматора, выход Которогo соединен с установочными входами реверсивных счетчиков группы, выход "Равно" )-ro компаратора второй группы соединен -; j-го разряда адресного входа

Втсрого мультиплексора, тактовый вход блока синхронизации является входом синхронизации фильтра,j-A выход первой группы выходов блока синхронизации подключен к тактовому входу )-гo регистра памяти, )-й выход второй групг ы выходов блока синхронизации соединен с j-м разрядом адресного

Входа ВррВО«0 мультиплексора, J-«l Bblxop, TpBTb6A группы Bb«xo+OB б loKB синхронизации соединен с тактовым входом J-го реверсивного счетчика групп „J-й выход четвертой группы Выходов блока синхронизации соединен с j-м разрядом адресного входа третьего мультиплексора, второй выход блока синхронизации соединен с входом установки В исходное состояние накапливающего сумматора и с управляющим входом блока ключей, третий выход блока синхронизации подключен к тактовым входам накапливающего сумматора и компараторов первой группы, вход задания режима работь«фильтра соединен с управляющим входом первого ключа и через элемент НŠ— с управляющим входом второго ключа, первый выход блока синхронизации соединен с тактовым входом регистра, информационный вход которого является Входом задания номера статистики фильтра, Выход регистра подключен к Второму Входу второго элемента ИЛИ, 1780089

Составитель Е,Хуртин

Техред M.Moðãåíòàn КоРРектоР H,Слободяник

Редактор

Ф

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4437 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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