Рекурсивный цифровой фильтр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнх

Социалистических

Республик рч995280 °

Ф (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100730 (21) 2961458/18-09

51}М Ки з

Н 03 Н 17/04 с присоединением заявки Йо

Государствеиный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

f33} УДК 621.396. . 66 (988. 8) Опубликовано 07.0233. Ьюллетень Йо 5,Дата опубликования описания 070283 (72) Авторы изобретения

О.В. Глушко и Л.И. Осинский (73) Заявитель (54) РЕКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к цифровой обработке сигналов и может быть использовано в, системах цифровой фильтрации, в автоматизированных радиотехнических комплексах обработки информации и системах распознавания образов ., Известен цифровой фильтр с последовательной обработкой сигнала, содержащий два регистра, один иэ которых служит для хранения коэффициентов

Фильтра, другой — для приема входных сигналов и задержки их на длительность, определяемую частотой поступления входных сигналов. С целью образования пройзведения входных сигналов на соответствующие коэффициенты, цифровой фильтр содержит также последовательные умножители, которые пре-, дусматривают наличие. хотя бы одного сдвигового регистра, конъюнкторов и счетчиков. Выходы счетчиков подключены к параллельному многоразрядному сумматору, результат с которого заносится в аккумулятор. Последний формирует выходной сигнал, представленный параллельным двоичным кодом 51 3.

Однако обработка входного сигнала, представленного последовательным двоичным кодом, начинается со старших разрядов. В силу этого невозможно сформировать значение 1-го разряда выходного сигнала, не ожидая приема всех двоичных разрядов входного сигнала, что существенно снижает быстродействие фильтра. Кроме того, не предусмотрены средства дпя реализации алгоритмов рекурсивной цифровой фильтрации, так как значение выходного сигнала представляется параллельным кодом, а обработка сигна« лов производится последовательно.

Преобразование параллельного двоичного кода в последовательный требует до- полнительного времени.

Известен также рекурсивный цифровой фильтр, содержащий последовательно включенные первый сумматор, регистр задержки и второй сумматор, второй вход которого объединен.с первыМ входом первого сумматора, а выход подключен к второму входу первого сумматора -и является выходом устройства (2).

Улучшить амплитудно-частотную характеристику фильтра возможно путем увеличения его порядка. Известные соединения фильтров. первого порядка в систему цифровой фильтрации приводят к снижению быстродействия обра30 ботки сигналов.

995280 первый умножитель, первый сумматор, другой вход которого подключен х выходу регистра задержки, второй умножитель н второй сумматор, другой ,вход которого подключен к выходу третьего умножителя, вход которого объединен с входом первого умножнтеля и является входом устройства,введено. (N-1) цепей (где И - порядок фильтра, каждая из которых состоит из последовательно соединенных nepsoro дополнительного умножителя,вход которого объединен с входом первого умножителя, первого дополнительного сумматора, к другому входу которого подключен выход дополнительного регистра. задержки, и второго дополни- 2О тельного сумматора, к. другому входу которого подключен выход второго дополНительного умножителя, вход которого объединен с входом второго умножителя, при этом вход дополнитель- 25 ного регистра задержки первой цеци подключен к выходу второго суммато. ра, вход дополнительного регистра . задержки 3 -ой цепи (где . i ю 2, З,...,М-1) подключен к выходу 3© второго дополнительного сумматора (1-1)-ой цепи, а выход второго дополнительного сумматора (М-.1)-ой цепи подключен к входу регистра задержки.

На чертеже представлена структур- зя ная электрическая схема рекурсивного цифрового фильтра.

Рекурсивный цифровой фильтр содержит умножителн 1-0 — 1-N, иэ которых (1-М)-ый является первым умножи- 4{) телем, (1-О)-ый - третьим умножителем, а (1-1 — 1-Я-1)-ые -, первыми дополнительными умножителями введенных (И-1) цепей, умножители 2-0—

2-К-1, из которых (2-.0)-ой являются вторыми умножителями, а (2-1—

2-И-1)- вторыми дополнительными умножителями введенных (N-l) цепей, сумматоры 3-1 - 3-3, иэ которых(3-13-hl-1)-ые являются первыми дополнительными умножителями введенных - )О ф-1 х()=Е {m)23.

3<0

К-3

3()= 1 . 3,;(т)2 i

3=0 где а()) и. b({J) - коэффициентыфильтра, а И - порядок фильтра. Коэффициенты а () ) и Ь (j), представленные в виде двоичнЫх чисел CQ 3()),а{3, {1)... ohio(j))a< if, у 3ь,к-2(3)р-.- ° уроО) ) со ответственно хранятся в умножителях в. следующем йорядке: умножитель 1-И содержит коэффициент а(0), умножитель

1-i à(i) 1где .3. = 1,2,...,N-1), умножитель 1-0-а (И ), умножитель 2- 3 -Ü (3 ) (где 1 .= 1,2,...,И-1), умножитель

2-0- Ь{И). Входной сигнал x(m) поступает на входы умножителей 1-0 — 1-И поразрядно, начиная с младшего разряда gz(m), где производятся поразрядные умножения на соответствующие коэффициенты с последовательной выдачей результатов произведения на соответствующие входы сумматоров 3-1—

3-И и 4-0. 33а другие входы сумматоров

3-1 — З-М также последовательным кодом синхронно с. выходами умножителей 1-1 » .1-И выдаются двоичные числа промежуточных вычислений из соответствующих регистров задержки 5-15»И. В результате на выходе суммато ра 3-М происходит поразрядная выдача выходного сигнала 1{m) начиная с младаего разряда q (v), Этот сигнал по цепи обратной связи аналогично сумматором, сумматоры 4-0 - 4-М-1, из которых сумматор 4-0 является вторым, а сумматоры (4-1 -4-И-1 ) — вторыми дополнительными, регистры эа- Я. Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в рекурсивный цифровой Фильтр,содержащий последовательно соединенные (М-1) цепей, а сумматор 3- М вЂ” первым держки 5-1 — 5-И, из которых регистры (5«1 - 5-М-1) задержки являются дополнительными, и кольцевой регистр 6, предназначенный для управления рабо той умножителей 1-0 - 1-N a 2-0-2-М 1. .Цифровой Фильтр работает следующим образом.

На его вход в моменты времени

% lnТ r+ С e e o ptnТ+1L i e o 9 р mТ +

+.()l -1) поступает последовательность йо- циФР т.() f1() t f2(m)i g3{e),...,$ 3,„{m), которая задает ill -й отсчет входного сигнала x(m) s соответствии с выражением

В эти моменты времени на выходе цифрового фильтра формируется последовательность двоичный цифр "1.О {т), l3 $lll) ф {у() в ° ° p $<{lA) g ° ° ° у (3 .3(Ф) ° которая яЪляется двоичным представлением m-го значения выходного сиг-. нала. гд@,Т вЂ” интервал дискретизации, t - интервал времени между последовательно поступающими 1-м и (i+1)-м.двоичными раэрядаЙи, к - количество двоичных разря- . дов в кодах сигналов.

Фильтр реализует зависимость между входным и выходными сигналами вида

М М мэФЕ a(j)x(l-j)-t ь{з)ч(-3), j.å0 j=1

9-95280

Формула изобретения входному сигналу поступает на входы умножителей 2-0 — 2-М-1, где производится поразрядное умножение на соответствующие коэффициенты с последовательной выдачей результатов произ.ведения в соответствующие сумматоры

4-0 — 4-N-1, на другие входы которых последовательным-кодом -поступают результаты вычислений сумматора 3-N-1 и умножителя 1-0 соответственно. Результаты сложения также последовательным кодом записываются в соответствующие регистры 5-1 — 5-N задержки, выталкивая поразрядно предыдущие значения промежуточных вычислений.

Достоинством предлагаемого устройства является высокое быстродействие последовательной обработки сигнала, которое не завнсит от порядка фильтрации. В свою очередь, возмож ность увеличения порядка фильтра поз.воляет достичь требуемой ампитудночастотной характеристики. Особенно эффективно использование устройства .в цифровых системах, и которых-до и после цифрового фильтра производится последовательная обработка данных, начиная с младших разрядов, Такие системы обладают заметным преимуществом по аппаратурным затратам,по сравнению с системами с параллельной.обработкой данйых.

Рекурсивный цифровой фильтр, содержащий последовательно соединейные первый умножитель, первый сумматор, 6 другой вход которого подключен к .выходу регистра задержки, второй уиножитель и второй сумматор, другой вход которого подключен к выходу третьего умножителя, вход которого объединен с входом первого умножите5 ля и является входои устройства, о тл и ч а ю шийся тем, что„с целью повышения.быстродействия, в него введено (И - it цепей (где и - порядок фильтра), каждая йэ которых

® состоит из последовательно соединенных первого дополнительного умножи-. теля, вход которого объединен с вхо-. дом йервого умйожителя, первого" дополнительного сумматора, к другому

15 входу RQToporo подключен вйход допол- нительного регистра задержки, и RTG -:

poro дополнительного сумматора, к -,"другому входу которого подключен выход второго дополнительного уиножищ теля, вход которого объединен с входом второго умножителя, при этом вход дополнительного- регистра задержки первой цепи подключен к выходу второго сумматора, вход дополнительного регистра задержки 1 -и цепи (где

i = 2,3,...,й -1) подключен к выходу второго дополнительного сумматора

t,i -1)-й цепи, а выход второго допол нительнсъго сумматора (й -1) -й цепи подключен к входу регистра задержка.

ЗО . Источники информации,— принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СШ 9 3732409, кл. 235-164, 1973.

2. Финкельштейн М.И. Гребенчатые

35 фильтры. Н., "Советское радио", 1969, с. 58, рис. 2.4.4;Ь (прототип).

Составитель Г.Афанасьева.

Редактор A. Фролова -Техред О.Неце., Корректор В.Прохненко Заказ 668/43 Тираж 934 Подписное

Вниипи Государственнсп о комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4