Цифровой фильтр Советский патент 1983 года по МПК H03H17/06 

Изобретение относится к вычислй тельной технике и может быть применено в системах обработки информации, информационно-измерительных, системах.

Известен цифровой фильтр, осуществляющий операцию свертки последовательности отсчетов входного сигнала и соответствующих весовых коэффициентов, содержащий блок памяти коэффициентов, блок памяти отсчетов, матричный умножитель, накапливающий сумматор, реверсивный, счетчик, предназначенный для уменьшения аппаратурных затрат за счет сокращения емкости блока памяти коэффициентов fl J.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой фильтр, содержащий блок управления, блок памяти коэффициентов, блок ум1 жения, сумматор, блок памяти отсчетов, дешифратор, элемент И, первую группу элементов И, вторую группу элементов И, причем выход блока управления соединен с вторым входом элемента И, выход которого соединен с первым входом блока памяти отсчетов,, выход блока памяти отсчетов соединен с вторым входом блока умножения, первый вход которого соединен с первым выходом блока памяти коэффициентов, выход блока умножения соединен с входом сумматора,выход которого соединен с вторым входом второй группы элементов И, выход которой является выходом устройства в целом.Вход блока памяти коэффициентов соединен с выходом блока управления, второй выход блока памяти коэффициентов соединен.с входом дешифратора, выхо которого соединен с первым входом .элемента И, и с первыми входами первой и второй групп элементов И, выход первой группы элементов И соединен с вторым входом блока памяти отсчетов, а второй вход является входом устройства в целом.

Недостатком данных цифровых фильров является малое быстродействие, обусловленное большими затратами времени на считывание отсчетов и коэффициентов из блоков памяти отсчетов и коэффициентов, и большим .временем перемножения отсчетов и коэфициентов,.

Цель изобретения - увеличение быстродействия за счет сокращения затрат времени на считывание и времени умножения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фильтр, содержащий первую группу элементов И, выходы которых соединены с информационными входами блока памяти, выход умножителя соединен спервым

входом сумматора, первый информа- ционный выход блока постоянной памяти подключен к входу дешифратора, первый выход которЪго соединен с первыми входами элементов И первой и второй групп, адресный вход бло-. ка памяти подключен к выходу элемента И, первый вход которогообъединен с адресным входом блока постоянной памяти и является первым тактовым входом фильтра, вторые входы эл(..ментов И первой группы .и выходы элементов И второй группы являются соответственно информационными входами и выходами фильтра, введены первая и вторая группы сдвиговых регистров и буферный регистр коэффициентов, информационный выход коTopofо соединен с первым входом умножителя, второй информационный выход блока постоянной памяти соединен с информационным входом буферного регистра коэффициентов, вход записи которого является вторым тактовым входом фильтра, информационные выходы блока памяти соединены с информационными входами сдвиговых регистров первой группы, информационные выходы которых соединены с вторым входом умножителя, управляющий вход которого объединен с входами записи сдвиговых регистров второй группы и является третьим тактовым входом фильтра, выход сумматора подключен к информационным входам сдвиговых регистров второй группы, информационный выход последнего N -ного сдвигового регистра второй группы соединен с вторым входом сумматора, информационные выходы сдвиговых регистров второй группы соединены с вторыми входами элементов И второй группы, первые входы которых объединены с входами записи сдвиговых регистров второй группы, второй выход дешифратора соединен с вторым входом элемента И, входы записи первь1Х М- 1/ сдвиговых регистров первой Группы объе.динены и являются четвертым тактовым входом фильтра, вход записи последнезго N -ногр сдвигового регистра первой-группы является пятым тактовым входом фильтра, а входы сдвига сдвиговых регистров группы объединены и являются шестым тактовым входом фильтра. : На фиг. 1 приведена блок-схема цифрового фильтра; на фиг. 2 - конкретная реализация умножителя; на фиг. 3 и фиг. 4 - группы сдвиговых регистров.

Цифровой фильтр содержит блок 1 постоянной памяти (коэффициентов/, буферный регистр 2 коэффициентов, .умножитель 3, блок 4 памяти (отсче тов I, первую группу сдвиговых регистров (отсчетов )5, сугпиатор б, вторую группы сдвиговых регистров (частичных сумм 7, дешифратор 8, элемент И 9, первую группу элементов И 10, вторую группу элементов И 11, первый 12, второй 13, третий 14, четвертый 15, пятый 16 и шестой 17 тактовые входы фильтра. Цифровой фильтр работает следующим образом в установившемся режиме Из блока управления, представляющего собой совокупность шести генераторов тактовых импульсов, (фиг. 1 ) по входу 12 импульс посту пает на вход адресных счетчиков блока 1 памяти и через элемент И 9 проходит на вход адресных счетчиков блока 4 памяти. Считанное значение коэффициента g-, импульсами по вход 13 поразрядно заносится в буферный регистр 2 коэффициентов и поступае на умножителя 3. Одновременно с занесением первого разряда весов го коэффициента импульсами по -входам 15 и 16 значения считанных вход ных отсчетов (Хц ..., Xf(.i,) заносятся в сдвиговые регистры 5 перво группы. Первая группа сдвиговых регистров 5 отсчетов (фиг. 3 содержит Л сдвиговых регистров, .замкнутых в кольцо. - Отсчет Х( поступает на вход умножителя 3. Одновременно на другой вход умножителя 3 поступает занесе ное значение разряда весового коэф фициента g-g. Умножитель 3 (фиг. 2 J содержит регистры, сумматоры, группы элемен тов И, условно сгруппированные в ярусы. Первый отсчет Х поступает на вход регистра первого яруса и, при наличии соответствующего значения в занесенном разряде весового коэффициента, через группу элементов И нулевого яруса поступает на вход . регистра нулевого яруса. Импульсом по входу 14 значение Х.ц заносится в регистр первого яруса, а произведение данного отсчета на разряд коэффициента заносится в регистр нулевого яруса. Одновременно импульсом по входу 13 в буферный регистр коэффициентов заносится следующий разряд считанного весового коэффициента и импульсом по входу 17 отсчеты в сдвиговых регистрах 5 первой группы циклически сдвигаются на одну позицию, и на вход умножителя 3 поступает отсчет Xi. Отсчет Xi с выхода регистра первого яруса поступает .на вход регистра второго яруса и, при наличии соответствующего значения в занесенном разряде :весового коэффициента, через группу элементов И первого яруса поступает на вход сумматора со сдйигрм равным номеру яруса; На второй вход сум- матора поступает код с выхода регистра нулевого яруса. Импульсом по входу 14 код отсчета Х, заносится в регистр второго яруса и просуммируютйя коды, присутствующие на входах сумматора первого яруса. Одновременно отсчет заносится в регистр первого яруса и произведение отсчета первый разряд весового коэффициента заносится в регистр нулевого яруса. Одновременно импульсом по входу 17 входные отсчеты циклически сдвигаются на одну позицию и на вход умнолсителя 3 itocтупает отсч-ет , а импульсом по .входу 13 в буферный регистр коэффициентов 2 заносится следующий разряд коэффициента и описанные процессы повторяются на каждом ярусе, умножителя 3 с соответствующими отсчетами. Описанные процессы умножения повторяются до тех пор, пока последним импульаом по входу 13 в буферный регистр коэффициентов 2 не будет, занесен последний разряд весового коэффициента «g. После .этого импульсом по входу 12 изменяется адрес коэффициента в блоке 1 пос- тоянной памяти и по истечении времени, необходимого для считывания, на входе буферного регистра коэффициентов 2 появляется отсчет Одновременно этот импульс через элемент И 9 поступает на вход блока 4 памяти, а именно на вход адресных счетчиков этого блока, и на его выходе появляется отсчет X.j, который поступает на вход первого регистра сдвиговых регистров 5 первой группы. Произведение (Q Х с выхода умножителя 3 через сумматор 6 поступает на вход сдвиговых регистров 7 второй группы. Вторая группа 7 сдвиговых регистров (частичных сумм )(фиг. Ф содержит N сдвиговых регистров, причем между первым и вторым регистрами включена группа элементов И, имеющая инверсный вход. Импульсом по входу 14 произведение (дX ц заносится в первый регистр группы 7, а на выходе умножителя 3 появляется произведение о которое также поступает на вход сдвиговых регистров 7 второй группы. Следующим импульсом по входу 14 пооизведение , X в группе 7 перемещается в соседний регистр, а на его место заносится произведение (j- Х, а на вход сдвиговых регистров 7 группы поступает произведение (j- X 4.2 которое в свою очередь заносится в сдвиговые регистры 7 второй группы,, в то время как находящиеся там произведения сдвигаются на одну позицию, и т.д. В то же время циклический сдвиг отсчетов Х,...,. первой группе 5 сдвиговых регистроч и умножение их в умножителе 3 на коэффициент д продолжается до тех пор, пока на вход умножителя 3 не поступает отсчет У-i |(у-1 После его умножения на младший разряд коэффи1щента §-д импульсами по входам 13 и 16 в сдвиговые регистры 5 первой группы на место отсчета Х. заносится отсчет Х|. , а в буферный per гистр коэффициентов 2 заносится младший разряд коэффициента , . который поступает вместе с вновь занесенным отсчетом на входы умножителя 3. Описанные процессы поразрядного занесения коэффициента и умножения его на .входные отсчеты повторяются для отсчетов входной последовательности X, . ., L+N-2 Когда на выходе умножителя 3 появляется произведение д Хц.:,, оно записи вается4 в первый регистр второй группы 7 сдвиговых регистров, а остальные произведения во второй группе 7 сдвиговых регистров сйвигаются на одну позицию, причем произведение о 2 заносится в N -и регистр второй группы .7 и с выхода его поступает на второй вход сумматора 6 . Произведение X ц с выхода умножителя 3 поступает на пер.вый вход сумматора 6, и на вход сдвиговых регистров 7 второй группы поступает сумма произведений to Ь+ -) - частичная сумма импульсом по входу 12 з.аписывается в сдвиговые регистры 7 второй группы, с выхода которого на вход сумматора 6 поступает произведение которое в свою очередь просуммируется с произведением ij- Xf, появившемся на выходе умножителя 3 и записывается во вторую группу 7 сдвиговых регистров, с выхода которого на вход сумматора 6 поступает следующее произведение и т.д. Таким образом, к имейщимся в сдвиговьрс регистрах 7 второй группы произведе ((.ц,о&аяпя« т:ся произведения следующем цикле описан ные процессы повторяются, и к имею щимся частичным суммам добавляются произведения 5;2Хц4 -2 т.д. В результате м + 1 повторений описанны циклов в сдвиговых регистрах 7 вто рой группы сформируются суммы вида Д. .: ) у которые и V являют , N-1J выходными отсчетами Yj. Отсчеты iY, . ...последовательно появля - , -WT гт ются на выходе ци5)рового фильтра только после подачи разрешающего сигнала с дешифратора 8 на вход вт рой -группы элементов И 11. Дешифратор 8 вырабатывает запрещающий сигнал , который подаетсяна вход элемента И. 9 для запрещения подачи импульса на вход адресных счетчиков блока 4 памяти. Этот запрещакадий : . сигнал вь1рабатывается п{5И с читывании весового коэффициента -f из блока 1 постоянной памяти. Разрешаю- ; щий сигнал с дешифратора 8 поступает на входы первой и второй.групп элементов И 10 и 11 по истечении ; времени, необходимого для формирования первого выходного отсчета YI в первом регистре второй группы 7 сдвиговых регистров. Этот сигнал разрешает прохождение выходных отсчето в V ,.,, / 4.) -i выход цифрового фильтра по мере их формирования в первом регистре второй группы 7 сдвиговых регистров. Одновременно этот сигнал, поступив на инверсный вход группы элементов И сдвиговых регистров 7 второй группы, запрещает сдвиг накопленных сумм из первого регистра во второй внутри сдвиговых регистров 7 второй группы, и регистры этой группы последовательно заполняются нулями. Этот же разрешаккдий сигнал с выхода дешифратора 8, поступив на вход первой группы элементов И 10, разрешает прохождение в блок 4 памяти отсчетов Х, г,.,,Х.2И-л запись их в этот блок на месте отсчетов U-A .-M + N-i соответственно. На этом вычислительный такт заканчивается. В следующем такте первыми заносятся в сдвиговые регистры 5 первой группы именно вновь запи i,.н- санные отсчеты , . так как импульс по входу 14, возвращающий адресные счетчики блока 1 пос тоянной памяти в исходное состояние, на вход блока 4 памяти не проходит из-за наличия в этот момент запрещающего сигнала на входе элемента И 9. Использование новых элементов: буферного регистра коэффициентов, первой группы сдвиговых регистров отсчетов )f второй группы сдвиговых регистров частичных сумм отличает цифровой фильтр от известных, так как повышается быстродействие фильтра. Суммарные затраты времени на :СЧитывание отсчетов входной после 1довательности в этом случае равны времени занесения элементов входной прследовательности.я блок сдви|Говых регистров отсчетов, а время умножения равно времени сложения.

ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержа щий первую группу элементов И, выходы которых соединены с информационными входами блока памяти, выг ход умножителя соединен с первым входом сумматора, первый информационный выход блока постоянной памяти подключен к входу дешифратора, первый выход которого соединен с первыми входами элементов И первой и второй групп, адресный вход блока памяти подключен к выходу элемента И,первый вход которого объединен с адресным входом блока постоянной памяти и является первым тактовым входом фильтра, вторые входы элементов И первой группы и выходы элементов И второй группы являются соответственно информационными входами и выходами фильтра, отличающийся тем, что,-с целью повышения быстродействия, в него введены первая и вторая группы сдвиговых регистров и буферный регистр коэффициентов, информационный выход котбрЪго,.,соединен с первым входом умножителя / второй информационный выход блока постоянной памяти соединен с информационным входом буферного регистра коэффициентов, вход записи которого является вторым тактовым входом фильтра, информационные выходы .бло- ка памяти соединены с информационными входами сдвиговых регистров первой группы, информационные выходы которых соединены с вторым входом; .умножителя, управляющий вход которого объединен с входами записи сдвиговых регистров второй группы и является третьим тактовым входом i фильтра, выход сумматора подключен к информационным входам сдвиговых регистров второй группы, информационный выход последнего N -ного сдвигового регистра второй группы соединен с вторым входом сумматора, инфо1эмацион«ые выходы сдвиговых регистров второй группы соединены с вторьами входами элементов И второй .группы, первые входы которыхобъединены с входами записи сдвиговых ресд со л .гистров второй группы, второй выход дешифратора соединен с вторым входом элемента И, выходы записи первых (N- 1) сдвиговых регистров первой группы объединены и являются четвертым тактовым входом фильтра, вход записи последнего N -ного сдвигового регистра первой группы является пятым тактовым входом фильтра, а входы сдвига сдвиговых /регистров первой группы объединены и являются шестым тактовым входом фильтра.

wt9w 9flft f&ii0

Фм.г

o/ncve-moS

фаг.З