Цифровой фильтр Советский патент 1987 года по МПК G06F17/17 H03H17/04 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в устройствах для обработки информации.

Цель изобретения - упрощение цифрового фильтра.

Цифровой фильтр фильтрует сигнал путем вычисления свертки входных отр.п О-

счетов X

коэффициентов фильтра

муле

М-1

h. (х-,„ + X

п

П--0 + Ь„ Х;).лл .

) +

(1)

Полное произведение одного весового коэффициента на входные отсчеты можйо представить в виде суммы частичных произведений постоянных коэффициентов h на значения прризвольПf .

ных разрядных чисел (х

m

); а также и Ь„ групп разрядов, на которые могут быть разбиты п-разрядные произвольные числа (xqy.n + х,,д,„ ), а также х.„ в соответствии с равенством

0-п

а X.Mi.n,

п -2м + .п ); 2

)

П 0-i)

Аналогичное равенство можно записать и для произведения х.

Если при разбиении получается,что

п

частное-- есть число не целое, то ис m

ходные числа следует дополнить нулями (искусственно увеличить разрядность) до получения целого значения этого частного.

Из равенства (2) следует, что располагая значениями частичных произведений, в которых произвольные числа имеют в m раз меньшую разрядность, чем исходное произвольное число, и осуществляя m дополнительных сложений полученных узловых значений произведений со сдвигом вправо

на (1-i) - разрядов, получим значеm

ние полного произведения.

Таким образом, свертку можно вычислить в соответствии с выражением

-п

+ X

(Mil

3- 2«А + п

(1-J)

(3)

Частичные произведения

-

и h.

S)-M;

не

масштаба частей полных произведений, Цоэтому для получения этих частичных произведений может быть использована одна и та же аппаратура, только в

-раз меньшей разрядности. Это позво- m

ляет в качестве блока, реализующего

операцию h h V, X

(х

+ X.

и

п - 9-п - 2Mvn 1 использовать постоянное

. ; запоминающее устройство.

На фиг.1 приведена блок-схема цифрового фильтра; на фиг.2 - временные диаграммы работы цифрового фильтра.

Цифров.ой фильтр содержит первый 1 И второй 2 счетчики, блок 3 памяти (входных отсчетов), первый регистр 4, первый сумматор 5, второй регистр 6, накапливающий сумматор 7, блок 8 постоянной памяти, второй сумматор 9, мультиплексор 10, блок 11 постоянной памяти и мультиплексор 12.

Работа устройства производится в соответствии с фиг.2, на. которой изображены временные диаграммы его работы: а - тактовые импульсы б - импульсы циклов; с-ж - выходной код счетчика тактов} з - команда запись- чтение; и - команда сброса накапливающего сумматора 7 к - команда считывания; л - выходные данные регистра 6; м - входные и выходные данные второго блока 11; н - выходные данные - первого мультиплексора I2 и накапливающего сумматора 10.

В установившемся режиме цифровой фильтр работает следующим образом.

50

В блок 3 памяти записаны все значения входных отсчетов, необходимых для вычисления свертки. Импульсы Такт (фиг. 2а) поступают на счетный вход первого счетчика 1, выходной код (фиг.2с-ж) которого определяет последовательность работы составных частей всего устройства. Им- 5 пульс Цикл (фиг. 26) поступает на вход сброса первого счетчика 1 и сбрасывает его в нулевое состояние (тем самым происходит синхронизация работы относительно запускающего импульса),а также поступает на счетный вход второго счетчика 2 и изменяет на единицу его выходной код, В первом такте работы этот код плюс единица (выходной код первого счетчика 1, переданный один к одному блоком 8 через его кодовые выходы) появляется на выходе второго сумматора 9 и является адресом ячеек блока 3 памяти, в которые записывается входной отсчет, поступающий на его вход данных (шина Вход), поскольку в этом же такте на вход управления блока 3 памяти с первого командного выхода поступает команда (фиг. 2 з), разре- шающая запись входной информации. Начиная со второго такта работы и до конца вычисления свертки, эта команда исчезает, а блок 3 памяти переводится в режим чтения, записанной в нем информации. Со второго по пятый такты первый регистр 4 находится в нулевом состоянии, поскольку он был сброшен в первом такте командой с первого командного выхода блока 8, а записывающие в него данные положительные фронты импульсов с выхода второго разряда первого счетчика 1 появляются только с начала шестого такта. Отрицательный фронт этих им- пульсов, который появляется в начале четвертого такта записывает во второй регистр 6 данные (фиг.2л, интервал 1) с выхода первого сумматора 5, определяющие только центральный вход- ной отсчет X j, в соответствии с формулой (1),поскольку состояние первого регистра 4 нулевое, а со второго сумматора 9 на блок 3 поступает адрес этого отсчета. Далее во второй регистр 6 записываются суммы (фиг. 2л интервал 2 - интервал 6) двух входных отсчетов х.„, х -2м+п соответствии с. формулой (О, поскольку в первый регистр 4, начиная с начала шестого такта, положительными импульсами с выхода второго разряда первого счетчика 1 переписываются иэ блока 3 входные отсчеты х-, . Адреса

записанных в блоке 3 входных отсче-

тов х:5., х;).2м+п определяются последовательным увеличением значения входного кода блока 8 и выб. paHHbiM законом его преобразования.

реализуемом в этом блоке. Закон преобразования кода блоком 8 выбирается таким образом, чтобы получить на выходе данных второго сумматора 9

0 5 0 5 0 5 0 5

Л

5

девяти адресов (фиг.2), обеспечивающих последовательное попарное считывание из блока 3 входных отсчетов, сумма которых умножается на оДин и тот же весовой коэффициент.

Данные со второго регистра 6 поступают на входы данных мультиплексора 10, на входы управления которого поступает выходной код младших разрядов (двух младших разрядов в соответствии с фиг.2) первого счетчика 1 и на выходах мультиплексора 10 в каждом такте работы появляются равные по количеству разрядов группы кодов (по четыре группы на одни выходные данные регистра 6 в соответствии с фиг. 2н). Эти группы последовательно поступают на вход данных блока 11, на входы управления кото- . рого поступает выходной код старших разрядов (двух старших разрядов в соответствии с фиг.2) первого счетчика 1. Код, поступающими на входы блока 11, определяет весовой коэффициент, на который в интервале времени, определяемом выходным кодом младших разрядов первого счетчика 1, происходит умножение выходных данных второго регистра 6. Старший (или младший) разряд выходных данных блока 11 является знаковым, определяющим знаки произведения весовых коэффициентов на входные отсчеты. На остальных разрядах выходных данных блока 11 выдаются (фиг.. 2м) либо в прямом, либо в дополнительном коде в зависимости от знака весовых коэффициентов, узловые значения произведений Ь„. (х, - х.); и Ь„1.

Х;); В соответствии С равенством (2). Узловые значения произведений и коды их знаков последовательно поступают на мультиплексор 12, на входы управления которого поступает выходной код младших разрядов (двух младших разрядов в соответствии с фиг.2) первого счетчика. На выходах данных второго мультиплексора 12 (фиг. 2н) последовательно появляются узловые значения произведений,сдвинутые вправо на (1 - i) - разрядов

m

(в соответствии с фиг.2 сдвиги производятся на О, 4, 8 и 12 разрядов). Накапливающий сумматор 7 до начала пятого такта находится в нулевом состоянии, поскольку со второго командного выхода блока 8 на его вход

51

сброса поступает команда сброса (фиг. 2н). Начиная с 5 такта, поступающие на вход данных накапливающего сумматора 7 данные с мультиплексора 12 накапливаются в этом сумматоре. Накапливаемая сумма (фиг. 2н) фиксируется в моменты времени, определяемые тактовыми импульсами, поступающими на вход управления суммированием накапливающего сумматора 7. В момент времени, когда на третьем командном выходе блока 8 появляется команда Считывание, в накапливающем сумматоре 7 образуется полное значение свертки в соответствии с вы ражением (3). По команде Считывание внещнее устройство может принять с выхода данных (шина Выход) накапливающего сумматора 7 сглаженное значение входного отсчета.

При появлении следующего запускающего импульса Цикл поступающий .на вход блока 3 (шина Вход) новый входной отсчет записывается вместо самого раннего по времени входного отсчета, в те же ячейки, в которые последний записан. Далее работа пред лагаемого цифрового фильтра происходит аналогично циклу вычисления свертки, рассмотренному вьш1е.

Формула изобретения

Цифровой фильтр, содержащий блок памяти, выход которого подключен к первому входу первого сумматора и ин формационному входу первого регистра выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выход которого подключен к информационному вхо ду второго регистра, накапливающий iсумматор, тактовый вход которого сое динен со счетным входом первого счет чика и является первым тактовым вхо022966

дом фильтра, вторым тактовым входом которого являются соединенные между собой вход обнуления первого счетчика и счетный вход второго счетчика, выход 5 накапливающего сумматора является информационным выходом фильтра, информационным входом которого, является информационный вход блока памяти,о т- личающийся тем, что, с О целью упрощения фильтра, он содержит второй сумматор, два мультиплексора и два блока постоянной памяти, информационный выход второго счетчика подключен к первому входу второго сумматора, выход которого подключен к адресному входу блока памяти, вход управления записью-считыванием которого соединен с входом разрешения записи первого регистра и подключен к

15

20

выходу первого разряда первого блока

25

40

постоянной памяти, выход второго разряда которого подключен к входу обнуления накапливающего сумматора, информационный вход которого подключен к выходу первого мультиплексора,управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго мультиплексора, первым адресным входом второго блока постоянной памяти, адрес- ным входом первого блока постоянной памяти и подключен к информационному выходу первого счетчика, выход младшего разряда которого подключен к тактовым входам первого и второго ре- 35 гистров, выход второго регистра подключен к информационному входу второго мультиплексора, выход которого подключен к второму адресному входу второго блока постоянной памяти,выход которого подключен к информационному входу первого мультиплексора, а первого блока постоянной памяти подключен к второму входу второго сумматора.

fMj|4|5|6|7|g|9|/ /|//|/j|/ |/5|/ 7|/ 5| |j

1ПППППППППППППППГ 1 П П П П П П П r t 6

1 n

t л

П

t

H

IZJr T JLTJQjrZ

,t

/7

H

9iiz.l

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использова- iHo в устройствах Для обработки информации. Цель изобретения - упрощение устройства. Поставленная цель досги- эается за счет того, что цифровой фильтр содержит счетчики 1 и 2, блок 3 памяти, регистр 4, сумматор 5, регистр 6, накапливающий сумматор 7, блок 8 постоянной памяти, сумматор 9, мультиплексор 10, блок 11 постоянной памяти и мультиплексор 12. 2 ил. Ьыход (Л Считывание fPLLZ.1