Цифровой рекурсивный фильтр Советский патент 1987 года по МПК H03H17/04 

11328925

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах цифровой обработки сигналов с поразрядной обработкой информации, .

Цель изобретения - повышение точности фильтрации.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема цифрового рекурсивного фильтра; на фиг.2 - схема ративного запоминающего блока на фиг.З - схема блока управления; на фиг.4 - схема сумматора- вычитателя на фиг.5 - схема умножителя; на фиг.6- схема многовходового коммутатора; на ig фиг.7 - временные диаграммы, поясняющие работу 1ЩФРОВОГО рекурсивного фильтра.

Цифровой рекурсивньш фильтр (фиг. 1) содержит оперативньй запоминающий - блок 1, первый и второй многовходо- вые коммутаторы 2 и 3, первый и второй сумматоры 4 и 5, N+M сумматоров- вычитателей 6-1 - 6-(N+M), N+M регистров 7-1 - 7-(N+M), N+M коммутаторов 8-1 - 8-(N+M), блок 9 памяти кодов коммутации, блок 10 управления, первый и второй выходы 11 и 12 оперативного запоминающего блока 1, информационный вход 13 цифрового рекурсивного фильтра, информационный выход 14 цифрового рекурсивного фильтра, вход 15 управления коэффициентами цифрового рекурсивного фильтра, тактовый вход 16 цифрового рекурсивного фильтра,маркерный вход 17 хщфрово- го рекурсивного фильтра, маркерньй выход 18 хщфрового рекурсивного фильтра, являю1циеся первьм выходом блока 10

20

25

30

35

управления, второй и третий синкрони- 40 сторону младших разрядов результата

зирующие выходы 19 и 20 блока 10 управления.

Оперативный запоминающий блок 1 . (фиг.2) содержит первую, вторую и третью группы регистров 21-1 - 21- (N-1), 22-1 - 22-N, 23-1 - 23-М.

Блок 10 управления (фиг.З) содержит счетчик 24 и дещифратор 25.

Сумматор-вычитатель (фиг.4) содержит последовательный сумматор 26 и умножитель 27 на +1.

Умножитель 27 на +1 (фиг.З) содержит первый и второй коммутаторы 28 и 29.

Миоговходовьш коммутатор (фиг.6) содержит коммутаторы 30-1 - 30-L (L N для первого многовходового коммутатора 2, для второго многовходового коммутатора),

сзт мирования. Но если в сторону младших разрядов перенос распространяется практически бесконечно, то в сторону старших разрядов перенос пространяется на ограниченное коли- чество разрядов результата, (как правило на два - четыре разряда). Поэтому результат последовательного суммирова ния в избыточных системах счисления OTJ

gQ стает от входных операн/ ов на несколько тактов вычисления Р, число ко торых определяется количеством разрядов, на которые может распространиться сигнал переноса в сторону старших разрядов. Поэтому, если последовательное суммирование числа в избыточной системе счисления начинает ся со старших разрядов и производится с числом, полученным в результате

55

Цифровой рекурсивный фильтр работает следующим образом.

Цифровой рекурсивный фильтр реализован по канонической форме, в котором текущие промежуточные данные ыСп) вычисляются по формуле

j(n)X(n)- Т Ь. Lo(n-i),

где Х(п) - значение текущего входного отсчета;

ш(п-1) - промежуточные значения процесса вычисления. Выходные отсчеты вычисляются по формуле

ДА

Y(n) Z a.w (n-i),

11 о

Y(n)

M,N

значение текущего выходного отсчета,

число выборок (коэффициентов) нерекурсивной и рекурсивной частей цифрового рекурсивного фильтра. ,

0

5

Для формирования коэффициентов а. и Ь использовано следующее свой-1 ство кодов в избыточных системах счисления, позволяющих производить последовательную обработку слов данных, начиная со старшего разряда, например знакоразрядного кода.

В избыточных системах счисления, производящих операцию поразрядного сложения двух операндов, начиная со старших разрядов, сигнал переноса распространяется, как правило, как в сторону старших разрядов, так и в

сзт мирования. Но если в сторону младших разрядов перенос распространяется практически бесконечно, то в сторону старших разрядов перенос расс пространяется на ограниченное коли- чество разрядов результата, (как правило на два - четыре разряда). Поэтому результат последовательного суммирования в избыточных системах счисления OTJ::

Q стает от входных операн/ ов на несколько тактов вычисления Р, число которых определяется количеством разрядов, на которые может распространиться сигнал переноса в сторону старших разрядов. Поэтому, если последовательное суммирование числа в избыточной системе счисления начинается со старших разрядов и производится с числом, полученным в результате

5

суммирования, то это равносильно умножению числа на коэффициент

К1 1.1 1 0.. .0 1 .. 1... Р. . Р Р

Если результат суммирования задержать перед суммированием с исходным числом на С тактов, то это будет равносильно умножению числа на доэф- фициент

,р,..0 1 0...0 1 0.. 1... Р+С P-t-C Р+С

Если исходное число предварительно задержать на Н тактов, то это эквивалентно умножению коэффициента К2 на R , где R - основание избыточной системы счисления, т.е. умножению исходного числа на коэффициент

,.о 1 ,о.. 1 0.. .0. 1...

Н Р+С Р+С

Работа цифрового рекурсивного фильтра в каждом цикле формирования выходного отсчета инициализируется импульсом с маркерного входа 17 (фиг.76), который поступает с маркерного выхода 18 предыдущего цифрового рекурсивного фильтра, работающего в каскаде, либо с управляющего выхода устройства - источника сцифро- ванного сигнала (например, аналого- цифрового преобразователя, работаю-, щего в кодах избыточной системы счисления) . Сигнал тактовой частоты поступает на тактовый вход 16 (фиг.7а)

Импульс на маркерном входе 17 должен непосредственно предшествовать поступлению на информационный вход 13 последовательньк слов входных дан- ных Х(п) (фиг.7в). Он поступает на установочный вход счетчика 24 блока 10 управления. Это приводит к обнулению счетчика 24 и формированию импульса на втором выходе 19 (фиг.7д) блока 10 управления. Этот импульс поступает на установочные входы второй группы регистров 22-1 - 22-N, сум маторов-вычитателей 6-1 - 6-Ы(фиг.7и м), регистров 7-1 - 7-N и первого сумматора 4, что приводит к их обнулению. Вслед за этим на информацион- ньй вход 13 начинают в последовательном виде поступать слова данных Х(п) ,

28925

представленные в кодах избыточной системы счисления и поступающие с информационного выхода 14 предьщутцего цифрового рекурсивного фильтра или с информационного выхода устройства - источника цифрового сигнала. С выходов первой группы регистров 21-1 - 21-(N-1) оперативного запоминающего

0 блока 1 на информационные входы второй группы регистров 22-1 - 22-(М-1) начинают поступать последовательные , слова промежуточных результатов w(п- -i). Посредством второй группы реги 5 стров 22-1 - 22-N, первого многовхо- дового коммутатора 2, сумматоров-вы- читателей 6-1 - 6-N, регистров 7-1 - 7-N и коммутаторов 8-1 -8-(N+M) производится умножение промежуточных

2Q результатов ц)(п-1) на коэффициенты

1

Формирование знака произведений

.осуществляется сумматорами-вычита- телями 6-1 - 6-(N+M), куда знак ко- 25 эффициента поступает со знакового выхода блока 9 памяти кодов коммута5

5

ции, а знак промежуточного значения слова u)(n-1) - по информационному входу. Знак произведений формируется 0 на выходе умножителя 27, производящего умножение на f1. Для знакораз- рядного кода умножение на отрицательный коэффициент приведет к перемене мест положительной и отрицательной шин операндов первого и второго коммутаторов 28 и 29 умножителя 27. Пер- вьй сумматор 4 формирует текущее зна- чение w(n). При этом умножение входных данных Х(п) на коэффициент b осуществляется для нормирования коэффициента усиления цифрового рекурсивного фильтра.

Как было указано, разряды слов данных на выходе сумматоров-вычитате- лей 6-1 - 6-(N+M) отстают от одноименных разрядов слов данных на их входах на несколько тактов Р. Это приводит к тому, что разряды формируемого значения w(п) на выходе первого сумматора 4 (фиг.7к) задерживаются относительно одноименных разрядов значений слов w(n-i) на выходах первой группы регистров 21-1 - 21- (п-1) на Р+К тактов (фиг.7ж), где 5 К - количество тактовj на которые задерживаются данные в первом сумматоре 4. Если последний выполнен в виде дерева двухвходовых сумматоров в избыточной системе счисления, то

0

задержка К будет равна K Pjlog N тактов, где выражение обозначает наименьшее целое число, большее или равное logjN.

Поскольку указанная задержка постоянна для рекурсивной части цифрового рекурсивного фильтра, то синхронизация времени поступления одно- Именных разрядов слов промежуточных результатов вычислений co(n-i) на входы сумматоров-вычитателей 6-(N+1) - 6-(N+M) осуществляется путем задержки слов промежуточных результатов 1вычислений w(n-i) при , на входы регистров третьей группы регистров 23-1 - 23-(М-1) на Р+К тактов при их потактовом сдвиге .по цепи второй группы регистров 22-1 - 22-(N-1) (фиг.7з), а это приводит к тому, что одноименные разряды всех слов проме- уточ,ных вычислений ш(п-1) (,N) одновременно поступают на входы третьей группы регистров 23-1 - 23-М (фиг.7л).

Через Р+К-1 тактов с начала обработки очередного входного отсчета, т.е. за такт до поступления на вход регистра 23-М первого значадего би- та слова промежуточного вычисления u(n) на третьем выходе 20 (фиг.7е) блока 10 управления формируется им- пульс (фиг.7а), поступающий на установочные входы третьей группы регистров 23-1 - 23-м и регистров 7-(N+ +1) - 7-(N+M), что приводит к их обнулению. Этот же импульс поступает на установочные входы сумматоров-вычитателей 6-(N+1) - 6-(N+M) и второй сумматор 5, что приводит к их обнулению. Посредством третьей группы регистров 23-1 -23-М, второго много- входового коммутатора 3, сумматоров- вычпитателей 6-(N+1) - 6-(N+M), регистров 7-(N+1) - 7-(N+M) и коммутаго бита текущего выходного значения У(п) сопровождается генерацией импул са выходного маркера на выходе 18 блока 10 управления, который поступаг ет в следующий каскад цифрового рекур сивного фильтра или в выходное устройство (фиг.7г).

Суммарное время обработки одного слова данных в цифровом рекурсивном

W фильтре составляет 2Р+К+К +В тактов, где В - количество разрядов в словах данных. Одноименные разряды слов промежуточных результатов вычислений ю(п-1) с выходов регистров второй

15 группы регистров 22-1 (N-2) поступают на соответствующие входы первой группы регистров 21-2 - 21-(N-1) с номерами на единицу больше. Это позволяет осуществить переиндексацию

20 промежуточньк результатов вычислений в соответс твии с алгоритмом цифровой фильтрации.

Блок 9 памяти кодов коммутации может быть выполнен как постоянное

25 запоминающее устройство (ПЗУ) или как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). В случае выполнения его как ОЗУ по входу 15 управления коэффициентами производится запись управ

30 ляющих кодов, определяющих величину сдвига слов данных в первом и втором многовходовых коммутаторах 2 и 3 и коммутаторах 8-1 - 8-(N+M) и знаков коэффициентов. При выполнении блока

J5 9 памяти в виде ПЗУ по входу 15 управления коэффициентами производится управление выборкой конкретного набо ра коэффициентов фильтрации, что позволяет реализовьшать различные пере до даточные функции цифрового рекурсивного фильтра.

Формулаизобретения 1. Цифровой рекурсивный фильтр.

торов 8-(N-H) - 8-(N+M) производится 45 ™к управления, последовательно соединенные первый сумматор и оперативный запоминающий блок, второй вход которого является информационным входом цифрового рекурсивного фильтра, второй сумматор, выход которого явля.ется выходом.Цифрового рекурсивного фильтра, первый и вто- рой многовходовые коммутаторы, блок памяти кодов коммутации, первый инумножение промежуточных результатов u)(n-i) на коэффициенты а. . Второй сумматор 5 формирует текущее выходное значение Y(n) (фиг.7н).

Первый значащий бит текущего выходного значения Y(n) генерируется на выходе второго сумматора 5 через 2Р+ +К+К тактов (К - количество тактов.

50

вательно соединенные первый суммат и оперативный запоминающий блок, в рой вход которого является информа онным входом цифрового рекурсивног фильтра, второй сумматор, выход ко торого явля.ется выходом.Цифрового рекурсивного фильтра, первый и вто рой многовходовые коммутаторы, бло памяти кодов коммутации, первый инна которое задерживаются данные во 55 выход которого соедиВтором сумматоре 5, определяемое выражением К РЗlog,M) с начала обработки очередного входного слова данных Х(п). Появление первого значащенен с входами управления первого и второго многовходовых коммутаторов а вход является входом управления коэффициентами цифрового рекурсивго бита текущего выходного значения У(п) сопровождается генерацией импульса выходного маркера на выходе 18 блока 10 управления, который поступает в следующий каскад цифрового рекурсивного фильтра или в выходное устройство (фиг.7г).

Суммарное время обработки одного слова данных в цифровом рекурсивном

фильтре составляет 2Р+К+К +В тактов, где В - количество разрядов в словах данных. Одноименные разряды слов промежуточных результатов вычислений ю(п-1) с выходов регистров второй

группы регистров 22-1 (N-2) поступают на соответствующие входы первой группы регистров 21-2 - 21-(N-1) с номерами на единицу больше. Это позволяет осуществить переиндексацию

промежуточньк результатов вычислений в соответс твии с алгоритмом цифровой фильтрации.

Блок 9 памяти кодов коммутации может быть выполнен как постоянное

запоминающее устройство (ПЗУ) или как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). В случае выполнения его как ОЗУ по входу 15 управления коэффициентами производится запись управляющих кодов, определяющих величину сдвига слов данных в первом и втором многовходовых коммутаторах 2 и 3 и коммутаторах 8-1 - 8-(N+M) и знаков коэффициентов. При выполнении блока

9 памяти в виде ПЗУ по входу 15 управления коэффициентами производится управление выборкой конкретного набора коэффициентов фильтрации, что позволяет реализовьшать различные передаточные функции цифрового рекурсивного фильтра.

Формулаизобретения 1. Цифровой рекурсивный фильтр.

45 ™к управления, последо50

вательно соединенные первый сумматор и оперативный запоминающий блок, второй вход которого является информационным входом цифрового рекурсивного фильтра, второй сумматор, выход которого явля.ется выходом.Цифрового рекурсивного фильтра, первый и вто- рой многовходовые коммутаторы, блок памяти кодов коммутации, первый выход которого соединен с входами управления первого и второго многовходовых коммутаторов, а вход является входом управления коэффициентами цифрового рекурсивнего фильтра, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения точности фильтрации, введены N+M сумма- торов-вычитателей, N+M коммутаторов и N+M регистров, при этом тактовый и маркерные входы блока управления являются тактовым и маркерным входами цифрового фильтра, ма ркерный выход является маркерным выходом цифрового рекурсивного фильтра, первый синхронизирующий выход блока управления соединен с первым управляющим входом оперативного запоминающего блока, с управляющим входом первого сумматора и с управляющими входами N регистров и N сумматоров-вычита- телей, второй синхронизирующий выход блока управления соединен с вто- рьм управляющим входом оперативного запоминающего блока, с управляющим входом второго сумматора и с установочными входами М регистров и М сум- маторов-вычитателей, первьй выход оперативного запоминающего блока соединен с информационным входом первого многовходового коммутатора, N выходов которогосоединены соответственно с первыми информационными входами N сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены со знаковым выходом блока памяти кодов коммутации, а выходы соединены с входами первого сумматора и через соответствующие последовательно соединенные регистр и коммутатор соединены со своими вторыми информационными входами, второй выход оперативного запоминающего блока соединен с информационным входом второго многовходового коммутатора, М выходов которого соединены соответственно с первыми информационными входами М сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены со знаковым выходом блока памяти кодов коммутации, а выходы соединены с входами второго сумматора и через соответствующие последовательно соединенные регистр и коммутатор соединены со своими вторыми информационными входами, а второй информационный выход ;блока памяти кодов коммутации соединен с управляющими входами N+M коммутаторов.

2, Фильтр по п.1, отличающий с я тем, что оперативный запоминающий блок содержит первую, вто- рую и третью группы регистров из NN и М (М N) регистров соответственно, при этом установочные входы регистров второй группы объединены и являются первым управляющим входом оперативного запоминающего блока, установочные входы регистров третьей группы объединены и являются вторым управляющим входом оперативного запоминающего блока, информационные входы первого регистра первой группы и М-го

регистра третьей группы объединены и являются первым входом оперативного запоминающего блока, информационный вход N-ro регистра второй группы является вторым входом оперативного запоминающего блока, выходы регистров первой группы соединены с информационными входами одноименных регистров второй группы, вторые выходы которых, кроме N-ro соединены с информационными входами одноименных регистров третьей группы, информационные входы регистров первой группы, кроме первого, соединены с вторыми ВЕЛХодами предшествующих регистров второй группы, первые выходы регистров второй группы являются первым выходом оперативного запоминающего блока, а выходы регистров третьей группы являются вторым выходом оперативного запоминающего блока.

3.Фильтр по п.1, отличающий с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенные счетчик и дешифратор, при этом тактовый вход счетчика является тактовым входом блока управления, вход установки счетчика является маркерным входом блока управления, а первьй, второй и третий выходы дешифратора

являются соответственно первым и вторым синхронизирующими выходами блока управления и маркерным выходом блока управления.

4.Фильтр по п.1, отличаю- Щ и и с я тем, что сумматор-вычитатель содержит последовательно соединенные умножитель на ±1 и последовательный сумматор, выход которого является выходом сумматора-вычитателя,

установочный вход является установочным входом сумматора-вычитателя, информационный вход умножителя на ±1 является первым информационным входом сумматора-вычитателя, управляющий

вход является управляющим входом сумматора-вычитателя, а второй вход последовательного сумматора является вторым информационным входом сумматора-вычитателя .

ч тг ч

У

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повьше- ние точности фильтрации. Цифровой рекурсивный фильтр содержит оператив ff 7 ный запоминающий блок (ОЗБ) 1, два многовходовых коммутатора 2 и 3, два сумматора 4 и 5, N+M сумматоров-вычи- тателей (СВ) 6, N+M регистров 7, N+ +М коммутаторов 8, блок памяти 9 кодов коммутации и блок управления (БУ) 10. Фильтр реализован по канонической форме, в котором по ф-лам вычисляются текущие промежуточные данные и выходные отсчеты. Для формирования коэффициентов используется свойство кодов в избыточных .системах счисления, позволяющих производить последовательную обработку слов данных, начиная со старшего разряда. Цель достигается введением СВ 6, регистров 7 и коммутаторов 8, с помощью которых совместно с ОЗБ 1 и коммутатором 3 производится умножение промежуточных результатов на коэффициенты. |Фильтр по ПП.2, 3 и 4 отличается выч- полнением ОЗБ 1, БУ 10 и СВ 6, даны их ил. 3 з.п.ф-лы, 7 ил. (С сл at.f

У 1раВлйюш,ий УстанаВочиыа

L.

..

По/южшпе/ на{1 Входная шина

О

/Г/

йтрчидгюлмая

бходная шина о

28

Упраблающии ох

шд окг

Положительная

бымдная шина о

Отрииате/гьная

быходная шина -о

Редактор В.Данко

Составитель Э.Борисов Техред М.Моргентал

Заказ 3496/56 Тираж 901Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно- полиграфическое предприятие,г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор В. Гирняк