Устройство для цифровой фильтрации Советский патент 1987 года по МПК G06F17/14 H03H17/06 

1П

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для вычисления дискретного преобразования Фурье и процедуры цифровой фильтрации и может быть использовано в системах цифровой обработки различного рода сигналов.

Целью изобретения является упрощение устройства (за счет yNietibiiieHHH чи.сла межмодульных связей и исключения блока регистров при сохранении той же производительности).

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит информационный вход 1 устройства, N регистров 2.1(1 1,N) приема,N умножителей 31, входы 4.1 задания коэффициентов усгройстил, N сумматоров 5.1, N регистров 6,i суммы, информационньй выход 7 устройства, генератор 8 тактовых импулг сов, N триггеров 9.1 и N элементов 111-; 10.i, N элементов И 11.1, элемент ИЛИ 12, вход 13 задания режима работы устройства, N вычислительных модулей 14.1.

Работа устройства при ычислении дискретного преобразования Фурье.

Устройство выч;1сляс г , выражение:

(к)

k (0,К-1: (1

40

элементы исходного иекторл регулярности N, элементы выходного вектора Г X п ) Фурье

регулярности N, весовые коэффициенты, w е , j JT , номер входной последовательности.

ктор а образует дейе элементы, тогда выражение 45 переписать в виде

N-1

Re X,

СО

т fri

.)

где Re и

п,0 N-1

Rew

Im w

(2) (3)

Im - обозначает действительную и мнимую части комплексного числа. Вычисление выражений (2) и (3) вы- полняются аналогично, с той лишь разницей, что на вторые входы умножителей подаются или действительные (Re) или мнимые (Im) части комплексного

И52

весового коэффициента w. Поэтому в дальнейшем работу устройства будем рассматривать при вычислении выражения (2), при этом обозначение действительной Re части числа можно опустить.

Допустим, что прием информации в регистры 2.1, 6.1 триггера 9.1 вьшол- няется положительным перепадом, режиму вычисления выходных отсчетов фильтра соответствует единичный уровень на входе 13, режиму вычисления дискретного преобразования Фурье - код 1,0 ... О, ..., 0. На второй вход умножителей 3.1 поступает последовательность весовых коэффициентов

0

0

5

0

w N , 1 1 , N.

Для примерз рассмотрим работу устройства при вьшислении алгоритма дискретного преобразования Фурье для N 4.

В исходном состоянии (1-й такт) в триггере 9.2-9.4 записаны нули, на иход 13 поступает единичное значение., и, пройдя через элемент ИЛИ 12 (на втором входе которого - 0), поступает на D-вход триггера 9.1 положительным пр 1епадом тактового импульса, который поступает с т-енератора 8 тактовых импульсов. Единичное значение записывается в триггер 9.1, о;г1П ичное значение на выходе триггера 9.1 разрешает прохождение инвертированного на элементе НЕ 10.1 тактового сигнала на синхровход регистра 2.1 приема и до конца 1-го такта присутствует на D-входе триггера 9.2. а информационный вход поступает операнд а, который синхроимпульсом с выхода элемента 11.1 принимается в регистр 2.1. На вход 4.1 задания коэффициентов поступает множитель w°. В умножителе 3.1 выполняется операция а w°, результат умножения поступает на вход регистра 6.1 суммы.

Во втором такте на D-вход тригге-. ра 9.1 поступает нулевое значение, тактовым импульсом выполняется прием, в триггер 9.1 - О, в триггер 9.2 - 1, единичное значение на выходе триггера -9.2 разрешает прием в регистр 2.1 по инвертированному тактовому входу импульса данного а , этим же тактовым импульсом в регистр 6.1 суммы принимается а w°. На входы

ОО

4.1, 4.2 коэффициентов поступает w.

313488

В умножителе 3.2 вычисляется и, суммируясь с величиной на сумматоре 5.2. поступает на вход регистра 6.2, умножителях 3.1 вычисляется опять а w°.

В третьем такте в триггер 9.3 записывается единичное значение, в триггеры 9.1-9.2 - нулевое; в регистр 2.3 записывается а и выполрегистр 6.2 + , ре- 8 регистре

няется умножение а ,w , выполняется прием w° гистр 6.1 - прием , 6.3 суммы вычисляется а| + а

w° + а

W

W , результат поступает на вход

регистра 6.3.

На вход 4.2 задания коэффициентов поступает w и в умножителе 3.1 вычисляется а, w , на сумматоре 5.2 выполняется суммирование а w° +

О

+ а w , на вход 4.1 задания коэффициентов всегда поступает w°.

В четвертом такте в триггер 9.4 записывается единица, в остальные триггеры 9.1-9.3 - нули, в регистр 2.4 записывается а на вход 4.4 задания коэффициентов поступает w°, в умножителе 3.4 вычисляется а w°, в регистр 6.3 записывается значение а w° + а w° + а w°, которое суммируется с результатом умножения и получается значение нулевого коэффициента Фурье

X а w° + а W + a,w°+ а w°. 00 1 13

В регистр 6.2 записывается + + а, w , на вход 4.3 задания коэффициентов поступает w . В умножителе 3.3 вычисляется , на сумматоре 5.3- + a-w %- а- v.

В регистр 6.1 заносится а w, на вход 4.2 задания коэффициентов поступает w. В умножителе 3.2 вычисля

ется а w , на сумматоре 5.2 - сумма

w° + w .

В пятом такте Х заносится в регистр 6.4 и поступает на выход 7 устройства. В триггер 9.1 принимается единичное значение, поступающее через элемент ИЛИ 12 с выхода триггера 9.4, в остальные триггеры 9.2-9.4 - нули. Как и в первом такте в регистр 2.1 приема заносится данное (т+О-й последовательности.

В умножителе 3.1 вычисляется а, Kw, поступает на вход регистра 6.1 и заносится в него, на вход 4;2 задания коэффициентов поступает w , в

488

10

15

20

25

°

45

. ,

30

35

15 , 4,

умножителе 3.2 вычисляется , на сумматоре 5.2 - + , в регистр 6.2 заносится а w + а w , на вход 4.3 задания коэффициентов поступает w°, в умножителе 3.3 вычис- ляется , на сумматоре 5.3 - а w + а w + , в регистр 6.3

заносится а w° + а. w + а w, на

о г

вход 4.4 задания коэффициентов поступает W , в умножителе 3.4 вычисляется а w., на сумматоре 5.4 - а v° + + а7 w + + х7.

В шестом такте работа устройства в модулях 14.1, 14.2 аналогична второму такту для данных и а Ст+О-й последовательности. В регистр 6.4 заносится х и поступает на выход 7 устройства, в регистр

6.2заносится а w° + а на вход

4.3задания коэффициентов поступает w, в умножителе 3.3 вычисляется

w, на сумматоре 5.3 - а w° + + а, w + а w, в регистр 6.3 заносится а w ° + а w + w° , на вход

4.4задания коэффициентов поступает w, в умножителе 3.4 вычисляется

а, w , на сумматоре 5.4 - а w° + + aTw + а- w + а w х;.

В седьмом такте работа устройства в модулях 14.1-14.3 аналогична третьему такту. В регистр 6.4 заносится х и поступает на выход 7 устройства, в регистр 6.3 заносится а w° + а w + w , на вход 4.4 задания коэффициента поступает w , на сумматоре 5.4 - а w + + а w +

L f 1 m 2

aj W xy .

В восьмом такте работа устройства аналогична четвертому такту. В регистр 6.4 заносится х и поступает на выход 7 устройства. Таким образом, в каждом такте на выходе 7 устройства получаются значения коэффициентов Фурье х.

При реализации процедуры цифровой фильтрации устройство вычисляет выходные отсчеты в соответствии с выражением

N -1

М

a(k - п) h(n), (4)

h:O

где h(n) - коэффициенты импульсной

характеристики,

а(п) - отсчеты входного сигнала. При работе устройства в режиме цифровой фильтрации на вход 13 подается уровень 1 и прием выходного отсчета а выполняется во все регистры 2.i приема, на вход 4.1 задания коэффициентов постоянно поступает коэффициент h(N - i), вычисление выходного отсчета x(k) осуществляется за четыре такта.

Формула изобретения

Устройство для цифровой фильтрации содержащее N (длина импульсной характеристики) умножителей, N сумматоров, N регистров приема, N регистров сумм1,1 группу из N элементов И, генератор тактовых импульсов, причем информа- ционные входы всех регистров приема соединены и являются информационным входом устройства, выход i-ro (i 1,N) регистра приема подключен к первому входу i-ro умножителя, второй вход которого является входом задания i-ro коэффициента устройства, а выход i-ro умножителя подключен к первому входу i-ro сумматора, выход которого подключен к информацнонному входу i-ro регистра суммы, выход которого подключен к второму входу

i-ro (j i + 1,, j 2,N) сумматора отличающе e с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит N триггеров, N элементов НЕ и элемент ИЛИ, первый вход которого является входом эадания режима работы устройства, выход i-ro триггера подключен к второму входу элемента ИЛИ, выход которого подключен к D- входу первого триггера, выход генератора тактовых импульсов подключен к синхровходу i-ro триггера и входу i-ro элемента НЕ, выход k-ro (k 1,N-1) триггера подключен к первому входу k-ro элемента И и D-входу (k + 1)-го триггера, второй вход i-ro элемента И соединен с синхровхо лом i-ro регистра суммы и подключен к выходу i-ro элемента НЕ, выход i-ro элемента И подключен к синхровходу i-ro регистра приема, второй вход первого сумматора является входом задания логического нуля устройства, а выход N-ro регистра суммы является информационным выходом устройства.

Ж71

Фиг.1

Редактор Н.Слободяник

Составитель А.Баранов

Техред А. Кравчук Корректор И. Король

Заказ 5191/48Тираж 670Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

фщ.2

фиг. 3

Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено для вычисления дискретного преобра- зования Фурье и цифровой фильтрации, может быть использовано в системах цифровой обработки различного рода сигналов. Цель изобретения - упрощение устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство содержит информационный вход, N регистров приема, N умножителей, входы задания коэффициентов, N сумматоров, N регистров суммы, информационный выход, генератор тактовых импульсов, N триггеров, N элементов НЕ, N элементов И, элемент ИЛИ, вход задания режима. 3 ил. § (Л оо 4 00 ОО