Оптимальный фильтр Советский патент 1989 года по МПК G06F17/17 H03H17/00 

, л

II

гг

ел

00 i4

31509

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано в системах обработки сигналов для уменьшения случайной составляющей с произвольным законом распределения.

Цель изобретения - повьшение быстродействия.

На чертеже представлена блок-схе- ма оптимального фильтра.

Фильтр содержит п последовательно соединенных т-разрядных регистров

, п блоков 2,-2р умножения на весовые коэффициенты, блок опреде- ления минимального числа, состоящий из ячеек 3jj-S ( п - номер строки, ,m-l номер столбца), п элементов ИЛИ 6, каждая ячейка первого столбца содержит элементы ИЛИ 7 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8, каждая ячейка второго столбца содержит элемент ИЛИ 9 и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, каждая ячейка j-ro столбца (, m-l) содержит первый 11 и второй 12 элемен- ты ИЛИ и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13. Для синтеза фильтра использованы особенности распределения наименьшего числа из выборки в п случайных величин с произвольным распределением. Оптимальность фильтра понимается в смысле

макс Р{АЧх .Bi, (i)

Где , - функция распределения процесса на выходе фильтра; А и В - заданные константы ограничения.

Максимизация критерия (I) дости- гается мультипликативным преобразованием входной последовательности Y fy ,-ji l ,п i так, что отфильтрованное значение , у ;d ;( ,п5, где d j - весовые коэффициенты, опреде- ляемые из системы линейного уравнения:

Гр fB

,

5.)-p fA j - i -j «

JM,

(2)

Jгде A-(-) c;; ,n.

Фильтр работает следующим образом.

На вход фильтра, т.е. на вход пер-ее вого регистра 11, подается фильтруемая случайная последовательность в виде m -разрядных чисел. Одновременно с поступлением каждого числа

0 5 0

5

0 5

0

е

выполняется операция сдвига обь1чным образом. Для этого вначале на входе устанавливается код числа, а затем подается импульс на входы синхронизации регистров, при этом входное число .записывается в первом регистре, -которое было в первом, во втором и т.д.

С выхода каждого регистра коды чисел поступают на входы блоков 2, с помощью которых реализуется операция умножения входной последова- тельности на весовые коэффициенты d-, ,n. Коэффициенты d- определены из системы (2).Результаты умножения разрядностью m поступают НЕ цепочки логических элементов так, что старшие разряды - на ячейки с номерами а младшие - на элементы ИЛИ 6,-б„.

Работу ячеек рассмотрим на конкретном примере.

Пусть последовательность чисел представлена массивом из трех чисел {lOIOl, 10001 10010}. В старших разрядах всех чисел находится 1. Не трудно видеть, что при этом на информационном выходе ячеек 3 также выделится уровень 1, на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 - уровень логического 0. Логический 0 поступает на входы ячеек 4 и разрешает анализ вторых разрядов чисел.

Во вторых разрядах всех чисел находятся одни 0, поэтому на всех выходах элементов ИЛИ 9 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 вьщеляются уровни логического 0, при этом разрешается анализ всех чисел в третьем разряде. По третьему разряду первое число является большим, чем два других и данное число можно исключить из дальнейшего анализа. Выполняется это следующим образом. На выходах элементов ИЛИ П (ячеек) З эформиру- ется уровень логического О, который блокирует (подавит) уровень логической 1, которьй должен сформироваться на вь.1ходе элемента ШШ 11 (ячейки 5 j) и на информационном выходе в третьем разряде также имеется уровень 0. При этом на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13 (ячейки 5 з) выделяется уровень логической 1, которьй отключает дчейки 5,и 6,5 из дальнейшего анализа.

Что же касается второго и третьего числа, то на выходах ячеек 5дэформируются уровни логического 0, которые разрешают анализ в четвертом разряде второго и третьего чисел. Последнее число имеет в четвертом разряде 1, следовательно, оно больше второго, и на выходе ячейки 5j формируется уровень логической 1, которьй и исключает третье число из дальнейшего рассмотрения. На четвертой информационной шине при этом поддерживается уровень логического 0, поступающий с информационного выхода ячейки З. Последний пятый информационный разряд установится в 1, так как элементы ИДИ ИЛИ 6 3i отключены уровнями логической 1, поступающих на их входы, а на элемент ИЛИ 6 5уровень логической 1 поступает с последнего пятого разряда второго числа.

Таким образом, на информационных выходах устройства выделяется мини- мальньй код 10001, что и требовалось определить. С поступлением следующего числа на регистры 1 цикл анализа повторяется, форму л а изобретения

1. Оптимальный фильтр, содержащий п блоков умножения на весовые коэффициенты (п - объем выборки) и блок вьщеления минимального числа, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены п последовательно соединенных регистров, причем выход i-го регистра (,п) подключен к входу i-ro блока умножения на весовые коэффициенты, информационный выход которого поразрядно соединен с i-M информационным входом блока выделения минимального числа, выход ко- «с чения,второй вход элемента ИЛИ i,m-й

торого является выходом фильтра, информационный вход первого регистра является информационным входом фильтра, тактовые входы регистров объединены и являются тактовым входом фильтра.

2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что блок вьщеления минимального числа содержит матрицу ячеек из п строк и m столбцов (т - количество разрядов выходного числа), причем каждая i,j-я ячейка (,n - номер строки, ,2 - номер

ячейки соединен с выходом элемента ИС КЛЮЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ (i,m-l)-й ячейки, выход второго элемента ИЛИ, i,q-й яче ки (,n; , m-2) подключен к пе

50 вому входу второго элемента ИЛИ и к второму входу первого элемента ИЛИ (i, q+I)-й ячейки, выход второго элемента ИЛИ (i, т-1)-й ячейки соед нен с третьим входом элемента ИЛИ

55 ячейки, выходы элементов ШШ всех ячеек тто столбца соединены и являются выходом т-го разряда блока вьщеления минимального числа.

509934

оййияья

10

15

20

столбца) содержит элемент ИЛИ и элемент ИСКЛЮЧ ЩЕ ИЛИ, каждая i,k-H ячейка (, m-1) содержит два элемента ИЛИ и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, каждая 1,пг-я ячейка содержит элемент ИЛИ, первые входы элементов ИЛИ и элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ i,j-x ячеек соединены и являются входом j-ro разряда i-ro информационного входа блока, выходы элементов ИЛИ и вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ всех ячеек j-ro столбца соединены и являются выходом j-ro разряда блока выделения минимального числа, первые входы первого элемента ИЛИ и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ каждой 1,и-й ячейки соединены и являются k-M разрядным входом i-ro информационного входа блока выделения минимального числа, выходы первых элементов ИЛИ и вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ всех ячеек k-ro столбца соединены и являются выходом k-ro разряда блока вьщеления минимального числа, второй вход элемента ИЛИ каждой ячейки первого столбца, соединен с первым входом первого разряда i-ro информационного входа 30 блока выделения минимального числа, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ i,}-й ячейки подключен к второму входу элемента ИЛИ i,2-й ячейки и к второму входу первого элемента ИЛИ и первому входу второго элемента ИЛИ i,3-й ячейки, выход элемента ИСКЛЮ- ЧАЮ1 ЕЕ ИЛИ i,l-й ячейки (,n; 1 2,m-2) соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ и с вторым входом второго элемента ИЛИ i,l+I-й ячейки, первый вход элемента ИЛИ i,m-й ячейки которого является входом пг-го разряда i-ro информационного входа блока выделения минимального зна25

35

40

ячейки соединен с выходом элемента ИС- КЛЮЧАЮ1ЦЕЕ ИЛИ (i,m-l)-й ячейки, выход второго элемента ИЛИ, i,q-й ячейки (,n; , m-2) подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и к второму входу первого элемента ИЛИ (i, q+I)-й ячейки, выход второго элемента ИЛИ (i, т-1)-й ячейки соединен с третьим входом элемента ИЛИ

ячейки, выходы элементов ШШ всех ячеек тто столбца соединены и являются выходом т-го разряда блока вьщеления минимального числа.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки сигналов для уменьшения случайной составляющей, распределенной по произвольному закону. Целью изобретения является повышение быстродействия, что позволяет обрабатывать более высокочастотные сигналы. Оптимальность фильтра понимается в смысле максимизации критерия MAX P{A≤X≤ B}, где P { X } *98э [0,1] - функция распределения процесса на выходе фильтра, A и B - заданные константы. Фильтр содержит N последовательно соединенных M^* - разрядных регистров 1, N блоков 2 умножения на весовые коэффициенты, блок определения минимального числа, состоящий из ячеек 3-5, N трехвходовых элементов ИЛИ 6, N элементов ИЛИ 7, N элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 8 и элементов ИЛИ 9, N элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10,2 N элементов ИЛИ 11, 12 и N элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 13. В фильтре реализованы параллельные процедуры умножения входной последовательности на весовые коэффициенты и выделения из результатов наименьшего числа с помощью матрицы логических схем. 1 ил.