Цифровой фильтр Советский патент 1990 года по МПК H03H17/06 G06F17/17 

Изобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано в системах обработки сейсмических, аккустических, видео и дру- с гих сигналов и является усовершенст- ванием цифрового фильтра по авт.св. № 1314352.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет вы- Ю полнения рекурсивной фильтрации.

На фиг. 1 - 3 приведена электрическая структурная схема цифрового фильтра; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу блока син- 15 хронизации в режиме рекурсивной фильтрации .

Цифровой фильтр содержит К/2 регистров 1.1, 1.2,...1.К/2 первой группы, К умножителей 2.1, 2,2,..., 20 2„К, К/2 сумматоров 3.1,3.2,...,З.К/2 первой группы, К/2 сумматоров 4.1, 4«2,...,4.К/2 второй группы, К/2 регистров 5.1, 5.2,...,5.К/2 второй группы, К/2 регистров 6.1,6.2, ..., 25 6,К/2 третьей группы, блок 7 синхронизации, первый информационный вход 8, выход 9, второй информационный вход 10, вход 11 управления.

Блок 7 синхронизации содержит эле- 30 мент ИЛИ 12, триггер 13, первый 14 и второй 15 элементы И-НЕ, генератор 16 тактовых импульсов.

Предполагают, что запись информации в регистры 1.1, 5.1, 6.1, а так- 35 же в триггер 13 осуществляется по переднему фронту синхроимпульсов. Второй режим работы блока 7, а также включение, т.е. передача информации на выход, регистров 5.1, 6.1 осуще- 40 сгвляется подачей сигнала низкого уровня на соответствующие входы управления.

Блок 7 работает в двух режимах. Первый режим блока 7 задается подачей 45 сигнала высокого уровня на вход 11 управления. В этом режиме на первом и втором выходах блока 7 устанавливается сигнал высокого уровня, на четвертом выходе - сигнал низкого уров- до ня и на третий выход блока 7 в каждом такте передается синхроимпульс. Это обеспечивается тем, что сигнал высокого уровня, поступающий на вход 11, через элемент ИЛИ 12 поступает на D-вход триггера 13, где фиксируется в каждом такте работы устройства.

При этом сигнал логической 1 с прямого выхода триггера 13 поступает

на второй выход блока 7 и на первый вход первого элемента И-НЕ 14, разрешая передачу синхроимпульсов, поступающих, с инверсного выхода генератора 16 на третий выход блока 7. Сигнал логического О с инверсного выхода триггера 13 поступает на четвертый выход блока 7 и на первый вход второго элемента И-НЕ 15. При этом блокируется выдача синхроимпульсов на первый выход блока 7, что обеспечивает установку на этом выходе сигнала высокого уровня,

Во втором режиме работы блока 7, который задается подачей сигнала низкого уровня на вход 11, на первом выходе блока 7 появляются синхроимпульсы во 2,4, 6, ... тактах работы устрой- ства, на втором выходе в этих тактах устанавливается сигнал низкого уровня на третьем выходе появляются синхроимпульсы в 1,3,5,... тактах работы устройства, при этом на четвертом выходе в этих тактах устанавливается сигнал низкого уровня. Это обеспечивается тем, что уровень логического О на первом входе элемента ИЛИ 12 обеспечивает передачу сигнала с инверсного выхода триггера 13 на его D-вход, что обеспечивает счетный режим работы триггера 13.

Такт, в котором происходит изменение сигнала на входе 11 с высокого уровня на низкий, является первым тактом работы блока 7 в этом режиме. Поэтому в тактах 1,3,5,... на прямом выходе триггера 13 устанавливается сигнал высокого уровня, который поступает на второй выход блока 7, а также разрешает передачу синхроимпульсов с инверсного выхода генератора 16 через первый элемент И-НЕ 14 на третий выхо блока 7. В тактах 2,4,6,... сигнал высокого уровня устанавливается на инверсном выходе триггера 13, что обуславливает появление его на четвертом выходе блока 7, а также разрешает передачу в этих тактах синхроимпульсов с инверсного выхода генератора 16 через второй элемент И-НЕ 15 на первый выход блока 7.

Регистры 5.1, 5.2,...,К/2 второй и 6.1, 6.2, ..., 6.К/2 третьей групп имеют входы управления выходом. При подаче сигнала высокого уровня на вход управления такого регистра на его выходе устанавливается высоко- импедансное состояние, т.е. регистр

отключен. Это позволяет объединять выходы этих регистров.

При реализации процедуры нерекурсивной цифровой фильтрации устройство должно вычислять выражение вида:

y(n)-ico(i)x(n-i-H), (1)

/ где uu(i) - коэффициенты импульсной

характеристики цифрового фильтра;

x(i) - входные отсчеты; у(п) - выходные отсчеты;

К - количество коэффициентов импульсной характеристики цифрового нерекурсивного фильтра.

Выражение (1) можно переписать в виде, Кг

у(п) Ј (2j-1)x(n-2j+2) +

)x(n-2jtO .(2)

При работе устройства в режиме нерекурсивной фильтрации на вход 11 подается сигнал высокого уровня, что обеспечивает первый режим работы блока 7. В этом режиме регистры 6,1, 6.2,...,6.К/2 третьей группы отключены сигналом высокого уровня на управляющих входах, а регистры 5.1, 5.2, ...,5.К/2 второй группы включены.

На входы синхронизации регистров 5.1, 5.2,..,, 5.К/2 в каждом такте работы устройства поступают синхроимпульсы. На второй информационный вход 10 в этом режиме поступает сигнал нулевого уровня. В каждом такте работы цифрового фильтра в режиме нерекурсиво

5840846

Рассмотрим пример работы цифрового фильтра для случая .

Б такте на входы регистров 1.2 и 1.3 поступают входные отсчеты х(2) и х(3) соответственно. В умножителях 2.5 и 2,6 формируются произведения х(2)о)(5) ,х( 1)tt(6) и суммируются на сумматоре 3,3 первой группы и JQ поступают на второй вход сумматора 4.3.

В четвертом такте в регистр 5.3 второй группы заносится частичный . выходной отсчет

15 y(6)(1)w(6)+x(2M5).

В этом же такте на входы регистров 1,1s 1.2 и 1.3 поступают входные отсчеты х(4), х(3) и х(2) соответственно . В умножителях 2.5 и 2.6 формиру20 ются произведения х(3)ц;(5) и х(2)а-(6) соответственно, которые суммируются на сумматоре 3.2 и поступают на второй вход сумматора 4.2, на первый вход которого из регистра 5.3 посту25 пает у (6),, .

В пятом такте в регистры 5.3 и 5.2

записываются частичные выходные отсчеты у(7), х(3)и/(5)+х(2)и;(6) и у(6), х(3)иК4)+х(4)ш(3) соответственно. В этом же такте на входы регистров 1.1, 1.2 и 1.3 поступают входные отсчеты х(5), х(4) и х(3) соответственно. В умножителях 2.5 и 2.6 формируются произведения х(4)о(5) и х(3)ш(6) . соответственно, которые суммируются в сумматоре 3.3 и поступают на второй вход сумматора 4.3.

В умножителях 2.3 и 2.4 формируются произведения x(5)w(3) и x(4)w(4)

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки сейсмических, видео и др. сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выполнения рекурсивной фильтрации. Цифровой фильтр (ЦФ) содержит K/2 регистров 1.1...1.K/2 первой группы, K умножителей 2.1...2.K, K/2 сумматоров 3.1...3.K/2 второй группы, K/2 регистров 5.1...5.K/2 второй группы, K/2 регистров 6.1...6.K/2 третьей группы, блок 7 синхронизации. Запись информации в регистры 1.I, 5.I и 6.I, а также в триггер блока 7 осуществляется по переднему фронту синхроимпульсов. Передачу информации на вход регистров 5.I и 6I осуществляется подачей сигнала низкого уровня на соответствующие входы управления. Блок 7 работает в двух режимах, режимы задаются сигналами высокого и низкого уровней. В каждом такте работы устройства в режиме нерекурсивной фильтрации, равном времени срабатывания двух сумматоров 3 и одного умножителя 2, на первый информационный вход подается новый входной отсчет. На выходах регистров 1.I и 5.I информация меняется в конце каждого такта работы ЦФ. Первые 3.К/2-1 тактов работы ЦФ в этом режиме являются "холостыми", т.к. вычисление "полных" выходных отсчетов начинается после появления на выходе регистров 1.К/2 первого входного отсчета. 1 п.з. ф-лы, 4 ил.

ной фильтрации, равном времени сраба- до соответственно, которые суммируются в

тывания двух сумматоров и одного ум ножителя, на первый информационный вход 8 подается новый входной отсчет. На выходах регистров первой 1.1 и второй 5.1 групп (, К/2) информация меняется в конце каждого такта работы цифрового фильтра. В первом такте работы на первый информационный вход 8 поступает отсчет х(1), во втором х(2) и т.д. На первый вход 1-го умножителя поступает (, К) коэффициент импульсной характеристики со(1). Первые К/2-1 тактов работы цифрового фильтра в этом режиме являются холостыми, так как вычисление полных выходных отсчетов у(п) начинается после того, как на выходе регистра 1.К/2 первой группы появится входной отсчет х(1).

сумматоре. 3.2 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.2 на первый вход которого из регистра 5.3 поступает у(7) . В умно45 жителях 2.1 и 2.2 формируются произведения x(6)w(1) и х(5)и)(2) соответственно, которые суммируются на сумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора

50 4.1, на первый вход которого из регистра 5.2 поступает у(6).

В шестом такте работы устройства в регистр 5.3 заносится частичный выходной отсчет у(8)( х(3)ш(6) +

55 +х(4)о(5), в регистр 5.2 y(7)t x(4M4)+x(5)u(3)+y(7),(4)w(4) + +x(5)w(3)+x(2)w(6)+x(3)w(5), з регистр 5.1 заносится первый полный выходной отсчет у(6)у(6)г+х(5)иК2)+

соответственно, которые суммируются в

сумматоре. 3.2 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.2 на первый вход которого из регистра 5.3 поступает у(7) . В умножителях 2.1 и 2.2 формируются произведения x(6)w(1) и х(5)и)(2) соответственно, которые суммируются на сумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора

В шестом такте работы устройства в регистр 5.3 заносится частичный выходной отсчет у(8)( х(3)ш(6) +

+х(4)о(5), в регистр 5.2 y(7)t x(4M4)+x(5)u(3)+y(7),(4)w(4) + +x(5)w(3)+x(2)w(6)+x(3)w(5), з регистр 5.1 заносится первый полный выходной отсчет у(6)у(6)г+х(5)иК2)+

+ x((1)w(6)+x(2)w(5)+x(3)uX4) +

+x(4)uX3)+x(5)uX2)+x(6)uXO, который поступает на выход 9 цифрового фильтра . В каждом следующем такте работы устройства на выходе 9 фиксируется новый выходной отсчет.

При реализации процедуры рекурсив- ь(ой цифровой фильтрации устройство Должно вычислять выражение вида:

y(n) -Zu(i)x(n-i+1)(i)y(n-i-M)

Ui

вде w(i) и h(i) - коэффициенты импульсной характеристики. При работе устройства в режиме ре- Курсивной фильтрации на вход 11 подается сигнал низкого уровня, что обеспечивает второй режим работы блока 7. В этом режиме работы регистры 6.1, 6.2, ...,6.К/2 включаются подачей на соответствующие управляющие входы сигнала низкого уровня во 2,4,6... тактах работы устройства и на их входы синхронизации в этих тактах поступают синхроимпульсы. Регистры 5.2,5.3,..., 5.К/2 включаются подачей на входы управления сигнала низкого уровня в 1,3,5,... тактах работы устройства и На их входы синхронизации в этих так- tax поступают синхроимпульсы.

В начале работы устройства все регистры устанавливаются в нулевое состояние (цепи установки в нулевое состояние не показаны).

Входные отсчеты в этом режиме поступают на второй информационный вход 10 цифрового фильтра. При этом первый информационный вход 8 отключается. В тактах 2,4,6.... на второй информа- ционный вход 10 поступают соответственно отсчеты х(1), х(2),..., а в тактах 1,3,5,... поступает отсчет, равный нулю. Первый информационный вход 8 отключен, а. на второй вход умножи- теля 2,1 информация поступает с выхода регистра 6.1, который в этом режиме находится во включенном состоянии. В регистрах первой 1.i и второй 5.i групп информация меняется в конце каждого нечетного такта, а в регистрах 6Д третьей группы - в конце каждого четного такта работы устройства. На первый вход умножителя 2.1(,К) в нечетном такте поступает коэффици- ент импульсной характеристики цифрового фильтра, Ы(1), а в четном такте h(l), причем на первый вход первого умножителя 2.1 в четном такте посту0

5 0 5 0

5

0 5Q $

пает нулевой операнд (h(1)0). Первые 2К тактов работы устройства являются холостыми, так как вычисление полных выходных отсчетов у(п) начинается после того, как на выходе регистра 1.К/2 появляется сумма х( 1)h(2)-toc(2) .

Пример. Пусть .

В первом такте работы устройства производится переключение режима работы и установка всех регистров в начальное состояние.

Во втором такте на второй информационный вход 10 поступает входной отсчет х(1), который фиксируется в конце первого такта в регистре 6.2. В третьем такте ввиду отсутствия информации в регистрах состояние схемы не меняется.

В четвертом такте на второй информационный вход 10 поступает входной отсчет х(2), который Фиксируется в конце этого такта в регистре 6.2. При этом отсчет х(1) суммируется с нулевым операндом на сумматоре 4.1 и результат в конце такта фиксируется в регистре 6.1.

В пятом такте на умножителе 2.1 формируется произведение х(1)и(1) у(1), которое через сумматоры 3.1 и 4.1 поступает на вход регистра 5.1. В регистре 5.1 в конце пятого такта фиксируется первый неполный выходной отсчет у(1). Отсчет х(1) в конце этого такта зафиксирован в регистре 1.1.

В шестом такте на второй информационный вход 10 поступает входной отсчет х(3). В этом такте на умножителях 2.1, 2.2 и 2.3 сформированы соответственно произведения х(1) 0, , x(t)h(2) и x(1)h(3). Первые два произведения суммируются в сумматоре 3.1. и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.1, где суммируется с входным отсчетом х(2), который поступает с выхода регистра 6.2. Сумма, полученная на сумматоре, равная х(1)Ь(2)-+ос(2)А1, фиксируется в конце этого такта на регистре 6.1. Произведение x(1)h(3) через сумматор 3.2 поступает на второй вход сумматора 4.2, где суммируется с входным операндом х(3). Результат суммирования фиксируется в конце шестого такта на регистре 6.2.

В седьмом такте на умножителе 2.1 формируется произведение A, UX1) , а на умножителях 2.2 и 2.3 соответственно произведения x(1)w(2) и x(1)tu(3). Про

изведения А( 1) их(1)о(2) суммируются на сумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.1, где суммируется с нулевым one- рандом и результат суммирования, равный

A,uKl)+x(1)w(2)x(2)w(1)+x(l)W(2) + +y(1)h(2)y(2),

iв конце седьмого такта фиксируется в регистре 5.1. В конце этого такта в регистре 5.2 фиксируется произведение х(1)ои(3). Сумма (1)h(2)+x(2) в конце седьмого такта зафиксирована в регистре 1.1, а входной отсчет х(1) - в регистре 1.2.

В восьмом такте на второй информационный вход 10 поступает входной отсчет х(4). В этом такте на умножителях 2.1 - 2.4 формируются соответственно произведения , A1h(2), ), x(1)h(4). Первые два произведения суммируются на сумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.1, где суммируется с операндом x(1)h(3)+x(3), поступающим с выхода регистра 6.2. Сумма, полученная на сумматоре 4.1, равная A1h(2)+x(1)h(3)+x(3)A2, фиксируется в конце восьмого такта на регистре 6.1. Произведения A,h(3) и x(1)h(4) суммируются на сумматоре 3.2

В одиннадцатом такте на второй ин формационный вход 10 поступает входной отсчет, равный нулю, как и во всех нечетных тактах. В этом такте на умножителях 2.1 - 2.4 формируются соответственно произведения АэоКО, Аги(2), (3) и A1W(4). Произведения )(1) и Аго/(2) суммируются на сумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход суммато ра 4.1, где суммируется с операндом А(о(3)+х(1 )((4) , поступившим с выход регистра 5.2. На сумматоре 4.1 в это такте формируется первый полный

40

и результат суммирования поступает

на второй вход сумматора 4.2, где выходной отсчет

мируется с входным отсчетом х(4). Сум- y(A)-A3a,(1)+A1ft/(2)+AfW(3)+x1wU).

ма A1h(3)+x(1)h(4)-bx(4), полученная который в конце такта фиксируется

на сумматоре 4.2, фиксируется в конце

восьмого такта на регистре 6.2.

В девятом такте на умножителях 2.1 - 2.4 формируются соответственно произведения A2w(l), A1W(2), A,u(3) и x(1)w(4). Произведения Агю(1) и Atw(2) суммируются на сумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.1, где суммируется с операндом x(T)w(3), поступающим с выхода, регистра 5.2. Результат суммирования, равный x(1)W(3)+

45

в регистре 5.1. В конце одиннадцатого такта в регистре 5.2 зафиксирован сумма произведений (3) и А(о;(4) . Сумма А э в конце этого такта зафикси рована в регистре 1.1, а А - в реги стре 1.2.

В конце каждого последующего нече ного такта на регистре 5.1 зафиксиро ван новый выходной отсчет. I

Формула изобретения

+А ш(1)+А1ш(2)у(3), в конце девятого такта фиксируется в регистре 5.1. В конце этого такта в регистре 5,2 фиксируется сумма произведений (3) и x(1)w(4). Сумма АЗ в конце девятого такта фиксируется в регистре 1.1, а А1 - в регистре 1.2.

В десятом такте на второй информационный вход 10 поступает твходной

SO

55

5

0

5

0

отсчет х(5). В этом такте на умножителях 2.1 - 2.4 формируются произведения Ai-0, Ajh(2), A4h(3), A1h(4). Первые два произведения суммируются на сумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.1, где суммируется с операндом A1h(3)+x(1)h(4)+x(4), поступающим с выхода регистра 6.2. Сумма, полученная на сумматоре 4.1, равная A2h(2)+ +A,h(3)+x(1 )h(4)+x(4), фиксируется в конце десятого такта на регистре i 6.1. Произведения A2h(3) и A,h(4) суммируются на сумматоре 3.2 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.2, где суммируется с входным отсчетом х(5). Сумма AJi(3)+ +A1h(4)+x(5), полученная на сумматоре 4.2, фиксируется в конце десятого такта на регистре 6.2.

В одиннадцатом такте на второй информационный вход 10 поступает входной отсчет, равный нулю, как и во всех нечетных тактах. В этом такте на умножителях 2.1 - 2.4 формируются соответственно произведения АэоКО, Аги(2), (3) и A1W(4). Произведения )(1) и Аго/(2) суммируются на сумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.1, где суммируется с операндом А(о(3)+х(1 )((4) , поступившим с выхода регистра 5.2. На сумматоре 4.1 в этом такте формируется первый полный

5 выходной отсчет

в регистре 5.1. В конце одиннадцатого такта в регистре 5.2 зафиксирована сумма произведений (3) и А(о;(4) . Сумма А э в конце этого такта зафиксирована в регистре 1.1, а А - в регистре 1.2.

В конце каждого последующего нечетного такта на регистре 5.1 зафиксирован новый выходной отсчет. I

Формула изобретения

второй группы соответственно, и блок синхронизации, вход которого является входом управления цифрового фильтра и соединен с управляющим входом перво-, fro регистра третьей группы, вход которого соединен с выходом первого сумматора второй группы, а выход первого регистра третьей группы соединен с входом первого регистра первой rpyn-jQ пы, причем входы синхронизации регистров третьей группы соединены с пер- йым выходом блока синхронизации, второй выход которого соединен с управляющими входами регистров третьей 15 г руппы, за исключением управляющего выхода первого регистра этой группы, третий выход блока синхронизации соединен с входами синхронизации регистров первой и второй групп, четвертый 20 блока синхронизации соединен с управляющими входами регистров вто- пой группы.

-Н wu Ј-1 А/ $Г

Фиг. 2.

ЛЈ

г

Т

ы

L iroK т 12 гак т iSroKT