Цифровой фильтр с многоуровневой дельта-модуляцией Советский патент 1991 года по МПК H03H17/06 H03M3/04 

10

О

Оч

Ю О Ю

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи и может быть использовано в устройствах цифровой обработки случайных процессов с импуль- сно-кодовой модуляцией (ИКМ) и дельта-модуляцией (ДМ).

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение фильтра при сохранении разрешающей способности.

(h)

I

Kg при Ку четном; Ку-1при Ку нечетном.

В последнем случае исключено нулевое значение.

Проведем группирование шагов квантования входного сигнала по одинаковым значениям коэффициентов. Число шагов

квантования импульсной характеристики в

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи. Его использование в устройствах цифровой обработки случайных процессов позволяет повысить быстродействие и упростить фильтр при сохранении разрешающей способности. Цифровой фильтр содержит блок 1 задержки, группу 3 комбинационных сумматоров, группу 4 перемножителей и комбинационный сумматор 5. Благодаря введению блока 2 коммутации и накапливающего сумматора 6 коэффициенты передаточной характеристики вводятся в формате многоуровневой дельта-модуляции, что позволяет сократить число перемножителей. 1 ил.

На чертеже приведена функциональная схема фильтра.

Цифровой фильтр с многоуровневой ДМ (МДМ) содержит блок 1 задержки, блок 2 коммутациии, группу 3 комбинационных сумматоров, группу 4 перемножителей, комбинационный 5 и накапливающий 6 сумматоры. Фильтр имеет информационные входы 7, тактовый вход 8, вход 9 обнуления, управляющие входы 10, входы 11 задания весовых коэффициентов и выходы 12.

Блок 1 задержки выполнен на регистре сдвига.

Цифровой фильтр с МДМ работает еле- дующим образом.

Отсчет выходного сигнала цифрового фильтра в привычном формате ИКМ представляют в виде

J

XI

ah.

1 m 1

(1)

где {xicK k 0 - отсчеты входного сигнала; {Smth)}, m

1,М - шаги квантования импульсной характеристики фильтра;

М - длина импульсной характеристики.

Вычисление последовательности отсчетов выходного сигнала организовано в два этапа, каждый из которых реализуется при помощи суммирования с накоплением

Уп Е Vyi; Vyi 2, xi-i 1 1

m 1

S,Јh) . (2)

Квантующая амплитудная характеристика дельта-кодера, формирующего весовую последовательность Sm ., соответствует одному из двух типов харак- теристики: с центральным подавлением или центральным клиппированием слабых сигналов. В первом случае для некоторых тЈ{1 ,М) возможно равенство 0, а во втором Sm 5й 0 для любых т.

Обозначим число уровней квантования импульсной арактеристики через КУН Тогда число различных ненулевых значений коэффициентов цифрового фильтра с МДМ

каждой группе Kj, а М Kj . Тогда выJ 1 ражение (2) можно переписать в виде

Vyi Ј s(h)J § х,.г. (Ъ) j 1r 1

5 0

5

0

5

п

45

50 55

Число умножений для вычислений одного значения первой разности Vyi по формуле (3) равно I и с увеличением длины импульсной характеристики значение I остается неизменным, а отношение I/N уменьшается, т.е. N, где N M - число ненулевых значений весовой последовательности {Sm }.

При одном и том же числе уровней квантования импульсной характеристики цифровой фильтр с МДМ может реализовывать различные АЧХ и ФЧХ, например, можно реализовать фильтр нижних или верхних частот, полосовой и т.п. Кроме того, при вычислении Vyi по (3) разрядность одного из входных сигналов перемножителя 4 равна разрядности МДМ, что позволяет реализовать также высокое быстродействие.

За счет более низкой разрядности коэффициентов импульсной характеристики фильтров с МДМ значение I значительно меньше такого же значения в аналогичном фильтре с ИКМ, что приводит к существенному (не менее, чем на порядок) уменьше- яию числа умножителей при параллельной реализации цифрового фильтра.

Перед началом работы цифрового фильтра необходимо провести его программиро- вание, т.е. настройку на заданную передаточную характеристику. Для этого на входы 11.1-11.1 задания значений коэффициентов весовой последовательности подаются I различных значений шагов квантования импульсной характеристики фильтра , ,l, которые определены при расчете весовой последовательности. Одновременно на управляющие входы 10 подаются управляющие сигналы, в результате чего устанавливаются связи j-ro выхода блока 1 задержки ) с одним из входов 1-го комбинационного сумматора 3.1, , I

группы. Связи устанавливаются таким образом, что все отсчеты входного сигнала {xn-m}, тб.{1,М}, умножаемые согласно формуле цифровой свертки (2) на одинаковое значение коэффициента, поступают на входы 1-го сумматора 3.1 группы.

Затем необходимо провести обнуление фильтра путем подачи установочного импульса на вход 9 обнуления. В результате воздействия этого импульса на входы обну- лвния блока 1 задержки и накапливающего сумматора б на выходах 12 фильтра и всех выходах блока 1 устанавливаются нулевые значения сигналов. Такое обнуление необходимо также проводить при случайных сбоях, чтобы предотвратить накопление ошибок в выходном сигнале фильтра.

На информационные входы 7 фильтра поступает-, последовательность отсчетов входного сигнала {хп}, , которые по тактовым импульсам с входа 8 записываются и последовательно сдвигаются в блоке 1. Частота следования тактовых импульсов на входе 8 соответствует частоте дискретизации входного сигнала Т в формате ИКМ.

Отсчеты входного сигнала {хп.г}, , К|, умножаемые согласно формуле цифровой свертки (2) на одно и то же значение весово-- го коэффициента S , поступают на входы соответствующего сумматора 3.i, H,l группы через предварительно установленные связи блока 2 коммутации. На выходах сумматора 3.I группы формируется сумма указанных отсчетов входного сигнала, которая умножается перемножителем 4.I группы на значение соответствующего коэффициента весовой последовательности S в форме МДМ. В результате этого формируется i-я

К|

частичная сумма S j xn,r, поступающая

г 1

на входы комбинационного сумматора 5. Сумматор 5, имеющий I групп входов, суммируя значения частичных сумм, формирует первую разность выходного сигнала цифрового фильтра согласно (3):

,

vyn 2 s(h)j 2xn,r

&

г 1

Последовательность значений первой разности { Vyn}, поступает на информационные входы накапливающего сумматора 6, осуществляющего непрерывное накопление значений {Vyn} и формирующего выходной сигнал фильтра {уп} согласно (2) путем суммирования очередного значения Vyn с накопленным в сумматоре 6 значением при поступлении каждого тактового импульса с входа 8, Таким образом, на выходах накапливающего сумматора 6 формируется последовательность отсчетов выходного сигнала цифрового фильтра { уп} в формате

5 ИКМ, поступающая на выходы 12 фильтра. Таким образом, в фильтре осуществляется обработка входного сигнала с ИКМ с использованием весовой последовательности МДМ формата. В результате обеспечи0 вается высокая разрешающая способность цифрового фильтра. Благодаря использованию указанной последовательности, коэффициенты которой имеют значительно меньшую разрядность, чем коэффициенты

5 фильтров с ИКМ, а также соответственно меньшее число I различных значений коэффициентов, схема фильтра упрощается за счет резкого уменьшения числа перемножителей при сохранении высокой разрешаю0 щей способности фильтра. Одновременно за счет того, что разрядность одного из входных сигналов перемножителей 4.1-4.1 низкая (равна разрядности МДМ коэффициента), время выполнения операции умноже5 ния незначительное, а это позволяет реализовать высокое быстродействие фильтра.

Формула изобретения

0Цифровой фильтр с многоуровневой

дельта-модуляцией, содержащий блок задержки, информационные входы, тактовый вход и вход обнуления которого являются одноименными входами фильтра, группу

5 комбинационных сумматоров, группу перемножителей, выходы которых соединены с соответствующими входами комбинационного сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и

0 упрощения фильтра при сохранении разрешающей способности, в фильтр введены блоф коммутации и накапдивающий сумматор, тактовый вход и вход обнуления которого подключены к одноименным входам

5 фильтра, выходы блока задержки подключены к соответствующим информационным входам блока коммутации, управляющие входы которого являются управляющими входами фильтра, выходы блока коммута0 ции соединены с входами соответствующих комбинационных сумматоров группы, выходы которых подключены к первым входам одноименных перемножителей группы, вторые входы которых являются входами зада5 ния весовых коэффициентов, выходы комбинационного сумматора соединены с информационными входами накапливающего сумматора, выходы которого являются выходами фильтра