Цифровой фильтр Советский патент 1991 года по МПК G06F17/17 H03H17/00 

сл

С

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано при обработке стационарных (негауссовых) сигналов, например, в системах сжатия данных и обработки изображений, корреляционного и спектрального анализа и т.п. Цель изобретения - расширение области применения за счет определения статистически устойчивого числа нулей высоких порядков повторно- разностных и повторно-суммарных сигналов. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входит блок центрирования 1. счетчик 2. М+1 (М - порядок фильтра) вычислительных блоков 3.1 -З.М + 1, первый из которых содержит аналого-цифровой преобразователь 4, а последующие - буферный регистр 5 и сумматор 6, причем каждый вычислительный блок включает генератор случайных чисел 7, узел сравнения 8, формирователи импульсов 9, 10,11 ..элемент ИЛИ 12. счетчик 13 и буферный регистр 14. 1 ил.

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано при обработке стационарных (негауссовских) сигналов, например, в системах сжатия данных и обработки изображений, корреляционного и спектрального анализа и т.п.

Цель изобретения - расширение области применения за счет определения статистически устойчивого числа нулей высоких порядков повторно-разностных и повторно-суммарных сигналов.

На чертеже приведена функциональная схема цифрового фильтра.

Цифровой фильтр содержит блок центрирования 1, счетчик 2 (интервала реализации), М+1 вычислительных блоков 3.1-3.М+1, (М 2), первый из которых содержит аналого-цифровой преобразователь 4 (АЦП), второй и последующие (входной) буферный регистр 5 и сумматор 6, каждый

из вычислительных блоков З.К (К 1) содержит генератор 7 случайных чисел, узел 8 сравнения, формирователи импульсов 9-11, элемент ИЛИ 12, счетчик 13 (импульсов), (выходной) буферный регистр 14, информационный 15, тактовый 16.входы, выходы 17.1-1-17.(М + 1) цифрового фильтра.

Цифровой фильтр работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал подается на информационный вход 15. В блоке 1 из входного сигнала удаляется постоянная составляющая и одновременно производится коррекция спектра сигнала с подавлением и подчеркиванием отдельных частотных полос. В каждом блоке З.К (К 1) за время, равное интервалу реализации и, определяемому частотой Т дискретизации и коэффициентом N деления счетчика 2, производится определение числа нулей к-го порядка стационарного (негауссовского)

о о сл

CJ

к со

центрированного входного сигнала: в первом блоке 3.1 - число пересечений входным сигналом случайной кривой, во втором блоке 3.2 - число пересечений первой производной входного сигнала случайной кривой, в третьем блоке 3,2 - число пересечений второй производной входного сигнала случайной кривой и т.д. Случайные кривые в блоках 3.1-З.М+1 являются статистически независимыми. В конце интервала реализа- ции(и)указанные значения записываются в выходные буферные регистры 14 блоков 3 и поступают на выходы 17.

Это производится так.

С входа 16 на тактовый вход счетчика 2 поступает непрерывная последовательность импульсов, частота Т которых равна частоте дискретизации входного сигнала и определяет разрешающую способность цифрового фильтра и точность определения числа нулей высоких порядков входного сигнала. В блоке 3.1 центрированный входной сигнал подвергается дискретизации и квантованию с частотой при помощи АЦП 4, на выходах которого формируется знак и абсолютное значение отсчета входного сигнала по правилу

pWm EMmENT(i,+ 0,5), (1)

где Pwm- численное значение отсчета входного сигнала;

- его знак,

Хт - отсчет входного сигнала в моменты дискретизации,

S мин - минимальный ненулевой шаг квантования,

ENT(.) - целая часть величины (.).

Квантующая характеристика АЦП 4, согласно (1), соответствует квантующей характеристике с центральным подавлением слабых сигналов.

Генератор 7 случайных чисел генерирует по импульсам с тактового входа 16 последовательность случайных чисел { rm }, диапазон изменения которых соответствует диапазону изменения квантованного сигнала { Рт } с выхода АЦП 4. Узлом 8 сравнения производится сравнение значений и 2т , причем при выполнении условий pHn 2т на выходе узла 8 формируется сигнал логической единицы, а при - сигнал логического нуля. За время интервала реализации (и) в первом блоке 3.1 при помощи узла 8 сравнения и счетчика 13 производится подсчет числа пересечений входным центрированным сигналом случайной кривой { 2 т } изменения выходного сигнала узла 8 сравнения из единицы в ноль и из ноля в

единицу, В конце интервала реализации И) по переднему фронту импульса с выхода счетчика 2 содержимое счетчика 13 записывается в регистр 14, а счетчик 13 обнуляется,

т.е. подготавливается к следующему циклу накопления. Таким образом, на выходах регистра 14 бпокз 3.1 формируется число нулей первого порядка центрированного входного сигнала, которое сохраняется на

этих выходах в течение следующего интервала реализации,

Формирование числа нулей К-го порядка (К 2)центрированного входного сигнала рассмотрим на примере блока 3:к (к 2).

Последовательность отсчетов { рНп} , поступающая с выходов АЦП 4, стробирует- ся в регистре 5 блока 3.2, в результате чего за период дискретизации Т на входах и выходах этого регистра 5 присутствуют значения Р т и Р х т-ь поступающие на входы сумматора 6. Сумматор 6 осуществляет вычитание (при работе в дополнительном коде) значения Рт-1 из Рт, т.е. осуществляет операцию повторного вычитания

у - рМ р(х) VAm - г m rv m-i,

которая при к 2 соответствует формированию первой разности дискретизированного и квантованного центрированного входного сигнала. Одновременно генератор 7 по импульсам с тактового входа 16 генерирует последовательность случайных чисел { 22 т} , диапазон изменения которых соответствует диапазону изменения первой разности {vXm } с выхода сумматора 6. При

помощи узла 8 производится сравнение значений Хт и 2 т причем при выполнении условия на выходе узла 8 формируется сигнал логической единицы, а при Хт 1т сигнал логического нуля.

Изменение выходного сигнала узла 8 сравнения (из нуля в единицу и из единицы в нуль) подсчитывается счетчиком 13 за интервал реализации( записывается по сигналу с выхода счетчика 2 в конце интервала реализации в регистр 14, а счетчик 13 обнуляется, чем подготавливается к новому циклу накопления. Таким образом, на выходах регистра 14 блока 3.2 формируется число нулей второго порядка центрированного

входного сигнала (число пересечений первой разностью входного сигнала случайной кривой {2т }, которое сохраняется на этих выходах в течение следующего интервала реализации.

5Блоки З.к (к 2) работают аналогично,

выполняя разностную операцию V V(Vk 2 Xm ) Xm Xm-1 , и подсчитывая число пересечений сигналом {v7k Хт}случзйной кривой {2п/к } за интервал реализации).

Поэтому на выходах выходного буферного регистра 14 (выходах 17.к) блока З.к формируется значение числа нулей стационарного (негауссовского) центрированного входного сигнала К-ro порядка, которое сохраняется на этих выходах в течение следующего интервала реализации. На выходах 17.К+1 формируется повторно-разностный сигнал (к-1)-го порядка Хт}.

При повторно-суммарной обработке сигналов сумматоры 6 вычислительных блоков 3.1-З.М+1 работают с числами в прямом виде, т.е. в режиме суммирования.

При генерации генератором 7 случайных чисел последовательности нулей (что эквивалентно его совместному с узлом сравнения 8 исключению из схемы с прямым соединением входов формирователей 9,11с выходом сумматоров 6 либо АЦП 4 определение числа нулей будет происходить без статистической устойчивости результатов.

Формула изобретения

Цифровой фильтр, содержащий блок центрирования, счетчик и М+1 (М - порядок фильтра) вычислительных блоков, причем первый выход 1-го (1 1, М+1) вычислитель- ного блока является i-м информационным выходом фильтра, второй выход j-roQ 1, м) вычислительного блока подключен к информационному входу 0 + 1)-го вычислительного блока, информационный вход первого вычислительного блока подключен к выходу блока центрирования, вход которого является информационным входом фильтра, первые тактовые входы всех вычислительных блоков подключены к выходу переноса счетчика, счетный вход которого соединен с вторыми тактовыми входами всех вычислительных блоков и подключен к тактовому входу фильтра, причем 1-й вычислительный блок содержит три формирователя импуль- сов, элемент ИЛИ, счетчик и первый буферный регистр, информационный вход которого подключен к информационному выходу счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый

0

5

0

5

0 5 0 5 0

и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго формирователей импульсов, вход обнуления счетчика подключен к выходу третьего формирователя импульсов, вход которого соединен с тактовым входом первого буферного регистра и подключен к первому тактовому входу вычислительного блока, первым выходом которого является выход первого буферного регистра, при этом к-й(к 2, М+1) вычислительный блок содержит дополнительно сумматор и второй буферный регистр, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с информационным входом второго буферного регистра и подключен к информационному входу вычислительного блока, вторым выходом которого является выход сумматора, тактовый вход второго буферного регистра является вторым тактовым входом вычислительного блока, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет определения статистически устойчивого числа нулей высоких порядков повторно-разностных и по- вторно-суммарных сигналов, в i-й вычислительный блок введены генератор случайных чисел и узел сравнения, а в первый вычислительный блок введен аналого- цифровой преобразователь, при этом в i-м вычислительном блоке выход генератора случайных чисел подключен к первому входу узла сравнения, выход которого подключен к входам первого и второго формирователей импульсов, а тактовый вход генератора случайных чисел подключен к второму тактовому входу вычислительного блока, причем в первом вычислительном блоке выход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму входу узла сравнения и второму выходу вычислительного блока, к информационному входу которого подключен инфор- мационный вход аналого-цифрового преобразователя, тактовый вход которого подключен к второму тактовому входу вычислительного блока, в к-м вычислительном блоке выход сумматора подключен к второму входу узла сравнения.

17.2