Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией Советский патент 1992 года по МПК H03M3/02 H03H17/06 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для цифровой фильтрации случайных процессов, в частности, в спектроанализаторах параллельного действия с использованием формата линейной дельта-модуляции (ЛДМ) , для представления входного сигнала,

Цель изобретения - повышение быстродействия и упрощение фильтра.

На чертеже приведена структурная .схема цифрового фильтра с линейной дельта- модуляцией.

Цифровой фильтр с линейной дельта-: модуляцией содержит регистр 1 сдвига, счетчик 2 импульсов, буферные регистры 3.1 ...3.(М+ 1); двоичные сумматоры 4.1...4.(М+ 1), перемножители 5.1...5.М, где М - длина импульсной характеристики фильтра, накапливающий сумматор 6, источник 7 постоянного кода, информационный вход 8, тактовый вход 9, вход 10 сброса, входы 11.1...11.М задания весовых коэффициентов импульсной характеристики и выход 12 цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией.

Информационный вход регистра 1 сдвига является информационным входом 8 фильтра, тактовый вход регистра 1 объединен со счетным входом счетчика 2 и является тактовым входом 9 фильтра, вход обнуления регистра 1 сдвига объединен с входами обнуления счетчика 2 импульсов, накапливающего сумматора 6, буферных регистров 3.1...3(М+ 1) и является входом обнуления 10 фильтра, выходы регистра 1 сдвига соединены с информационными входами буферного регистра 3.(М+1), выходы которого соединены с входами двоичного сумматора 4.(М+1). Выход счетчика 2 импульсов подключен к входам разрешения записи всех буферных регистров 3 и накапливающего сумматора 6, выходы которого являются выходами 12 фильтра. Выходы источника 7 постоянного кода подключены к первым входам двоичного сумматора 4,1. выходы двоичного сумматора 4.i, i 1.M соединены с информационными входами буферного реON

О

Ю

iO

гистраЗ-i. Выходы буферного регистра 3.J, J: 1, М-1 подключены к первым входам сумматора 4.Q+ 1). Вторые входы сумматора 4.i, i 1,M подключены к выходам перемножителя 5.I, первые входы которого являются входами 11.1 задания весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра, Выходы двоичного сумматора 4.(М+1) соединены со вторыми входами всех перемножителей 5.1, выходы двоичного сумматора 4.М соединены с информационными входами накапливающего сумматора 6.

Цифровой фильтр с линейной дельта- модуляцией работает следующим образом.

В предлагаемом устройстве производится обработка входного ЛДМ-сигнала с использованием формата импульсно-кодо- вой модуляции (ИКМ) для весовой последовательности, с частотой дискретизации, характерной для этого вида модуляции.

Выходной сигнал этого фильтра представлен в формате ИКМ с частотой дискретизации, в q раз меньшей частоты дискретизации входного сигнала, причем по сравнению с прототипом сняты всякие ограничения на коэффициент прореживания q выходного сигнала, что позволило увеличить быстродействие фильтра путем соответствующего увеличения частоты дискретизации, а также упрощен фильтр за счет уменьшения объема используемой памяти. Последнее достигается путем установления логарифмической зависимости между разрядностью частичных сумм (М+ 1)-го двоичного сумматора и коэффициента прореживания q. Отметим также, что исползуе- мая весовая последовательность в формате ИКМ позволяет получить любую наперед заданную разрешающую способность фильтра путем изменения разрядности коэффициентов импульсной характеристики (ИХ).

Работа фильтра начинается с прихода установрчного импульса на вход обнуления 10 фильтра. В результате воздействия этого импульса на входы обнуления счетчика 2, регистров 3.1...3.М и накапливающего сумматора 6 на выходах указанных блоков и на выходе 11 фильтра устанавливается нулевое значение сигнала. В регистры 1 и 3.(М+1) при этом необходимо занести последовательность из чередующихся нулей и единиц (0; 1).

На информационный вход 8 фильтра поступает входной сигнал в формате ЛДМ, обладающий спектром, ограниченным частотой в виде {Ln(x)}, n 0, Ln(x) (еп(х)+ + 1)/2, Ln(x)c-. {0,1}, enW {-1,1}, который сопровождается импульсами

дискретизации Тд

-1

с частотой на тактовом входе 9,

0

5

. Сигнал Lrr по этим импульсам записывается и продвигается в регистре 1 сдвига. Одновременно тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 2 с коэффициентом пересчета, равным коэффициенту прореживания q выходного сигнала фильтра. Импульс переполнения с выхода счетчика 2 поступает на тактовые входы регистров 3.1-З.М+1 и накапливающего сумматора 6. В регистре 3.(М+1) фиксируется q-разрядное слово, образованное последовательными значениями входного сигнала {Ln-q+r }, r 1,q. В сумматоре 4.(М+1) формируется сумма этих значений в позиционном коде:

Rn(x4 I LnV

г 1

20

- -о- Л 6n-q+rM+ -7, .

О)

Последнее равенство имеет место, по- скольку en(x) 2Ln{x)-1.

Эта сумма поступает на вторые входы всех перёмножителей 5.i, i 1,M на первые входы которых с входов 11,i подано значение весового коэффициента в формате импульсно-кодовой модуляции hM-i. На выходе перемножителя 5.I формируется значе- ние произведения Rn hM-i, которое складывается в сумматоре 4.i со значением (И):, вычисленным в сумматоре 4.(i-1) в (k-1)-M такте времени Tn qTfl, h kq.

С учетом того, что на вход сумматора 4.1- подан сигнал постоянного значения с источ

ника 7, равный У hm на выходе

регистра 3.i формируется значение сигнала

45

Sk+(i-1)(i) Z Rn-m(xWm + D.

m - 1

Для i-M-го регистра 3 число слагаемых этой суммы равно М, а значение

. м - 1

sr( )vyk, rflep:yk 2 hmRk-m + D - первая

m 0

разность, формируемая на выходе регистра З.М из последовательности произведений . С учетом выражения (1) и значения. D значение первой разности равно

м - 1 .. п

vyk E Г1т( 2 en-q+rM +

m 0

г : 1

V-9-)-f-Vhm

m 0

1 У h -9-- 2/ nm А

.M

TJ- , i m , вп-q-t-r m 0. r 1

прореживания входного сигнала фильтра. При одинаковой частоте следования входных и выходных сигналов сравниваемых устройств, т.е. р q, предлагаемое устройство имеет преимущество перед устройством- прототипом в меньшем, объеме используемой памяти уже при q 4:

Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование для цифровой фильтрации случайных сигналов позволяет повысить быстродействие и упростить фильтр. Последний содержит регистр 1 сдвига, счетчик 2 импульсов, буферные регистры 3.1...3(М+1), двоичные сумматоры 4.1...4.М (М -длина импульсной характеристики фильтра), накапливающий сумматор 6 и источник 7 постоянного кода. Положительный эффект достигается благодаря введению двоичного сумматора 4(М + 1) и перемножителей 5.1...5.М. 1 ил.

Таким образом, на выходе регистра З.М формируется последовательность значений {vyk}, k 0,-которая поступает в накапливающий сумматор 6, формируя на выходе последнего прореженный в q раз выходной сигнал цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией в формете И КМ с частотой

г-1

дискретизации Тп

-1

Т

-1.

М - 1 q - 1

Уп+ q-1 Уп + 2) - hm X ей- n-mM ; m 0 i 0

П + Q - 1 M- 1

r 1

2 hmer-m(x).

m о

ДУ Тд

что позволяет

При случайных сбоях, например по питанию, нормальная работа цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией восстанавливается подачей сигнала на вход обнуления 10 фильтра.

Затраты времени на вычисление одного значения первой разности

vyk равны t - tsivn +tn + tsM2, где tn- время выполнения операции умножения в блоке 5, tsMi, tsM2 - соответственно время выполнения операции суммирования в блоках 4.i n 4.(М+1) i 1,М. Период частоты дискретизации входного сигнала соответствует перио- Tn t

q q

обрабатывать входной сигнал с соответствующим спектром.

Перемножитель 5.i для одного заданного значения весового коэффициента hM-i может быть выполнен на постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), число адресных входов которого соответствует величине Iog2q. Требуемый объем памяти одного ПЗУ в этом случае равен Qi 2logiq - q, а суммарный объем памяти, используемый в фильтре, соответствует значению QЈ MQi Mq ячеек.r

Сравним этот объем памяти, с объемом памяти, используемым в устройстве- прототипе. Для устройства-прототипа объем памяти одного преобразователя кода равен 0- 2Р, а суммарный объем

памяти 021 - 2Р, где Р - коэффициент

Mg ().

Поскольку для ЛДМ-формата входного сигнала значение q 1, а аппаратурные затраты сравниваемых цифровых фильтров

примерно пропорциональны используемому обьему памяти, предлагаемое устройство существенно проще по сравнению с прототипом..

Одновременно, за счет логарифмической зависимости между разностью выходного сигнала сумматора 2 и коэффициентом прореживания q выходного сигнала фильтра, практически сняты ограничения на величину q. Например, в предлагаемом устройстве легко реализуется значение q 64, в то время как в фильтре-прототипе это требует применения преобразователя кода с 64 входами, что является трудно реализуемым. Снятие этого ограничения позволяет значительно увеличить частоту дискретизации , а значит соответственно увеличить быстродействие фильтра.

Дополнительно отметим, что наличие в фильтре входов 11.i, i 1,М задания значений весовых коэффициентов позволяет использовать предлагаемое устройство в системах с быстрой перенастройкой передаточной характеристики, например, при осуществлении адаптивной фильтрации, в

то время как в устройстве-прототипе для перенастройки фильтра необходимо полно стью заменить записанную в преобразователях кода информацию., что требует значительно большего времени.

Поэтому введением в известное устройство сумматора 4.(М+ 1) и перемножителей 5.1...5.М с соответствующими связями достигнута поставленная цель - увеличено быстродействие путем снятия

всяких ограничений на увеличение коэффициента прореживания q выходного сигнала и упрощена схема фильтра за счет уменьшения объема, используемой памяти, достигаемого путем установления логарифмической зависимости между разрядностью частичных сумм блока 4.(М+ 1) и коэффициента прореживания q. Остальные блоки могут быть выполнены аналогично прототипу.

Формула изобретения Цифровой фильтр с линейной дельта- модуляцией, содержащий регистр сдвига, информационный вход которого является информационным входом фильтра, тактовый вход регистра сдвига объединен со счетным входом счетчика импульсов и является тактовым входом фильтра, вход обнуления регистра сдвига объединен с входами обнуления счетчика импульсов, накапливающего сумматора и первого - (М+1)-го буферных регистров (М - длина импульсной характеристики фильтра) и является входом обнуления фильтра, выходы регистра сдвига соединены с информационными входами (М+1)-го буферного регистра, первый -М-й двоичные сумматоры и источник постоянного кода, выходы которого подключены к пер-, вым входам первого двоичного сумматора, выходы i-ro двоичного сумматора (i 1, М-1) соединены с информационными входами i- го буферного регистра, выходы которого подключены к первым входам (i+ 1)-го дво0

5

0

ичного сумматора, выходы М-го двоичного сумматора соединены с информационными входами М-ro буферного регистра, выходы которого подключены к информационным входам накапливающего сумматора, выход счетчика импульсов соединен со входами разрешения записи всех буферных регистров и накапливающего сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения фильтра, в него введены (М+1)-й двоичный сумматор и первый-М-й перемножители, первые входы которых являются соответственно первыми -М-ми входами задания весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра, выходы (М+1)-го буферного регистра соединены с входами (М+1)-го двоичного сумматора, выходы которого подключены к вторым входам всех перемножителей, выходы каждого из которых соединены с вторыми входами одноименного двоичного сумматора, выходы накапливающего сумматора являются выходами фильтра.