Цифровой фильтр Советский патент 1992 года по МПК G06F17/18 G06F17/17 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки информации.

Целью изобретения является повышение быстродействия цифрового фильтра путем обеспечения вычисления порядковых статистики скользящего среднего за 2 такта работы устройства.

На чертеже представлена структурная схема цифрового фильтра,

Цифровой фильтр содержит блок 1 памяти из п т-разрядных регистров памяти 1.1, 1.2, ..., 1.П, первую группу 2 из п компраторов 2,1, 2,22.п, группу 3 из п реверсивных счетчиков 3,1, 3,2 З.п, вторую

группу 4 из п компараторов 4,1., 4,14л,

блок 5 синхронизации, первую группу 6, вторую группу 7, третью группу 8, четвертую группу 9 выходов блока синхронизации, первый 10, второй 11 и третий 12 отдельные выходы блока синхронизации, накапливающий сумматор 13, сумматор 14, мультиплексоры 15-17, регистр 18 номера статистики. блок 19 памяти коэффициентов, умножитель 20, ключи 21, 22, блок 23 ключей, элементы ИЛИ 24, 25, элемент НЕ 26, элемент НЕ 26, вход 27 задания режима, информационный вход 28, вход 29-синхронизации, выход 30,

Фильтр осуществляет в общем случае нелинейную цифровую фильтрацию входного сигнала. Так, например, ранговая фильтрация входного сигнала реализуется по формуле:

,Rj(XK-n+iХк),

где Р,(Хк-п-иХк) - j-я порядковая статистика текущих отсчетов (выборок) входного сигнала Хк-п+1,...,Хк:

YK - значение К-го отсчета сигнала на выходе фильтра;

р коэффициент усиления. Если j (п + 1)/2, где п - нечетное, то предпопагаемый фильтр осуществляет медианную фильтрацию сигнала. Если определить /3 1/п при j О, то реализуется операция скользящего усреднения по формуле

Хк-1+1.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы цифрового фильтра двоичный код весового коэффициента усиления / записывается в блок 19 памят1 коэффициентов, номер j порядковой статистики текущих выборок входного сигнала записывается в регистр 18 номера статистики. Регистры блока 1 памяти, счетчики группы 3, накапливающий сумматор 13 устанавливаются в нулевое состояние, блок 5 синхронизации устанавливается в исходное состояние с нулевыми сигналами на выходах.

В режиме вычисления порядковых статистик на входе 27 задания режима устанавливается нулевой сигнал, ключ 22 запирается, информационный сигнал с выхода накапливающего сумматора 13 на вход умножителя 20 не поступает и состояние сумматора 13 не учитывается. На информационный вход 28 фильтра поступает первая выборка Xi входного сигнала, а на вход 29 синхронизации поступает первый тактовый импульс. Блок 5 синхронизации формирует единичный импульс на выходе 6.1 и единич-. ный сигнал на выходе 7,1 групп б и 7 соответственно, причем на выходе 7.1 сигнал фиксируется в течение времени 2г, где гдлительность одного такта работы устройства фильтра. Мультиплексор 15 при поступлении единицы с выхода 7.1 блока 5 формирует на выходе слово, соответствующее состоянию двухступенчатого регистра 1.1 блока 1 памяти, Слово с выхода мультиплексора 15 поступает на вторые информационные входы компараторов первой группы 2. На первый информационный вход j-ro. 1 1.,.n, компараторз группы 2 поступает слово, соответствующее состоянию -го двухступенчатого регистра блока 1 памяти. На первом выходе компаратора 2.J, j 1...П группы 2 формируется единичный сигнал, если слово, поступающее на второй информационный вход, больше слова, поступающего на первый информационный вход. На инверсном втором выходе компаратора 2.J формируется единичный сигнал, если слово на втором информационном входе меньше или равно слову на первом информационном входе компаратора. Сигналы на выходах формируются при поступлении единичного импульса на управляющий вход компаратора 2-J, j 1..п, с третьего отдельного выхода 12 блока 5 синхронизации. Сумматор 14 формирует число, соответствующее весу кода, устанавливающемуся на вторых выходах компараторов группы 2. Сигнал с первого выхода компаратора 2 j, j 1.,.n группы 2 поступает на вход прямого счета соответствующего счетчика 3.k группы 3. Сигнал с выхода сумматора 14 поступает на входы параллельной записи кода всех счетчиков группы 3, Запись кода в счетчик 3 j, J 1,,,n группы 3 осуществляется с поступлением на вход синхронизации счетчика единичного импульса с выхода 8,j группы 8 блока 5 синхронизации, После записи

выборки Xi в регистр 1,1 по импульсу с выхода 6,1 группы 6 блока 5 синхронизации и снятия импульса на выходе 6,1 блок 5 синхронизации формирует на втором такте работы единичные импульсы на выходе 8.1 руппы 8 и третьем отдельном выходе 12, В результате компараторы 2.J, j 2, 3,..,,п группы 2 формируют единичные сигналы на первых выходах и счетчики 3., j 2, 3п

0 группы 3, суммируя со своим содержимым единицу на входе прямого счета, устанавп- ваются в состояние 1. На первом и втором информационных входах компаратора 2.1 устанавливается слово, представляющее

5 выборку XL В результате единичный сигнал формируется на втором выходе компаратора 2.1. Второй сумматор 14 формирует число 1, которое по импульсу с выхода 8.1 блока 5 синхронизации в параллельном коде записывается в счетчик 3.1 группы 3. При поступлении на информационный вход 28 фильтра выборки Xi , i 2...n, а на вход 29 синхронизации i-ro, 1 2...п, тактового импульса блок 5 синхронизации формирует

5 единичный импульс на выходе 6.1 группы 6 и единичный сигнал длительностью 2т на выходе 7. группы 7. По импульсу на выходе 6.1 выборка Xi записывается в регистр l.i блока 1 памяти. В соответствии с управляю0 щиМ сигналом-на выходе 7.1 мультиплексор 15 формирует на выходе слово, соответствующее состоянию регистра 1.1. По окончании. записи выборки Xi в регистр 1.i и снятия импульса с выхода 6,i блок 5 синхронизации

5 формирует единичные импульсы на выходе 8.1 группы 8 и на третьем отдельном выходе 12. Компараторы 2.J, j 1.,,п, по импульсу с выхода 12 формируют на своих выходах результаты сравнения выборки Xi , поступающей с выхода мультиплексора 15, с содержанием Xj регистра 1.J, Если Xi Xj, то формируется единичный сигнал на первом выходе компаратора 2.j и, поступая на вход прямого счета счетчика 3.J, увеличивает его

5 содержимое на +1. Тем самым увеличивается номер статистики для выборки Xj, находящейся среди множества анализируемых выборок, если эта выборка Xj оказываемся меньше очередной записываемой выборки Xi, Если для некоторого j, j i, окажется Xi Xj, то компаратор 2.j формирует единичный сигнал на втором выходе. Ввиду того, что компаратор 2.J сформирует единичный сигнал на втором выходе, В этом случае

5 сумматор 14 сформирует число п; $ i, отражающее номер статистики для поступившей выборки Xi. размещая ее тем самым после всех выборок, превышающих или равных выборке Х, Разрешающим импульсом с выхода 8.1 блока 5 синхронизации число щ в 11пралясльг;ог-: коде записывается ij счйгчич 3.1 гругты i;. Сосггоями очь.чикой 3.J pa3hL-.:e, и iid втором выходе о/дкого и только одного 13 KCf-mapaiopoa ч. сформируется ади-ичнь:; СИ1НЯЛ Е оазульта ге по этому ,у .nbт ;1плаксор 1 фор;-1/рует на выходе сло-зо X ;оотс8тст;;;ую;.ч(г состояник; оэгис-рм 1 .J олока 1 пймят;., Элемент НЕ 26 по пулевому ма сходе 27 задами реж/;д с цмфрового с|,ипьтрз формирует на зыход з еди| ич:ь|й .1;г1:ал. по -которому опсрывает .-/,. ключ, (,;1С8О X С р 11хода мулI-тиГ;Лбкгюря 1ij. ройдя ключ 2 элемент 24 ИЛИ по::туп;;ет из nep-iba: к- орг/ациоштый в-тщ viv;перг:0со отдел:;|-ого чь;хода 10 блок,Ь :.:::hxpoH.ScVini: у.ч-i с .re ль 20 форгирует :,рок,,,еде:-п1е YK /лХ -/) .К;(Хк-п-д Хк-пч;Хчч которое nccTViiaer на вьгход 30 цмфрсрого (Ь: льтра. 3 рр;-киг1е 31.Ч:;слен;1Я с:ользяш.чгс ч- на входе чддамия ./:а ус гаi -талийзется c,-;iis-;ii ;-44i сигма/, ;;о которо а 26 форм.,руйтсй гнал, млоаюмл/й ключ 21. В ре L г; ... Ль-Ч;-т по::/дк(. стика X - R ;Ч: 3 :--(Х;(-1. ч Хг-гм-ч, .. Х;;; ;ui первый Мг;т;ор;,;аии.лччый вход учч:о;: е/1Я 20 но псступ.:,е; и ч:умкц1101-чро;; чнь & счетчиков рунп-ч 2. |1.л1:т;г. iioiT-vnaeT перччя выбоек- );; их-дсос чхгнплх, X) ,:х вхоч 22 CH;-ixpOHt;3:,iix Ч; мОс ryrjfce i;i:p4c,x:; ;чч.Т1хчй импулкч Ьхо/-: 5 Ci- ixf;oii/;:7x,n/ dx:pr-4.,i:yeT ед-;и;/чн;:;Х хч.-пулы; .-;ч |лч;;:о,:д:1 г2 с i едх1п;1Ч|; |3 4 сгиа.ч дхигi ;чх и:;тгЧч: 2 V на ч ходе 7 ; 7. Ivy; :,т ч .хчксор 15 ПО с:Гч;)х с 1ыход.а 721 ол л 5 ХЧ-ччронпзации ч-чХ.чх LI/X h,4 B4;X,J.;: XXfj (.) COGTBeTCTxyiOL Xe (XjX :x. x 4/i;x . Д yxxx гу.Чг:г:ччтого . ,: 4 ОЧОХП . i4X.XV,X, Гх Х:.;::уЛЬСу с всХХОД-- хХ .СЬ ПЫбООК ; Xi Ч рсх зяпмс-; obiXOpKv. формируем .хчигчхч oxi выходе 12 котор1чЧ 5 ;: .())Xx . X с;/и:-ч: XX ч;,1 хг;;/: -/.С1нхронизац;.: i-ro, i 2...n тактового имр лься блок 6 смнхронизации формирует ;д;-;и 5чнь й мкпульс ма выходе 6.: группы 6 и единич11Ь й сигнзу длительностью 2г на tвь1ходз . группы 7, По ир пульсу на выходе 6,1 выборка Xi записывается в регистр 1.1 бтокз 1 памяти. По сигналу на выходе 7.i олокэ 5 мультиплексора 15 формирует на выходе слово, соотсетствующее состоянию 1ирегистра 1.i блока 1. По окончании записи йыоорк /; Xj в регистр 1.i и снятия импулься с ь;:-ода 6.i блок 5 синхронизации формируОТ вдинмчиый импульс нз отдсльном выходб 12, который поступает на второй управляю5IIHIK вход сумматора 13. По этому сигналу сумматор 13 сум.мирует слово нз информаii/iOHHOivi входе со своим содержимым. В результате гз сумматоре. 13 окажется запмс.чтныг. Z; 7 iXc, i 2...П. Ч/Пои постугшенми на информационный вход 28 фильтра выборки Хк, К а -n+i, i .$: п, а 1.2,..., и на вход 29 синхронизации К-го такТОБОГО лмпульса блок 5 смнхронизации форммрует единичный импульс на выходе 6.1 5ipynnbi 6, на втором отдельном выходе 11 и едиггичный длительностью 2 т на выхсде 7.i группь; 7. i1o импульсу с выхода 6.1 еыборки Хк эаписызается в регистр 1 .i блокз пзмяи-к По С1-1Г; алу с выхода 7.1 мульти2плоксор 15 формиоуст на выходе слово, соотватстзующее состоянигО регистра 1.1. В ,ьт5те на (2i - .такте работы цифрочого фильтра нз выходе мультиплексора 15 Аор:-чируется слезе Х;;-п. соответствующее .:y содер):(1--ому регистра 1 л, на(2К)-м 1г(те формируете- слово Хк- соответствуючдс;е нопому содер;-;1;х ому регистра 1.i. По ч;лчту;:ьсу с выхода i 1 блока Б синхронизаичх поступающему --la первый управляю0щхз вход сумматора 13, в сумматоре :;yчJecтБляe1Cя сыч;-танме слова на 1 нфорххцмочном входе из содержимого. 3 ре..т-ютат-е в сум;.ьгоре 13 сформируется HC/iC ZK-Г 2к-- - - .2, Хс. К-П + 1 По окончан; -; ,хаписи выборки Хк в ре:-Р Xi и снлт; ч им тульса С выхода 11 и с 0чьч;одя 3.1 группы 5 блок 5 синхронизации x opf-r-pveT ед.1:-;.;хнь:е иыпульсь на первом ;0 i; 12 отд5льнь х выходах. По имхм-су с в,,хода 12, 1хзстуг аюидему. нз втоXXX -ч разляюх.;-;й вход сумматора 13, в 2Сч:.ххз10рэ исхч.це Лилйется сложение слова ма ;-;чсхормадмо ;;1С х входе с содержимым. К результате к сумматоре 13 форм фуется

Единичный сигнал на выходе 27 задания режима цифрового фильтра открывает ключ 22 и слово ZK с выхода накапливающего сумматора 13 через ключ 22 и элемент 24 ИЛИ поступает на первый информационный вход умножителя 20. С выхода блока 19 памяти коэффициентов на второй информационный вход умножителя 20 поступает сло30 1/п. По импульсу с первого отдельного выхода 10 блока 5 синхронизации умножитель 20 формирует на выходе цифрозого фильтра скользящее среднее

ZK

-.1 V

Хк-сч-1

п т

Формула изобретен и я Цифровой фильтр, содержащий п регистров памяти (п- - размерность анзлмзируемого окна), сумматор, два мульшплексора, два элемента ИЛИ, умножитель, регистр, элемент НЕ и блок синхронизации, прияем информационный вход фильтра соединен с информационными входами регистров памяти, выход умножителя язляется выходом фильтра, первый информационный вход умножителя является входом задания коэффициента усиления флпьтра, первый выход блока синхронизаЦи:и подключен а тактовому входу умножителя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены две группы из п компараторов, группа из п реверсивных счетчиков, два ключа, блок ключей, накапливаьощий сумматор и третай мультиплексор, причем выход J-ro Q 1,п) регистра памяти подключен к j-м информационным входам первого и второго мультиплексоров и к первому информационному входу -го компаратора первой группы, выход первого мультиплексора соединен с вторыми информационными входами компараторов первой группы и с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму информационному входу умножителя, выход второго мультиплексора соединен с информационным входом второго ключа.

выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход Больше j-ro компаратора первой группы подключен к суммирующему входу j-ro реверсивного

четчика группы, выход которого соединен с первым информационным входом j-ro компаратора второй группы и cJ-M информационным входом третьего мультиплексора, выход которого подключен к первому входу

второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторыми информационными входами компараторов второй группы, выход Меньше -го компаратора второй группы подключен к j-му информационному входу

блока ключей группы, j-й выход которого подключен k вычитающему входу j-ro реверсивного счетчика группы, выход Меньшеравно j-ro компаратора первой группы соединен с j-м входом сумматора, выход которого соединен с установочными входами реверсивных счетчиков группы, выход Равно j-ro компаратора второй группы соединен с входом j-ro разряда адресного входа второго мультиплексора,тактовый вход блока синхронизации является входом синхронизации фильтра, j-й выход первой группы выходов блока синхронизации подключен к тактовому входу j-ro регистра памяти, j-й выход второй группы выходов блока синхронизации соединен с -м разрядом адресного входа первого мультиплексора, j-й выход третьей группы выходов блока синхрониза-. ции соединен с тактовым входом j-ro реверсивного счетчика группы, j-й выход

четвертой группы выходов блока синхронизации соединен с j-м разрядом адресного входа третьего мультиплексора, второй выход блока синхронизации соединен с входом установки в исходное состояние

накапливающего сумматора и с управляющим входом блока ключей, третий выход блока синхронизации подключен к тактовым входам накапливающего сумматора и компараторов первой группы, вход задания

режима работы фильтра соединен с управляющим входом первого ключа и через элемент НЕ - с управляющим входом второго ключа, первый выход блока синхронизации соединен с тактовым входом регистра, йнформационный вход которого является входом задания номера статистики фильтра, выход регистра подключен к второму входу второго .элемента ИЛИ.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано всистемах цифровой обработки информации. Цель изобретения - повышение быстродействия. Фильтр содержит регистры памяти, сумматор, мультиплексоры, умножитель, элементы ИЛИ, элемент НЕ, регистр, блок синхронизации, две группы компарато- роз, группу реверсивных счетчиков, ключи, блок ключей и накапливающий сумматор. 1 ил.