Цифровой фильтр Советский патент 1978 года по МПК G06F15/34 

Предлагаемое изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для обработки информации. Известно устрюйство 1J , содержащее блоки памяти, сумматор, умножитель, промежуточные регистры, которое позволяет осуществлять фильтрацию сигналов на основе цифровых мето дов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство 2 , содержгццее блок памяти весовых коэффициентов, первый вход которого является входом записи коэффициентов фильтра, второй вход и выход соединены соответственно с первым адресным счетчиком и входом первого регистра, выход которого соединен с первьи входом умножителя, соединенного своим выходом со входом накопительного сумматора, выход которого соединен с цифроанало говым преобразователем, два блока памяти входных отсчетов, первые вход которых соединены со вторым и третьи адресными счетчиками соответственно, при этом второй вход и выход первого .блока памяти входных отсчетов соеди нены соответственно с выходом второго и первым входом третьего регистров, выход третьего регистра соединен со входом второго регистра, а второй вход третьего регистра является входом отсчетов входного сигнала фильтра. Указанные устрюйства для цифрювой фильтрации имеют низкое быстродействие для случая симметричньсс весовых коэффициентов Фильтра. Целью изобретения является увеличение быстродействия фильтра для указанного частного вида весовых коэффициентов . Указанная цель достигается тем, что в устройство ввепены четвертый и пятый регистры и супинатор, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно третьего и четвертого регистров, выход - со вторым входом умножителя, при этом первый и второй вход пятого регистра соединены со входами соответственно второго и четвертого регистров, а второй вход и выход второго блока памяти входных отсчетов соединены соответственно с выходом пятого и входом четвертого регистров. На чертеже лр едставлена блок-схема цифрового фильтра, где 1 - блок памяти весовых коэффициентов; 2,3.4 первый, второй и третий адресньле счетчики; 5 - 9 - регистры с первого по пятый соответственно-, 10, 11 - первый и ;Второй блоки памяти входных отсчетов; 12 - сумматор; 13 - умножитель; 14 накопительный cyNwaTOp; 15 - цифроаналоговый преобразователь; 16 - вход отсчетов входного сигнала фильтра; 17 - вход записи коэффициентов фильтра . Устройство фильтрует сигнал путем вычисления свертки входных отсчетов Х„.„ и весовых коэффициентов фильт по формуле %V(.M..MV .(1) Работа цифрового фильтра сводится к следующему. Коэффициенты Ь„ при 0 п М, соответствующие полпериоду весовой функции, хранятся в блоке 1 памяти весовых коэффициентов. Текущий отсчет входного сигнала X записан в регистр 7, отсчеты при хранятся в блоке 10 памяти входных отсчетов, а для 2М в блоке 11 памяти входных отсчетов. Вычисление согласно (1) начинается считыванием коэффициентов п из блока 1 в регистр 5 при соответствующем состоянии адресного счетчика 2. Одновременно значение Х, перезаписывается из блока 11 памяти входных отсчетов 1 в регистр 9 в режиме считывание при адресе, установленном в адресном счетчике 4. Затем производится суммирование входных отсчетов сумматором 12 с последующим вычислением произведения -2ЛА мат ричном устройстве 13 умножения. По ис течении времени, необходимого на ум ножение, произведение добавляется в накопительный cyMf iarop 14, Отсчет вхо ного сигнала одновременно с поступле нием в сумматор 12 перезаписывается в регистр 6. Затем в устройство проис ходит перезапись Ь из 1 в регистр 5 и отсчетов X из блока 10 памяти входных отсчетов в регистр 7, а из блока памяти 11 входных отсчетов одн1временно в регистры 9 и 8. Вслед за считыванием . по его адресу, установленному в адресном счетчике 3, записывается отсчет Ху из регистра Одновременно отсчет .2f перезаписывается из регистра 9 в блок 11 памя ти Входных отсчетов вместо уже сосчитанного в пред ыцущем цикле отсчета Ху,лля этого устанавливается соответствующий адрес в адресном счетчике 4. После этих перезаписей устройством выполняется сложение с последующим умножением i, затем произведение добаьля -.тся в нако пительный суглматор 14. В фн- чьтре происходит повторение таких вьхпислительн циклов М рая, в результате которых последовательно образуются проиэведения Ь„ (x.-f х.,, дляО$п.мИ. В последнем (М + 1) -м цикле в умножителе 13 вычисляется произведение . Отсчет ,, хранится при этом в регистре 7, в который он перезаписан из второго 6jK/Ka памяти входных отсчетов 11, затем этот отсчет перезаписывается в регистр 8. Вслед за этим X д,. перезаписывается из регистра 8 в блок 11 памяти входных отсчетов в адрес уже сосчитанного отсчета Х . Одновременно с добавлением в накопительный сумматор 14 М+1 -г,о произведения в регистр 7 записывается следующий входной отсчет После чего вычисленное значение У может выдаваться в дискретной форме из накопительного сумматора 14 и в непрерывной - с цифроаналогового преобразователя 15, после чего сумматор 14 обнуляется . К этому моменту произошел сдвиг входных отсчетов на период дискретизации при неизменном положении весовых коэффициентов. Дискреты входного сигнала получили следующее распределение: значение регистре 7, отсчеты д; для в блоке 10 и при 2MB блоке 11. Последний входной отсчет 21 Р вычислении У -го значения после обработки отбрасывается. В результате этого фильтрация следующего отсчета V. будет производиться с временным окном , сдвинутым на период квантования. Перестройка фильтра на новую амплитудно-частотную характеристику осуществляется в течение одного такта вычисления свертки путем записи каждого нового п -го коэффициента в блок 1 памяти весовых коэффициентов фильтра в течение вычисления соответствующей п-й арифметической операции под знаком суммы в формуле (1), выполняемой комбинационным сумматором и матричным множительным устройством. Новая организация памяти отсчетов входного сигнала с помощью дополнительных двух регистров и подключение к выходным регистрам блоков памяти входных отсчетов сумма- эра, выход которого подается на один из входов матричного устройства умножения, позволяют сократить время вычисления одной выходной дискреты (или такт вычисления свертки) до длительности М+1 операцией умножения, т.е. повысить быстродействие ЦФ в два раза по сравнению с быстродействием известного цифрового нерекурсивного фильтра. Формула изобретения Цифровой фильтр, содержа1:1ий блок памяти весовых коэффициентов, первыП

вход которс -о является входом записи коэффициентов фильтра, второй вход и выход соединены соответственно с первым адресным счетчиком и входом первого pei-истра, выход которого соединен с первым входом умножителя, соединенного своим выходом со входом накопительного сумматора, выход котоpoiо соединен с цифроаналоговым преобразователем, два блока памяти входных отсчетов, первые входы которых соединены со вторь&1 и третьим адресными счетчиками соответственно при этом второй вход и выход первого блока памяти вхоцр1ых отсчетов соединены соответственно с выходом второго и первым входом третьего регистров, выход третьего регистра соединен со вхо дом второго регистра, а второй вход третьего регистра является входом отсчетов входного сигнала фильтра.

отличающийся тем, что с целью увеличения быстродействия фильтра в него введены четвертый и пятый регистры и сумматор, первый и второй входы кгторого соединены с выходами соответственно третьего и четвертого регистров, а выход - со вторым входом умножителя, при этом первый и второй вход пятого регистра соединены со входами соответственно второго и четвертого регистров, а второь вход и выход второго блока памяти входных отсчетов соединены соответственно с выходом пятого и входом четвертого регистров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР

f 466499, кл. 506 F 1/02, 06.03.74.

2.Авторское свидетельство СССР

516043, кл. Q06 F 15/36, 03.07.74