Многоканальный цифровой фильтр Советский патент 1980 года по МПК G06F17/10 H03H17/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в системах передачи и обработки дискретной ин формации, тидро- и радиолокации, медицинско аппаратуре, а также других устройствах, где применяются режимы многоканальной работы с повышенными требованиями к скорости обработки отсчетов сигналов. Известны различные цифровые фильтры, построенные на основе различного типа сумма торов, устройств умножения и регистров, реализованных в интегральном исполнении и состоящие из сумматора и устройств зт ножеиия, между которыми включены регистры, регистры включены и между входом фильтра и входами устройств умиожения и выходом фильтра и входами устройств умножения (Ц. Наиболее близким по технической сутцностя к предлагаемому является многоканальный цифровой фильтр, содержащий сумматор, устройства умиожения, регистры, подключенные к входам устройств умножения, а также регистр подключенные между выходами устройств умножения и входами сумматора. Достоинством такого фильтра являются возможность работы в многоканальном режиме при небольших аппаратурньгх затратах и повышенное (по сравиешпо с упомянутыми выше известными фильтрами) быстродействие-, которое достигается использованием поточного метода обработки информации, что обеспечивается включением регистров между выходами устройств умножения и входами сумматора 2. Одиако указанные достоинства имеют место лишь при использсжании последовательиого кода обрабатьшаемого слова и применении последовательного сумматора. Кроме того, время обработки одного отсчета сигнала при Использовании фильтра последовательного кода ТК-р. где К - чясло каналов; Р - число разрядов в последовательно/л коде отсчета сигнала; t - время. обработки одного разряда. Таким образом, при большом числе каналов и высокой, точности работы, т.е. большой длине обрабатываемых кодов, результирующее

ыстродействие фильтра оказывается недостаочно высоким.

Цель изобретения - повышение быстродейтвия многоканального цифрового фильтра. Поставленная цель достигается тем, что в ногоканальный цифровой фильтр, содержащий умматор, пять блоков умножения и тринадать регистров, при этом вход первого региста объединен с первым входом первого блока множения и является первым входом фильтра, выход первого регистра подключен к первому входу второго блока умножения и входу второго регистра, выход которого соединен с первым входом третьего блока умножения, первые выходь первого и второго блоков умножения соединены со входами соответственно . третьего н четвертого регистров, выход четвертого регистра подключен ко входу пятого

регистра, первый выход третьего блока умножения соединен со входом шестого регистра, выход которого подключен ко входу седьмого регистра, выход которого соединен со входом восьмого регистра, а выходы третьего, пятого и восьмого регистров подключены соответственно к первому, второму и третьему входам сумматора, первый выход которого является первым выходом цифрового фильтра и соединен со входом девятого регистра, выход которого подключец ко входу десятого регистра и Первому входу четвертого блока умножения, первый выход которого соединен со входом одиннадцатого регистра, выход которого подключен к четвертому входу сумматора, пятый вход Kotoporo соединен с выходом двенадцатого регистра, вход которого подключен к выходу тринадцатого регистра, вход которого соединен с первым выходом пятого блока умножения, первый ,вход которого соединен с выходом десятого регистра, дополнительно введены регистры, при этом вход четырнадцатого регистра объединен со вторым входом первого блока умножения и является вторым входом фильтра, выход четырнадцатого регистра подключен ко второму входу второго блока умножения и входу пятнадцатого регистра, выход которого соединен со вторым входом третьего блока умножения, вторые выходы первого и второго блоков умножения соединены со входами соответственно шестнадцатого и семнадцатого регистров, выход семнадцатого регистра подключен ко входу восемнадцатого регистра, второй выход третьего блока умножения соединен со входом девятнадцатого регистра, выход которого поДкшёчен ко входу

двадцатого регистра, выход которого соединен со входом двадцать первого регистра, а выходы щестнадцатого, восемнадцатого и двадцать первого регистров подключены соответственно к шестому, седьмому и восьмому входам сумматора, второй выход которого является вторым выходом цифрового фильтра и соединен со входом двадцать второго регистра, выход которого подключен ко входу двадцать третьсго регистра и второму входу четвертого блока умножения, второй выход которого соединен со входом двадцать четвертого регистра, выход которого подключен к девятому входу сумматора, десятый вход которого соединен с выходом двадцать пятого регистра, вход которого подключен к выходу двадцать шестого регистра, вход которого соединен со вторым выходом пятого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом двадцать третьего

-регистра.

На чертеже представлена структурная схема двухканального цифрового фильтра с двумя параллельными цепями регистров (п 2). Устройство содержит сумматор 1, блоки 2-6 умножения, регистры 7-8, включенные между входами фильтра и входами устройств 2-4 умножения, регистры 15-16, включенные между выходами фильтра и входами блоков 5-6 умножения, регистры 9-14 и 17-19, включенные между выходами блоков умножения и входами сумматора, входы 20 и 20, выходы 21 и 21 фильтра, а также дополнительно введенные регистры 7--19 , образующие параллельные цепи с регистрами 7-19.

Обрабатываемые сигналы представлены Р-разрядным последовательным кодом. Сумматор 1 является последовательным сумматором для сложения пяти чисел; каждое из которьтх представлено двумя соседними разрядами. Такой

сумматор имеет 10 входов и два выхода. Блоки 2-6 умножения являются устройствами последовательно-параллельного типа (отсчеты сигналов подаются в последовательном коде, а коэффициенты фильтра - в параллельном). Такие устройства могут осуществлять умножение двух соседних разрядов последовательного кода за один такт. Регистры 7-19 и .являются последовательными регистрами и содержат по Р/2 разрядов, причем в регистрах 9 и 9, 10 и Ю , 12 и 12, 17 и п , 18 и 18 осуществляется параллельный ввод сигналов. С помощью отмеченных регистров сигнал, представленный параллельным кодом на выходах блоков 2-6 умножения, преобразуется в последовательный код, необходимый для работы сумматора 1. Предлагаемая совокупность упомянуть1х выше блоков умножения, сумматора, работающих с соседними разрядами концов и дополнительных регистров позволяет повысить быстродействие фильтра.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал двухканального цифрового фнльтра представляет собой совокупность отсчетов первого и второго X каналов, чеое- . дующихся последовательно , f,(),()... для различных промежутков времени. Индексы п,и+1, п +2.:. соответствуют номеру отсчета. Каждый сигнал для любого канала представлен в ввде последо вательного кода, X(-t)),X(-t);...,X(-fc)} На вход 20 цифрового фильтра поступают нечетные разряды кода сигналов y(-t) Х (-t) ,i;,,...,, a на вход 20- четные разряды кода Х„(г),х.(-6),..., xPW,)t4..-Ot-). считая, что Р - четное число; в противном ; случае добавляется дополнительный нулевой разряд. В предлагаемой схеме обработка одного отсчета любого из каналов производится за Р/2 тактов. Рассмотрим, например, момент времени -t +1, когда на входе фильтра 20 присутствует последовательность разрядов x;;ct.4xj(i..4...,( де 20 - последовательность I V %(-k.)t,,.,)- На входах регистров 7 8 и 8соответственно имеем: Ct), ),... 1-- 1.x I т 1л ),.. ()г (t)., ,.-)....,.) S-,,t4.-i).4;.(t-.),.,x(t-i) Таким образом, на входы блоков умножения 2-4 подаются одновременнососедние разряды последовательного кода отсчета сигналов что и требуется для их работы. Произведения получают через Р-3 тактов. На выходах регистров 9 и 9, 11 и П , 14 и 14имеем сигналы; ),xf,...,)-, 9-x-ct),x;-c4...;w; d-x;:(t:-zj,x;(t-a),...,Xn:;(t-2) -X (fc-2),X (t--), )i5a - . д«рS5 (.o(t--4),.4.,X (-t-4) j 1 где символом (х) отмечены разряды произведений соответствующих сигналов на соответствую1дие коэффициенты фильтра. Аналогичным образом можно показать, что на выходах регистров 17 и , 19 и 19для момента времени -fc +1 имеют место последовательности: .7-.-(t-2),.;;(.-2).....v;(t-z); .(ix ;; Vb-4-,-2); -,9-,(t-4), v;;.,(t-4), ;:,Xt-4), ,3-,«(t-4),(t-4),..,/J(t,4). Анализируя последовательности на выходах регистров 9 и 9- 19 и 19 И, И , 14, и; 17, 17, 19 и 19 , можно отметить, что на входы сумматора 1 поступают именно те сигналы, которые необходимы для его правильной работы и так как все последовательности сигналов состоят из Р/2 разрядов, то для получения результата суммирования потребуется Р/2 тактов. Таким образом, совокупность дополнительно введенных регистров и описанных устройств умножения и сумматора обеспечивает увеличение быстродействия цифрового фильтра за счет одновременной обработки в блоках умножения и сумматоре соседних групп разрядов кода, хранящихся в дополнительно введенных регистрах, при сохранении поточного принципа обработки информации. Все это вь(годно отличает предлагаемый фильтр от известного. Две цепи регистров (т -2) для хранения групп разрядов сигналов (четньте и нечетные разряды) позволяют повысить быстродействие фильтра почти в 2 раза. При этом сложность фильтра несколько возрастает по сравнению с известным, но не за счет введения регистров, так как суммарная длина регистров не изменилась, а за счет некоторого усложнения блоков умножения и сумматора. Такое двухкратное увеличение быстродействия может быть достигнуто использованием двух цифровых фильтров, аппаратурные затраты которых в два раза больше, чем у предложенного многоканального цифрового фильтра. При дальнейшем увеличе быстродействие фильтра также будет увеличиваться, однако сложность сумматора и блоков умножения будет возрастать. Рассматриваемый многоканальный цифровой фильтр характеризуется возможностью исполь3 о многоканальных системах передачи и обработки дискретной информации с повышенными требованиями к быстродействию фильтра, например, в многоканальных системах электросвязи. Формула изобретения Многоканальный цифровой фильтр, содержащий сумматор, пять блоков змножения и тринадцать регистров, при этом вход первого регистра объединен с первым входом первого блока умножения и является первым входом фильтра, выход первого регистра подключен к первому входу второго блока умножения и входу второго регистра, выход которого сое динен с первым входом третьего блока умножения, первые выходы первого и второго блоков умножения соединены со входами соответственно третьего и четвертого регистров, выход четвертого регистра подключен ко входу пятого регистра, первый выход третьего блока умножения соединен со входом шестого регистра, йыход которого подключен ко входу седьмого регистра, выход которого соединен со входрм восьмого регистра, а выходы третьего, пятого и восьмого регистров подклю чены соответственно к первому, второму и третьему входам сумматора, первьш выход которого является первым выходом цифрового фильтра и соединен со входом девятого регистра, выход которого подключен ко входу десятого регистра и первому входу четвертого блока умножения, первый выход которого соединен со входом одиннадцатого регистра, выход которого подключен к четвертому входу сумматора, пятый вход которого соединен с выходом двенадцатого регистра, вход которого подключен к выходу тринадцатого регистра, вход которого соединен с первым выходом пятого блока умножений, первый вход которого соединен с выходом десятого регистра, отличающийся тем,, что с пг.,ью повышения быстродействия, в него до полнительно введены регистры, при этом вход четырнадцатого регистра объединен со вторым входом первого блока умножения и является вторым входом фильтра, выход четырнадцатого регистра подключен ко второму входу вто рого блока умножения и входу пятнадцатого регистра, выход которого соединен со вторым входом третьего блока умножения, вторые выходы первого и второго блоков умножения соединены со входами соответственно шестнадцатого и семнадцатого регистров, выход семнадцатого регистра подключен ко входу восемнадцатого регистра, второй выход третьего блока умножения соединен со входом девятнадцатого регистра, выход которого подключен ко входу двадцатого регистра, выход которого соединен со входом двадцать первого регистра, а выходы хлестнадцатого, восемнадцатого и двадцать первого регистров подключены соответственно к шестому, седьмому и восьмому входам сумматора, второй выход которого является вторым выходом цифрового фильтра и соединен со входом двадцать второго регистра, выход которого подключен ко входу двадцать третьего регистра и второму входу четвертого блока умножения, второй выход которого соединен со входом двадцать четвертого регистра, выход которого подключен к девятому входу сумматора, десятый вход которого соединен с выходом двадцать пятого регистра, вход которого подключен к выходу двадцать шестого регистра, вход которого соединен со вторым выходом пятого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом двадцать третьего регистра. Источники информации, принятые во внимание при экспертиэе 1.Рабинер П. и Голд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М,, Мир, 1978, 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2536725, кл. G 06 F 15/34, 18.05.78 (прототип) .