Цифровой фильтр Советский патент 1982 года по МПК H03H17/04 

(54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР

I

Изобретение относится к вычислительнор технике и может-быть исполь-. зовано в системах цифровой обработки сигналов в радиосвязи, радиолокации, радионавигации и т.п.

Известны цифровые фильтры (ЦФ), содержащие регистры, блоки умножения, сумматоры СПСложность и быстродействие таких фильтров определяется реализацией операции умножения. В связи с этим представляют интерес цифровые фильтры, в которых операция умножения в явном виде не выполняется.

Наиболее близким по технической су1;ности к изобретению является цифровой фильтр, содержащий первую группу регистров сдвига на один разряд для хранения отсчетов входной последов ательносит ЦФ, вторую группу регистров сдвига на один разряд для : хранения отсчетов выходной последовательности, блок памяти, сумматор, выходной регистр, схему передачи ко-да со сдвигом на один разряд, причем вход первого регистра сдвига на один разряд первой группы регист - ров сдвига на один разряд является входом ЦФ, выход i-го регистра сдвига на один разряд подключен к входу i+1-го регистра сдвига на один разряд в первой и второй группах регистров сдвига на один разряд, выходы регистров сдвига на один разtoряд первой и второй групп регистров сдвига на один разряд подключены к входам блока памяти, выход блока памяти подключен к первому входу сумматора, сумматора подключен к

IS входу выходного регистра, старшие разряды выходного регистра подключены к входам первого регистра сдвига на один разряд второй группы регистров сдвига на один разряд, выход вы20ходного регистра является выходом

ЦФГ - Однако быстродействие данного устройства мало, так как время обработ- . 389 ки пропорционально разрядности регис ров сдвига на один разряд, используе мых для хранения отсчетов входной и выходной последовательностей. Уменьшение разрядности регистров для увеличения быстродействия недопустимо, так как приводит к увеличению шумов округления увеличению уровня предел ных циклов, искажению характеристик ЦФ. Кроме того, в случае перестройки параметров фильтра при последователь ном изменении коэффициентов может потребоваться недопустимо большое время, а распараллеливание процедуры изменениякоэффициентов блока памяти приводит к резкому услолснению схем обращения к блоку памяти и значительному увеличению аппаратурных затрат. Отсутствует возможность уменьшения уровня колебаНИИ предельного цикла, возникающих вследствие округления результатов операций, выполняемых в ЦФ. Целью изобретения является увеличение быстродействия и повьш1ение точ ности фильтра. Поставленная-цель достигается, тем, что в цифровой фильтр, содержащий первую и вторую группу регистров сдвига, первый блок памяти, первый сумматор, элемент НЕ,. выходно регистр, узел сдвига, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен со входом выходного регистра, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими выходами фильтра и входами узла сдвига, первый выход выходного регистра через элемент НЕ соединен с первь1М входом первого регистра сдвига первой группы, а. второй выход выходного регистра соединен со- вторым входом первого регис тра сдвига первой группы, вход каждого последующего регистра сдвига первой и второй группы соединен с вы ходом предьщущего регистра сдвига соответственно первой и второй группы, введены три коммутатора , два блока элементов ЗИ-ИЛИ, второй блок памяти, второй сумматор, выход которого соединен со вторым входом пер вого сумматора, пёрвьй и второй входы второго сумматора подключены соответственно к выходам первого и второго коммутаторов, первый и второ входы которых соединены соответствен но с первым выходом соответствующего лока элементов ЗИ-ИЛИ и с выходом соответствующего блока памяти, вход оторого подключен к.о второму выходу соответствующего блока элементов ЗИ-ИЛИ, входы которого подключены к выходам соответствующих регистров двига соответствующей группы, вход первого регистра сдвига второй группы подключен к выходу третьего коммутатора, вход которого является входом ильтра. На чертеже представлена блок-схема цифрового фильтра. Цифровой фильтр содержит коммутатор 1, две группы регистров сдвига 2.1-2.N и 3.1-З.М, два блока элементов ЗИ-ИЛИ 4 и 5, два блока памяти 6 и 7 , коммутаторы 8 и 9, два сумматора 10 и 11, выходной регистр 12, узел сдвига 13, элемент НЕ 14. Цифровой фильтр работает следующим образом. Структура ЦФ определяется следующим алгоритмом, который получается из периодической фукнции рекурсивного ЦФ: V-S U.f.H-V () i-0 w-1 . M где :L- --2:2qjpC,V -Haj/ W t-), r-0 |b.((v,,); ;)r Ul, -И/ЭТХ- pр(р)--Ц Vr-0 2) .Vx;2-U |;( vi..). где Xл, у- - соответственно i -е разряды j-X входных и j -X выходных отсчетов ; q - количество разрядов представления отсчетов в двоичном коде. Одним из отрицательных последствий конечности длины разрядной сетки является возникновение колебаний пре- дельного цикла.В цифровом фильтре можно в некоторых случаях уменьшить уровень предельных циклов или даже вообще их устранить. При фиксирован58ной длине разрядной сетки уровень колебаний предельного цикла различны при различных значениях коэффициентов фильтра. В частности, может оказаться, что уровень колебаний npe-v дельного цикла в полосовом фильтре / с центральной частотой f о меньше, чем в полосовом фильтре с такой же полосой пропускания и центральшой частотой fo 0 Д Т - интервал дискретизации. Таким образом, вместо ЦФ с центральной час 1тотой fp можно строить ЦФ с централь ной частотой f , производя соответствующее преобразование частоты на входе. Данное преобразование частоты производится при помощи изменения знака у каждого второго отсчета входной последовательности и осуществляется посредством коммутатора 1, который либо передает код без изменения, либо инвертирует код каждого второго отсчета входной последова тельности. Регистры сдвига на два pa зряда 2.1-2.N предназначены для хранения последовательности отсчетов из входного сигнала, взятых с интер валом дискритизации Т. В зависимости от режима работы эта последовательность может быть преобразована коммутатором 1. Построение блоков 4 и 5, а также первого и второго блоко памяти 6 и 7 зависит от порядка фильтра и способа аппроксимации амп литудно-частотной характеристики (АЧХ) цифрового фильтра. Цифровые фильтры высоких порядков обычно реализуются в виде каскадного соединения цифровых фильтров второго порядка, поэтому ограничимся рассмотрением цифровых фильтров второго порядка, для которых N 3; М 4. При построении полосовых или режекторных фильтров с чебышевской илй баттервортовской АЧХ для коэффициентов элементарного ЦФ второго порядка справедливы соотношения: . а - 3 2i 5-t первый выход блока элементов ЗИ-ИЛИ 4 при этом передается код (U р, U), где ,r -aVXHX iVX°x;x; i Ui - X у, X y,5LV/у, )С.у,,2. На второй выход подается сигнал h t H-unpH любом способе аппроксимации .АЧХ на первый выход блока элемен2t . тов ЗИ-ИЛИ 5 передается код (v, v , v-), где ./ - i VO--VM%V;,VVJ;,V;,, Vr-CiV H-a VM-. .,,Vv;,v;,2.. На второй выход подается сиг« S Уй-1 Если сигнал т , вырабатываемый блоком элементов ЗИ-ИЛИ 4, принимает значение 1,-то коммутатор 8 передает код, считьгеаемьй из первого бло изменения, если же 0, то коммутатор 8 передает обратный код числа, считываемого из i вого блока памяти 6. Аналогично работает узел 9. При , код, считанный из второго блока памяти 7, передается без изменения, при , передается обратный код числа, считанного из второго блока памяти 7. Числа cL и , передаваемые коммутаторами В и 9 соответственно, суммируются при помощи второго сумматора 10. Для накопления суммы (l) служат первый сумматор 1, выходной регистр 12 и узел сдвига 13, на два разряда (для учета множителя в выражении (1). Поскольку в выражении (2) фигурируют числа9), связанные с числами VQ , представленными в дополнительном коде, при помощи соотношения (З), при передаче резуль- . тата вычислений в первый регистр сдвига 3.1 на два разряда старший разряд кода S,, инвертируется при помощи элемента НЕ 14. Быстродействие предлагаемого цифг рового фильтра пропорционально не количеству разрядов q регистров, а пропорционально ф/2 , т, е. быстродействие увеличивается вдвое. При попытке одновременной обработки двух разрядов в структуре известного ЦФ, общий объем памяти П 4 При , объем памяти 1024 двоичных слова. В предлагаемом ЦФ общий объем памяти удается снизить при N 3, М 2 до Q 12. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет снизить общий объем памяти в 85 раз. Если вследствие округления результатов арифметических операций уровень колебаний предельного цикла для частоты ff, получается меньше чем для частоты f, то необхидимо произвести настройку ЦФ на частоту f ,

а входную последовательность подвергнуть частотному преобразованию при помощи узла 1.

Формула изобретения

Цифровой фильтр, содержащий первую и вторую группы регистров сдвига, первьп блок памяти, первый сумматор, элемент НЕ, выходной регистр, узел сдвига, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен со входом выходного регистра, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими выходами фильтра и входами узла сдвига , первый выход выходнбго регистра через элемент НЕ соединен с первым входом пер. вого регистра сдвига первой груп.пы, а второй выход выходного регистра соединен со вторым входом первого регистра сдвига первой группы, вход каждого последующего регистра сдвига шарвой и второй группы соединен с выходом предьщущего регистра сдвига соответственно первой и второй групп отличающийся тем, что, с щелью повышения быстродействия и увеличения точности, в него введены

первый, второй и третий коммутаторы, первый и второй блоки элементов ЗИИЛИ,второй блок памяти второй сумматор, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, первый и второй входы сумматора подклю-ri чены соответственно к выходам первого и второго коммутатора, первый и второй входы первого и второго коммутаторов соединены с первым выходом соответствующего блока элементов 3 И-ИЛИ.и с выходом соответствующего блока памяти, вход которого подключен ко второму выходу соответствующего блока элементов ЗИ-ИЛИ, входы которого подключены к выходам соответствующих регистров сдвига соответствующей группы, вход первого : регистра сдвига второй группы подключен к выходу третьего коммутатора, вход которого является входом фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1973 ппо-кл. 235-152. За, опубл ик. тотип) .

/2

ff