Цифровой фильтр Советский патент 1982 года по МПК H03H17/04 

(54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР

1

Изобретение относится к вычислитель ной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов.

Известен Ш14ровой фильтр, содержащий два блока шпслической памяти, своими выходами соединенных со входами умножителя, выход которого соединен со входом накапливающего сумматора, подключенного к выходной шине фильтра. Вычисление отсчета выходного процесса , в этом устройстве производится посп&- . довательным считыванием из блоков циклической памяти кодов выборок входного процесса и коэффициентов фильтра, которые на умножителе перемножаются. Промежуточные произведения накапливаются в сумматоре. В конце N -го цикла вычислений с выхода сумматора снимается отсчет выходного щ оцесса. Время вь числения отсчета свертки в этом устройстве равно t vj , где t ц время вычисления произведения двух чвсел 1.

Однако в этом фильтре для вычислешш одного отсчета свертки требуется знач тельное время, так как умножений выполняются на одном оборудовании.

Наиболее близко по техническому ре шешоо к пpeдлaгaeмo yry устройство цифровой фильтрации, содержащее блок памяти коэффициентов импульсной характеристики ( ) первый вход которого является входом записи массива чисел (t) , второй вход и выход соединены с выходом адресного счетчика и входом первого регистра соответственно, выход первого регистра соединен с первым вхо- асм устройства умножения, соединенного

IS своим выходом со входом накапливающего сумматора, выход которого подключен ко входу цифроаналогового преобразоват&ля, второй вход устройства умножения подключен к выходу сумматора, первый

20 и второй входы которого соединены с выходами второго и третьего регистров соответственно, первый и второй блоки памяти входных отсчетов, первыми вхояам соединен{гыо со вторым и треть пчааресными счетчтжами соотЕ.етственно, а BTOpfciMH входами соепиненные с 1зыходамк четвертого и пятого регистро з, выход третьего porvicTpn соединен со вхолом пятого регистра и первым входом четв.ертого р егнстра, второй вхоп которого соединен с ялходом первого блока памяти Bxoflfjbix отсчетов, первый вход третьего регистра ягшяется входом фильтра, а второй вход третьего регистра и вход второго регистра соединены с выходами второго и первого блоков памяти входньгх отсчетов соответственно 2 Недостаток известного устройства m-i3Koe быстродействие, связанное с п&щэоиовоаительной затратой времени а выпол1 ение сдвугга массива входных от-счетов -Л большим ко;тчеством «viHo- в едтипшу времени, необход1-1к-1ых для формировантш отсчета вььходного сигнала. Цель изобретете - nonbuueirae быстр действия цифрового фильтра. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фтшьтр, содержаил1й первый и второй блоки памяти, первы:й, вто рой и третий регистры, умножитель, на капливаюший , первый и второй счетч жи, блок naiviHTii коэффишшнтов и генератор пачек импульсов, выход которого соединен с тактовыми входа ли первого и второго счетчиков, выход первог регистра пощслючен к информационному входу первого блока памяти, выход кото рого соединен с первым входом второго регистра, выход которого подключен к первому в,чоду ;/7у1ножителя, выход котор го соединен со входом шкапливаюшего сумматора, выход которого является выходом фильтра, выходы первого к второг счетчжов подключены к адресным вхо- соответственно второго блока па мяти и блотса па -сяти Koacf i-mHeHTOiSs выход которого соединен со вхопсы третье го регистра, выход которого подтспючен но второму входу умножителя, а взсод генератора аачек импульсов является входом запуска фильтра, введены деигаф ратор, третий и четвертый счетчики, мультиплексор и элемент И, выход которого соединен со входом третьего счетчика, выход которого пошшючен к первому входу мультиплексора, второй вход ко орого соединен с выходом четвертого счетчтса, вход которого объединен со входом генератора пачек импуп сов, вы ход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого объ& 9 4 динеи со входом .шписи второго блока па.-гяги и подключен к выходу деиинфрато- ра, первый ход которого объединен с установочным входом первого счетчтаа и является входом ;1ада П1Л частоты дискретизашп ф шьтра, второй вход дешифратора подключен к выходу второго счетчика, выход мульт пглексора соединен с адреоным входом первого блока па.1яти, выход которого ко входу первого регистра и второму входу BTtfporo регистра, причем информшгаонный вход пертзого блока памяти йвляется входом фнльтра, чертеже приведена схема цифрового фкльг ;а. Устройство содерж1гт вход 1 фильтра, первый блок 2 памяти, регистр 3, второй блок 4 , регистр 5, умножитель G иифроаналоговый преобразо ватель (ПАП) 7, цифровой и аналоговый BbLxoab 8 и О фvIльтpa, вход 10 задашш частоты дискретизации (выходного сигнала), счетчюс 11, дешифратор 12 (состояний), счетчик 13, блок 14 памяти коэффициентов, регистр 15, входа 16 запуока, генератор 17 пачек имп льсов, эле- Metn- И 18, счетчик 19, мультиплексор 20, счетчик 21, накапливающий сумматор 22. Фтшьтр работает след тошнм образом. Каждь1й к-ый заггускаюший , по време(га совпадающий с выборкой входного процесса, по входу 16 заггускает генератор 17, который формирует N Ш.гпульсов, где г. - порядок фильтра. И2vfflyльcы с выхода генератора 17 передаются на счетные входы счетчика 11, работающего по модулю N -к, и счетчика 13, работающего по модулю N . Причем число К )Х SP® началом фильтрацин по входу 10 записывается в счетчик 11 и деишфатор 12 (состояний). По каждому to первзлх К к. им1т;/льсов генератора 17 производится считывание выборки входного процесса )((j) из бло ка 4 памяти в регистр 5 и коэффихгиен тов шлпульсной характеристтаси (jl фильтра из блока в регистр 15, На умножителе 6 находится прокзвеДЕ raie чисел xjl и , и полученные проюведения иагшшгаваются в сум- маторе 22, Выборки входного процесса, которые поступают на вход 1 фильтра, в процессе вычисления первых К -к Провзведен-нй Х() Vi(i) записывают-ся в блок 2 памяти, объем которого равен fe. ячейкам. Адрес выборок входного процесса в блоке 2 памяти задает591

ся счетчтжом 21, работающим по ноцулю vL и изменя сл1П м свое состояinie импульсами заггуска. При этсж- код апреса с выхода счетч ика 21 переаается через пьтиплексор 20 на ааресньте входы блока 2 памяти. Последние К импульсов с выхода генератора 17, которым соответствует считывание из блока 4 памяти коэффициентов имлульгсной характеристики 1 (к-1) ... v(O), передаются через элемент И 18 на счетный вход счетчика 19, работающего по модулю К Эго достигается тем, что последние Ч состояний счетчкка 13, начи;ия с (N - It +1) состояния, выделяются аешифратором (состояний) 12, при этом на вылопе дешифратора (состояний) 12 формируется сигнал, открывающий элемент И 1 8, переключающий блок 4 памяти в pejwiNi записи и открывающий мульгтиплексор 2О по входу счетчтвса 19. С этого момента последние значений отсчетов входного сигнала из блока 2 памяти считываются через регистр 5 на умножитель 6 для вычисления последних К произведений X (j 1 Vi; П , а через .регистр 3 считываются на информатюн- ный вход блока 4 памяти для обновления массива отсчетов входного процесса. Причем последние К отсчетов входного процесса записываются в те ячейки памяти, в которые были записаны отсчеты „-Н + ЛИ)... X ,гдеМсоответствует текущему счету.

Сдвиг массива отсчетов входного СИРнала, который необходимо производить при вьшолненни фильтрации, производится следующим образом.

Пусть при вычислении Пд отсчета выходного сигнала в счетчике 11 записано число А, удовлетворяющее неравенству О А i К -К.-1, При этом отсчет вхоон ного сигнала X (IQ ) который умножается на коэффициент ti( , затшсан в ячейку памяти с адресом

(А+ Ы - л ) то8 N-K- Вычисление произведения ( i ) X ( , производится (N- )-тым импульсом генератора 17, так как счетчик работает по модулю Ч- В конце цикла вычисления отсчета -аСпо в счетчмке 11 записан адрес (A+K)mod При вычислении следующего отсчета выходного сигнала отсчет х () умножися на коэффициент Vi (i .), что должно иметь место при вычислении свертки.

В данном фильтре время вычиспения отсчета свертки равно

-NlS.)

16

где. , время выпапене шя операции умножения, о6раще1тя к блоку памяти и сумкпфования соответственно.

Макс 1мальиая частота дискретизашга входного происсса при заданном быстродействии ротш rrof-

ifftV/u f

8biX

Таким обрасшм, в гфедлагаемом фильтре Бычгнсляется только частьотсчетов, поэтому число apiKfMeTnnecKTT операций, выполняемых в едшгацу времени, меньще, чем в известном устройстве, следователь но, обеспеч тается работа с более высокой частотой дискретизации входного процесса, так как увешгчиЕмется быстродействие.

Формула изобретения

и1 фровой ф;шьтр, соаержагций первый и второй блоки памяти, псрвьи, второй , и третий регистры, множитсль, накапливающ й сумматор, первый и второй счет- 4viK;i, блок памяти коэфг} цпюнтов и генератор пачек i-afflynbCOB, выход которого соеаинсн с тактовыми аходам первого и второго сче гакоВ) выход псрБОГо регистра- подключен к информационному входу первого блока памяти, выход которого соединен с первым входом второго ре гистра, выход которого подключен к перnoNty входу умнож1П-еля, выход которого соединен с входом накапливающего cyMNmTopa, выход которого являе-:ся выходом фильтра, выходы первого и второго счетчиков подключены к адресным входам соответственно второго блока памяти и блока памяти коэффициентов, выход которого соединен с вxoдo I третьего регистра, выход которого подключен к второму входу ут 1НОЖ11теля, а вход генератора пачек Т мпульсов является входом запуска фтшьтра, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него вне-день дешифратор, третий и четвертый счетчики, мультиплексор и элемент И, выход которого соединен с входом треть его счетч{жа, выход которого подключен к первому входу мультиплексора, второй вход которого соединен с выходом четвертого счетчика, вход которого объединен с входом генератора пачек икгпульсов, выход которого соединен с первым входом элгалента И, второй вход которог объеоннен с входом записи второго блока памяти и подключен к выходу дешго} ратора, первый вход которого объединен с установочным входом первого счетчика и является входом задания частоты дискретизатш фильтра, второй вход дешифратора подключен к выходу второго счетчика, выход мультиплексора соединен с адресным входом первого блока памяти, выход которого подключен к в Jзxoдy первого регистра и второму входу второго регистра, причем информационный вход

первого блока памяти является входом фильтра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,Авторское свидетельство СССР

№ 636616, кл. G, Об Р 15/332, 1978 (прототип).