Цифровой фильтр

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИА ЛИСТ ИЧЕСНИХ СПУБЛИН НИЯ ЛЬСТВУ тельовано учайрации.ия - мень- удшеаее ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СИИ(57) Изобретение относится к вычислиной технике и может быть использв устройствах цифровой обработки слных процессов, например, при фильти спектральном анализе. Цель изобретеупрощение цифрового фильтра путем ущения числа блоков обработки без ухния точности фильтрации. Цифровой ф 51)5 НОЗ Н 17 00 НОЗ 2содержит блоки 3.13.1. обработки, котдрые содержат умножители 4.1.1, , 4.1 М, модульные сумматоры 5.1.1, , 5.1.Мрегистры 6.1.1, , 6.1 М, и блок 7 восстановления результата. Введены модулятор 1, сумматор 2 и накапливающие сумматоры 8 и 9. В цифровом фильтре операция свертки реализуется путем операций над вычетами входных отсчетов и отсчетов импульсной характеристики . в системе остаточных классов. Кроме того, входные отсчеты преобразуются с помощью модулятора 1 в формат многоуровневой дельта-модуляции, что приводит к уменьшению их разрядности, что позволяет уменьшить количество. блоков 3. 1 з.п флы, ил, Ь 17 б 35Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройства х цифровой обработки случайных процессов, например, при фильтрации и спект-ральном анализе. 9Цель изобретенияупрощение цифро.ного фильтра путем умецьшеция числа блоков обработки без ухудшения точности фильтрации.На чертеже приведена электрическаяструктурная схема цифрового фильтра.Цифровой фильтр содержит модулятор 1, ; сумматор 2, блоки 3.1, , 3,1. обработки,,умножители 4.1.1, 4.1.М, модульные сум, маторы 5.1.1, , 5.1 М, регистры 6.1.1, , 5.1.,М, блок 7 восстановления результата, , первый и второй накапливающие сумматоры8 и 9, вход 10, вход 11 задания константы, выход 12, входы 13.1, , 13.1. нулевого значения и входы 14.1.1, , 14,1 М. задания вычетов коэффициентов цифрового фильтра.В предлагаемом цифровом фильтре для представления отсчетов входного сигнала используется многоуровневая дельта-молуляция.25В фильтре реализуется следующий алгоритм цифровой фильтрации.Выходной сигнал цифрового фильтра, в котором входной сигнал и импульсная характеристика представлены в формате многоуровневой дельта- или дифференциальной импульсно-кодовой модуляции, а выходной - в формате импульсно-кодовой модуляции, описывается формулой цифровой свертки,4 х 1где ( ), 1 с)0 - входная последовательность (5"); гп=-0, Я в -Твесовая последовательность.Вычисления по (1) разделяются на три этапа, каждый из которых соответствует суммированию с накоплением:1. = - ХОУ ФЪ =- ХР 21; н= йэ 1 2 У Хс5 ) щ:о Применение многоуровневой дельта-модуляции (цли дифференциальной импульсно О кодовой модуляция) для представления входного сигнала и импульсной характеристики позволяет получить эадацную разрешающую способность при низкой разрядности указанных шагов квантования,Шаги квантования входного сигнала Я (4 , 4 В5) и импульсной характеристики (Ь 1 предтавляются последовательностями целых чи, ел, определяемых из выражения л М х) 5 .= Еп 11 п ЕЫ(К/2),ЕМТ(хх //амин + А) ,.(т)где Е - знак шага квантования входногосигнала;К" -- число уровней квантования;Е 1 ЧТ - целая часть величины ( );х, х - отсчеты входного сигнала и егоаппроксимация;)чин - минимальный ненулевой шаг квантования;А=0,9 - для К"нечетного и А= - 0,5 для четного, причем для четных и нечетных значений К выполняется соотношение(Я(ЕМТ(К/2).В предлагаемом цифровом фильтре алго ритм (2) реализуется путем операций над вычетами шагов квантования входного сигнала (и импульсной характеристики) в системе остаточных классов (СОК).Фильтрация в СОК предполагает оперирование с вычетами шагов квантования вход, ного сигнала и импульсной характеристики, являющимися последовательностями целых положительных чисел, значения которых не превышают заданного модуля. Поэтому, выбрав значение всех модулей Р)Кд,1=1, 1., 1. - число оснований СОК, для перевода фильтрации в СОК все шаги квантования входного сигнала достаточно сместить на ветличину а = К/2, т.е. в процессе фильтра.ции оперировать с входной последовательм)ностью вида ( 5 + а ), Подстановка п оследовательности (Я+а) в (2) не изменяет значения второй разности и результата фильтрации при использовании импульсной характеристики цифрового фильтра с многоуровневой дельта-модуляцией с линейной фазочастотной характеристикой, так как импульсная характеристика являетсянечетной отаз Арцосительно середины Ь= - ЬйЬлагодаря тому, что при многоуровневой дельта-модуляции диапазон изменения выход ного сигнала модулятора меньше, чем при .импульсно-кодовои модуляции, при одинаковой разрешающей способности фильтров с укаэанными видами модуляции диапазон изменения значений второй разности предлагаемого цифрового фильтра, равный:0 = КХ 5 является значительно уже диапазона изменения выходного сигнала фильтра с им пульсно-кодовой модуляцией. Это позволяет уменьшить число оснований 1., а значит, упростить схему фильтра, обеспечивая заданную разрешающую способность.Одновременно для многоуровневой дель, та-модуляции, учитывая сравнительно малый диапазон изменения сигнала модулятора, практически всегда легко выполнить условиявне устройства, так как цет необходимости в построении большого дерева с умм ирования. ф У = Р(11 У 1)ДУ 1)ггпо 1 а 2 г: где М = П РЯ М) Г., а з и а че ци я ( р оп редеЕЛляются йз сравненияОбъединение блоков 4.К 1 и 5 в одном блоке табличной арифметики также способствует увеличению быстродействия, так как позволяет уменьшить длительность такта.(Ы Р)11 гпос)Рр.,В соответствии с соотцошеГнем (4) знаения Ч У вычцсляются заранее для всехС 10: панеций Я)являющихся Й= - -ХЙ разряд 8=ым адРесом для блока 7, Выполнение бло. Цифровой фильтр, содержащий 1. блоа 7 для большого числа оснований описа ков обработки, где 1.)2, входы которых),о в прототипе и в данном устРойстве Осо объединены, и блок восстановления резульбенностей це имеет.15 тата, 3-й вход которого, ,Е, соединен сПоследовательность значений : Ч, 1 О выходом Г-го блока обработки, а каждыйпоступает ца входы первого цакапливаю блок обработки содержит М умножителей,щего сумматора 8, где суммируется с накоп где М - порядок цифрового фильтра, перленным в цем значением, формчруя послевые входы которых являются входами зададовательцость 17 г), которая в свою оче 1)едь 2 О ния вычетов коэффициентов цифрового"юступает на входы второго накапливаюце- фильтра, М модульных сумматоров и М рео сумматора 9, где суммцруется с накоплен- гистров, отличающийся тем, что, с цельюным в нем значением, формируя выходной упрощения цифрового фильтра путем уменьсигнал цифрового фильтра в формате им- щения числа блоков обработки без ухудпульсцо-кодовой модуляции (11. щения точности фильтрации, введены послеНезначительцаЯ РазРЯдцость, котоРаЯ ос довательно соединенные модулятор многотается постоянной для всех умножителей и уровневой дельта-модуляции, вход которогомодульных сумматоров 4.Г.1, 5.,1,1=-1,М, поз- является входом цифрового фильтра, и сумВоляет объединить модульный сумматор с матор, выход которого соединен с входамиМодульным умцожителем и выполниь их в блоков обработк, а также последовательноВиде одного блока табличной арифметики, соединенные первый накапливающий суммагапример в виде постоянного запоминаюпе-.тор, вход которого соединен с выходомго устройства. При выполнении такогоб)лока блока восстановления результата, и второйФс )ца один заданный коэффцецечисл вы накапливающий сумматор, выход которого)ХОДОВ ОГРВНИЧЕЦО ВЕЛИЧИцой Кс+К кс = ЯВЛЯЕТСЯ ВЫХОДОМ ЦИФРОВОГО фИЛЬтРа, ВХО=7, , 11 и легко выполняется на микро- дом задания константы которого являетсясхемах ПЗУ широкого применения, второй вход сумматора, причем в 0-м блоке",Роме того, быстродействие такого умно- % обработки Вторые Входы всех умножителейжителя-сумматора определяется временем являются входом Гго блока обработки, вывьборки из ПЗУ записанного в нем значе- ход 1-го умножителя, где 1=1,М, соединенния и вышечем при последовательном с первым входом 1-го модульного сумматора,вклочении умцожителя ц сумматора. выход которого соединен с входом 1-гоГозиц,ионный сумматор 2 благодаря низ О регистра, выход которого, за исключениемкой разрядности шагов квантования вход- выхода М-го регистра, соединен с вторымного сигнала, также может быть выполнен входом (+1) -го модульного сумматора, атабличцым - ца ПЗУ. выход М-го регистра является выходомТаким образом, предлагаемый цифровой 8-го блока обработки, входом нулевогофильтр осуществляет цифровуи) фильтрацию значения которого является второй входсигнала многоуровневой дельта-модуля)Ии в 45 1-го модульного сумматора.СОХ, используя знаИтельно меньшее, чем в 2, Фильтр по п. 1, Отличающийся тем,прототипе, числооснований,благодаря умень- что в блоках обработки 1-е умножитель ивению числа оснований для вьчислеция модульный сумматор выполнены в видеъвторой разности выходного сигнала. При блока постоянной памяти, первый и второйобеспечении заданной разрешающей способ- входы которого являются Входом блока об.ности схема предлагаемого фильтра проще. 5 О Работки и входом задания вычетов коэфИзмецене структуры блока З.Р,В= - ГГ., поз- фициентов цифрового фильтра соответственно,ляетупроститьвыполцецие модульных сум- цо, а третий вход блка постоянной памяматоров 5.1,1,1,=-1 М (оци имеОт только две ти является вторым входом 1-го модульногруппы пходов), и увеличить быстродейст- го сумматора.Составтель С. МуаьчукТекрол А. Кравчук Корректор КорольТираж Г 52 одпиоиое1 И 111 Го.тли ииго коитта ио изоГретеииим и открьл ири ГКТ СССР1 1,1:З, Моекиа, )К -3;к РамиСкаи иаок, л 4/511 роиолц ччи ли е ьгкии кГиит 1 атеп, г. Ужгорол, ул. агарииа, О