Цифровой фильтр

Союз Советски кСоциалистическихРеспублнк ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц 898592(Ы)М. е(л Н 03 Н 17/04 Госудерстеапай комитет по делам изааретеиийиков,к,"1 ц,(71) Заявитель Кировский политехнический институт( 54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР О Изобретение относится к вычислительной технике и можетбыть исполь-,зовано в системах цифровой обработкисигналов в радиосвязи, радиолокации,радионавигации и т.п.Известны цифровые фильтры (ЦФ),содержащие регистры, блоки умножения, сумматоры 1,Сложность и быстродействие такихфильтров определяется реализациейоперации умножения. В связи с этимпредставляют интерес цифровые фильтры, в которых операция умножения вявном виде не выполняется.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является цифровой фильтр, содержащий первуюгруппу регистров сдвига на один разряд для хранения отсчетов входной последовательносит ЦФ, вторую группурегистров сдвига на один разряд дляхранения отсчетов выходной последовательности, блок памяти, сумматор, выходной регистр, схему передачи кода 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 1-го регистра сдвига на один разряд подключен к входу 1+1-го регистра сдвига на один разряд в первой и второй группах регистров сдвига на один разряд, выходы реГистров сдвига на один разряд первой и второй групп регистров сдвига на один разряд подключены к входам блока памяти, выход блока памяти подключен к первому входу сумматора, выход сумматора подключен к входу выходного регистра, старшие разряды выходного регистра подключены к входам первого регистра сдвига на один разряд второй группы регистров сдвига на один разряд, выход выходного регистра является выходом ЦФГЧОднако быстродействие данного устройства мало, так как время обработ 898592ки пропорционально разрядности регистров сдвига на один разряд, используемых для хранения отсчетов входной ивыходной последовательностей. Уменьшение разрядности регистров для увеличения быстродействия недопустимо,так как приводит к увеличению шумовокругления увеличению уровня предельных циклов, искажению характеристикЦФ. 1(роме того, в случае перестройки 1 Опараметров фильтра при последовательном изменении коэффициентов можетпотребоваться недопустимо большоевремя, а распараллеливание процедуры изменениякоэффициентов блокапамяти приводит к резкому усложнению схем обращения к блоку памяти и значительному увеличению аппаратурных затрат. Отсутствует возможность уменьшения уровня колеба- щний предельного цикла, возникающих вследствие округления результатов операций, выполняемых в ЦФ,Целью изобретения является увеличение быстродействия и повышение точности фильтра,4блока элементов ЗИ-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.На чертеже представлена блок-схема цифрового фильтра.Цифровой фильтр содержит коммутатор 1, две группы регистров сдвига 2.1-2.М и 3.1-3.М, два блока элементов ЗИ-ИЛИ 4 и 5, два блока памя" ти б 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:Поставленная цель достигается. тем, что в цифровой фильтр, содержащий первую и вторую группу регистров сдвига, первый блок памяти, первый сумматор, элемент НЕ выходной регистр, узел сдвига, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен15 со входом выходного регистра, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими выходами фильтра и входами узла сдвига, первый выход выходного регистра через элемент НЕ40 соединен с первым входом первого регистра сдвига первой группы, а. второй выход выходного регистра соединен со вторым входом первого регистра сдвига первой группы, вход каж 45 дого последующего регистра сдвига первой и второй группы соединен с выходом предыдущего регистра сдвига соответственно первой и второй группы, введены три коммутатора, два блока элементов ЗИ-ИЛИ, второи блок0 памяти второй сумматор, выход которого соединен со вторым входом первого сумматора, первый и второй входы второго сумматора подключены соответственно к выходам первого и второго коммутаторов, первый и второй входы которых соединены соответственно с первым выходом соответствующего- количество разрядов представления отсчетов в двоичном коде.Одним из отрицательных последствий конечности длины разрядной сетки является возникновение колебаний предельного цикла, В цифровом фильтре можно в некоторых случаях уменьшить уровень предельных циклов или даже вообще их устранить. При фиксирован92 5 8985ной длине разрядной сетки уровеньколебаний предельного цикла различныйпри различных значениях коэффициентов фильтра. В частности, может оказаться, что уровень колебаний пре-,дельного цикла в полосовом Фильтре 1с центральной частотой 1 о меньше,чем в полосовом Фильтре с такой же- интервал дискретизации. Такимобразом, вместо ЦФ с центральной частотой 1 можно строить Цф с центральной частотой 1 о, производя соответствующее преобразование частотына входе. Данное преобразование частоты производится при помощи изменения знака у каждого второго отсчета входной последовательности и осуществляется посредством коммутатора1, который либо передает код без изменения, либо инвертирует код каждого второго отсчета входной последовательности. Регистры сдвига на два ра-,.25зряда 2,1-2.М предназначены дляхранения последовательности отсчетовиз входного сигнала, взятых с интер 1 валом дискритизации Т. В зависимости от режима работы эта последовательность может быть преобразованакоммутатором 1. Построение блоков 4и 5, а также первого и второго блоковпамяти 6 и 7 зависит от порядкафильтра и способа аппроксимации амп 35литудно-частотной характеристики(АЧХ) циФрового Фильтра.Цифровые фильтры высоких порядковобычно реализуются в виде каскадногосоединения цифровых Фильтров второ 40го порядка, поэтому ограничимсярассмотрением цифровых Фильтров второго порядка, для которых й = 3;И = 4. При построении полосовых илирежекторных фильтров с чебышевской45или баттервортовской АЧХ для коэффициентов элементарного ЦФ второго порядка справедливы соотношения:а = - а з = 0 На первый выход блоо 2 1 фка элементов ЗИ-ИЛИ 4 при этом пере-,50дается код (Ц о, 11.1),где-о-, о о -оО =Х Х ЧХ Х 2 ч Х Х,ХО"-ХХжихНа второй выход подается сигнал 55При любом способе аппроксимацииАЧХ на первый выход блока элеменйтов ЗИ-ИЛИ 5 передается код (ч, ч,ч ), где - о - о2Чо=У 11 УиЧУЧи-о о о -оЧ,1 УИ Уй ЧУЙ 1 УИ-йо ( оЧ,-У-,ЧУ.,У На второй выход подается сиг-онал 5 =у,Если сигнал С, вырабатываемый блоком элементов ЗИ-ИЛИ 4, принимает значение 1, то коммутатор 8 передает код, считываемый из первого блока памяти 6, без изменения, еслу же Г=О, то коммутатор 8 передает обрат ный кад числа, считываемого из пер: вого блока памяти 6. Аналогично работает узел 9. При 5 = 1, код, считанный из второго блока памяти 7, передается без изменения, при 5 О, передается обратный код числа, счи" танного из второго блока памяти 7. Числа д, и ., передаваемые коммутаторами 8 и 9 соответственно, суммируются при помощи второго сумматора 10. Для накопления суммы (1) служат первый сумматор 11, выходной регистр 12 и узел сдвига 13 на два разряда (для учета множителя 4 1 в выражении (1). Поскольку в выражении (2) фигурируют числау, связанные с числами у , представленными в дополнительном коде, при помощи соотношения (3), при передаче результата вычислений в первый регистр сдви га 3.1 на два разряда старший разряд кода З инвертируется при помощицэлемента НЕ 14.Быстродействие предлагаемого циф рового фильтра пропорционально не количеству разрядов о регистров, а пропорционально ф 2, т, е. быстродействие увеличивается вдвое. При попытке одновременной обработки двух разрядов в структуре известноМфй го Цф, общий объем памяти Й = 4. При М=З, М=2 объем памяти 1024 двоичных слова. В предлагаемом ЦФ общий объем памяти удается снизить при М = 3, М= 2 до П = 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 1 получается меньше чемодля частоты 1, то необхидимо произвести настройку ЦФ на частоту Г898592 Цифровой фильтр, содержащий первую и вторую группы регистров сдвиГа, первый блок памяти, первый сум матор, элемент НЕ, выходной регистр, узел сдвига, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен со входом 1 выходного регистра, первый и второй 15 выходы которого соединены с соответствующими выходами фильтра и входами узла сдвига , первый выход выходндго регистра через элемент НЕ соединен с первым входом пер- ро .вого регистра сдвига первой группы, а второй выход выходного регистра соединен со вторым входом первого регистра сдвига первой группы, вход каждого последующего регистра сдвига 25 первой и второй группы соединен с выходом предыдущего регистра сдвига соответственно первой и второй группы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и 30 увеличения точности, в него введены аказ 119 б 8/74 Тираж 953 Подпис 1 ИИПИ Патент",Ужгород, ул. Проектна илиал а входную последовательность подвергнуть частотному преобразованиюпри помощи узла 1,Формула изобретения первый, второй и третий коммутаторы,первый и второй блоки элементов ЗИИЛИ, второй блок памятия второй сумматор, выход которого соединен совторым входом первого сумматора, первый и второй входы сумматора подклю-.чены соответственно к выходам первого и второго коммутатора, первыйи второй входы первого и второгокоммутаторов соединены с первым выходом соответствующего блока элементов 3 И-ИЛИ,и с выходом соответствующего блока памяти, вход которогоподключен ко второму выходу соответствующего блока элементов ЗИ-ИЛИ,входы которого подключены к выходамсоответствующих регистров сдвига соответствующей группы, вход первогорегистра сдвига второй группы подклю-чен к выходу третьего коммутатора,вход которого является входом фильтра. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Голд Б., Рэйдер Ч. Цифровая обработка сигналов. Ч., "Советское радио", 1973,2, Патент СЧА Р 3777130,кл. 235-152, За, опублик. 1973 поо-тотип).