Устройство для цифровой фильтрации

СОЮЭ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) (11) С Об Р 1 УЗ 53,Н 17/ Гю 1 ф;г" " 7 ОПИСА БРЕТЕНИ ОВОЙ ФИЛЬТБюл. 9 24,ордена Ленинтут им,50 й социалист а полите етия Велической ре) и И Канев Синичук077376.я инвидеР 20 егральнаяосигналов. - с. 74 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Киевскийнический инстикой Октябрьсковолюции(56) Патент С 1 цА 9 39кл. С Об Р 15/353, 1Уильямс Ф. Цифровсхема для фильтрации(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРРАЦИИ(57) Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в системах цифровой обработки радиолокационных, видео-, сейсмических.и других сигналов, Цель изобретения - повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что устройство имеет в своем составе (Я+1)/4 вычислительных блоков, каждый из которых содержит пять регистров, четыре сумматора и два умножителя с соответствующими связями между узлами устройства. 2 ил.1 12Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработкирадиолокационных, видео-, сейсмических и других сигналов,Цель изобретения - повышение быстродействия устройства,На фиг, 1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства; нафиг. 2 - блок-схема алгоритма формирования отсчета выходного сигналаУ (п),Устройство содержит Ь=(И+1)/4вычислительных модуля 1.1-1.Ь, причем первый вход 2.х 1-го блока (==2,3Ь) соединен с первым выходом3.(1-1)-го блока второй вход 4.1-го блока (ь.=1,2Ь) соединенс вторым выходом 5,1+1 (+1)-го блока, пятый вход 6,х -го блока (=(1.=1,2. Ь) соединены с входамивесовых коэффициентов симметричнойимпульсной характеристики устройства.Тактовые входы 10, (д=1,2Ь)всех блоков соединены с тактовым входом устройства. При этом первый вход2.1 и третий выход 7,1 первого модуля .1 являются соответственновыходом и входом устройства, Первый выход З.Ь последнего модуля 1.Ь соединен с вторым входом 4,Ь этого же модуля, а на пятый вход 6.Ь подан сигнал логического нуля.Каждый вычислительный блок содержит регистр 11, вход которого соединен с первым входом 2 модуля 1, а выход - с первым выходом 3 модуля 1, регистр 12, вход которого соединен с вторым входом 4 модуля 1, а выход - с входом регистра 13, выход которого соединен с входом четвертого регистра 14, выход которого соединен с вторым выходом 5 блока 1, сумматор 15, первый вход которого соединен с первым входом 2 блока, а второй вход - с выходом регистра 12, сумматор 16, вход которого соединен с выходом регистра 11, а другой вход - с входом 4 блока 1; первый 17 и вто"рой 18 умножители, первые входы которых соединены с выходами соответственно сумматоров 15 и 16 вторые входы - соответственно с третьим 8 и четвертым 9 входами блока 1, а выходы - соответственно с первым и 41258 2вторым входами сумматора 19, выходкоторого соединен с входом сумматора 20, выход которого соединенс третьим выходом 7 блока 1, а другой вход - с выходом регистра 21,вход которого соединен с пятымвходом 6 блока 1.Тактовые входы всех регистровсоединены с тактовым входом 10 бло ка 1Устройство работает следующим образом.Правило формирования выходныхотсчетов У(п) имеет вид: 5 7(п):=а(1)Х(М+п)+а(2)Х(М+и)++Х(М+пЯ +а(3)Х(М+и+1)+Х(М+и-ЗЯ ++а(М)Х(И+и)+Х(п), (1)где :Я - число весовых коэффициен тов симметричной импульснойхарактеристики устройства,включая равные коэффициенты;М=(И++1)/2 - количество различных коэф 25 фициентов импульсной характеристики;а(1.) - весовые коэффициенты симметричной импульсной характеристики устройства (1=1,М),о причем а(1) - центральныйвесовой коэффициент;х(1),У(п) - отсчеты соответственно навходе и на выходе устройст-.ва (1, п=1,2,3. ),Первый двучлен а(1) Х(М+и) формулыв устройстве реализованв видеа(1)Х(М+п)+Х(М+и)с 1 О2т,е, на вход центрального весовогокоэффициента устройства подана величина а(1)/2, так как на первыйвход умножителя 18.Ь подается удвоенный входной отсчет Х(М+п),Операцию цифровой фильтрацииустройство выполняет следующимобразом. На протяжении первых (Н-Ь)тактов, где такт - отрезок временимежду передними фронтами двух тактовых импульсов, поступающих на тактовый вход устройства, осуществляетсязаполнение регистров блоков - режимхолостого хода. Новый входной от счет поступает на вход устройствасразу после прихода переднего фронта тактового импульса. В (Ы-Ь)-мтакте поступившие на вход устрой24 10 Рассмотрим получение отсчета У(п). При этом описывается работа только50 той части устройства, которая связана с формированием к.(и). Такт (и+7). В третьем блоке формируются на выходах: сумматора 55 16,3 - Х(п+5)+Х(п+5) =2 Х(п+5);умножителя 18. 3-2.Х(п+5)1/ а(1) (так как на второй вход умножителя ства (М-Ь+1) входных отсчета Хнаходятся соответственно: Х(М-Ь+1) -на входе устройства; Х(М-Ь) - в регистре 11.1; У(М-Ь-) - в регистре11.2; ХМ+1)/2) - в регистре 11.Ь; 5ХМ+1)/2-) - в регистре 12.Ь;ХМ+1)/2-2) в .в регистре 13.Ь;ХМ+1)/2-3) - в регистре 14.Ь;Х(2) - в регистре 12.2; Х(1) - в регистре 13,2.С приходом очередного тактовогоимпульса происходит сдвиг входныхотсчетов в цепочке, образованнойрегистрами 11.1 - 11.Ь, 12.Ь, 1 З.Ь,14.Ь, 12.Ь, 13.Ь, 14.Ь,., 1512.1, 13.1, 14.1. Таким образом, сначалом каждого нового такта номера хранимых в указанных регистрахвходных отсчетов Х(3) увеличиваютсяна единицу по сравнению с предыдущим 20тактом.Рассмотрим работу устройства приформировании отсчета 7(п) для случаяМ=1, что соответствует М=6 различным весовым коэффициентам симметричной импульсной характеристики фильтра. Устройство содержит Ь-(М+1)/4=3вычислительных модуля. Режим холостого хода длится М-Ь=7 тактов.Формула. (1) формирования выходных отсчетов для М=11 приобретаетследующий вид;У(п)= в у Х(п+5)+Х(п+5)Д +а(2)ка(1)к 1 Х(п+6)+Х(п+4) а(6) Х(п+1 О)++Х(п)Д, (2)где п=1, 2, 3,Выходной отсчет У(п) начинает формироваться в (М-Ь+и)=(7+п) такте,причем входные отсчеты в этом тактенаходятся: У(п+8) - на входе устройства; Х(п+7) - в регистре - 1,1;Х(п+6) - в регистре 11.2; Х(п+5)в регистре 11.3; Х(п+4) - в регистре 12.3; Х(п+3) в регистре 13,3Х(п+2) - в регистре 14.3; Х(п+1)в регистре 12.2; Х(п) - в регистре13,2,258 418.3 подается - а(1; сумматора 15.3 - Х(п+6)+Х(п+4); умножителя 17.3 - Х(п+6) +Х(п+4)а(2); сумматора 9.3 - 1 Х(п+6)+Х(а+4) а(2)+ +Х(п+5) а(1)1 сумматора 20.3Х(п+6)+Х(п+4)3 а(2)+Х(п+5) а(1) (на втором входе сумматора 20,3 сигнал логического нуля).Такт (и+8). Третий блок начинает формировать выходной отсчет У(п+1) аналогично описанному, в то время как второй модуль продолжает вычисление У(п). В этом такте во втором блоке формируются на выходах: сумматора 16,2 - Х(п+7)+Х(п+3); умножителя 18.2 - Х(п+7)+Х(п+3)а(3); сумматора 15.2 - Х(п+8)+Х(п+2); умножителя 17,2 - Х(п+8)+Х(п+2)1 а(4); сумматора 19.2 - Х(п+7)+Х(п+3) а(3)+ +Х(п+8)+Х(п+2)а(4); сумматора 20.2- Х(п+5), а(1)+ Х(п+6)+Х(п+4)а(2)+ + Х(п+7)+Х(п+3)а(3)+Х(п+8)+Х(п+2) е а(4) (так как в регистре 21. 2 содержится слагаемое, сформированное в предыдущем такте третьим блоком).Такт (и+9). В третьем блоке начинается формирование отсчета У(п+2), во втором и первом блоках продолжается формирование соответственно отсчетов к(и+1) и У(п). В первом блоке формируются на выходах: сумматора 16.1 - ГХ(п+9)+Х(п+1); умножителя 18. - Х(п+9)+Х(п+1)Д а(5); сумматора 15,1 - Х(п+1 О)+Х(п); умножителя 17.1 -Х(п+10)+Х(п) а(6); сумматора 19. - Х(п+10)+Х(п)Д а(6)+ +Х(п+9)+Х(п+) а(5); сумматора 20, - Х(п+5)е а(1)+Х(п+6)+Х(п+4)Д к а(2)+ Х(п+7)+Х(п+3) а(3)+Х(п+8)+ +Х(п+2)Д а(4)+ Х(п+9)+Х(п+1) а(5)++ Х(п+1 О)+Х(п)Д а(6) .Таким образом, в каждом такте начиная с 10-го на выходе устройства появляются выходные отсчеты к(и), сформированные в соответствии с выражением (2).Формула изобретенияУстройство для цифровой фильтрации, содержащее (М)/4 вычислительных блока (М - число отсчетов импульсной характеристики), причем каждый вычислительный блок содержит четыре регистра, первый и второй умножители, первый и второй сумматоры, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и20 второго умножителей, вторые входыкоторых являются входами коэффици- .ентов соответственно первой и второйгрупп устройства, а тактовые входыпервого, второго, третьего и четвертого регистров всех вычислительныхблоков объединены между собой и являются тактовым входом устройства,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, . 10с целью повышения быстродействия, внего введен (0+1)/4-й вычислительныйблок, причем в -й (=1(И+1)/4)вычислительный блок введены третийи четвертый сумматоры и пятый регистр 15причем выход первого регистра подключен к первому входу первого сумматора, выход второго регистра подключенк первому входу второго сумматора иинформационному входу третьего регистра, выход которого подключен кинформационному входу четвертого регистра, выходы первого и второго умножителей подключены соответственнок первому и второму входам третьего 25сумматора, выход которого подключенк первому входу четвертого сумматора,второй вход которого подключен к выходу пятого регистра, при этом выходпервого регистра -го (1=1,30(Н)/4) вычислительного блока подключен к второму входу второго сумматора и информационному входу пер-вого регистра (+1)-го вычислительного блока, информационный выходчетвертого регистра Е-го Ь=2(К+1)/4) вычислительного блока под-ключен к второму входу первого сумматора и информационному входу второго регистра (1 с)-го вычислительного блока, а выход четвертого сумматора Е"го вычислительного блокаподключен к информационному входупятого регистра Ф)-го вычислительного блока, выход четвертогосумматора и информационный выходчетвертого регистра первого вычислительного блока являются соответственно первым и вторым информационнымивыходами устройства, выход первогорегистра (И+1)/4-го вычислительногоблока подключен к второму входу первого сумматора и информационному входу второго регистра (И+1)/4-го вычислительного блока, информационныйвход пятого регистра которого является входом константы устройства,тактовые входы пятых регистров всехвычислительных блоков и тактовыевходы первого, второго, третьего ичетвертого регистров (И+1)/4-го вычислительного блока объединены и яв"ляются тактовым входом устройства,к писное арственног изобретен ва, Ж,д. 4/5 Про риятие, г. Ужгород я, 4 601/45ВНИИПИ Гопо дел113035, М роиэводственно-полиграфическое П комитета С и открытий аушская наб