Цифровой фильтр

(54) ЦИФРОВОЙ (57) Изобрете ализированным ной техники и но для цифоов/ я е отно л средствам вычи может быть исп й обработки си зовалов,ГОСУДАРСТ 8 ЕКНЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АНИЕ ИЗОБ ОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Патент СШАкл, С 06 Р 15/Авторское сВ 1205152, кл. в частности для цифровой фильтрациив различных цифровых комплексах. Цельизобретения - упрощение устройства.Поставленная цель достигается засчет того, что в состав устройствавходят М регистров серии 1,1-1,Л,регистр 2 среза, элементы И 3, шифратор 4, регистр 5 адреса, блок постоянной памяти 6, сумматор 7, регистр 8, элемент И-НЕ 9, блок 10 синхронизации, разряды 11 регистра среза, информационный вход 12, информационный выход 13, тактовый вход 14, вход 15 останова блока синхронизациивыходы 16-19 блока синхронизации,2 ил.Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для цифровой обработки сигналов, в частности для цифровой Фильтрации в различных цифровых комплексах.Цель изобретения - упрощение фильтра.На фиг. 1 приведена функциональная схема цифрового фильтра; на фиг.2 временные диаграммы работы цифрового фильтра.Цифровой фильтр (фиг. 1) содержит И регистров сдвига 11 -. 1.И, регистр 2 среза, элементы И 3, шифратор 4, регистр 5 адреса, блок 6 постоянной памяти, сумматоры 7, регистр 8 (выходной), элемент И-НЕ 9, блок 10 син" хронизации, разряды 11 Регистра 2 среза, информационные вход 12 и выход 13 цифрового фильтра, тактовый вход 14 фильтра, вход 15 останова блока синхронизации, первый 16, второй 17, третий 18 и четвертый 19, выходы блока синхронизации.Работа цифрового фильтра описывается алгоритмомУ(п) =а; Е .(1)1где 7(п) " выходная выборка фильтрав и-й момент времени;В - число выводов из сдвиговых регистров или числооперандов, участвующих вформировании передаточнойфункции;а - коэффициенты, обеспечиваю-1щие требуемую импульснуюхарактеристику или передаточную функцию Фильтра,:Е, - представленные в двоич"ном цифровом коде выборкивходного. сигнала Х,,В.) для рекурсивногофильтра, Ч+К=У.При представлении выборок входного сигнала, а для рекурсивного фильтра и задержанных выборок выходного сигнала, В-разрядным (включая знаковый разряд) числом в дополнительном коде с фиксированной запятойв-Е; = -Е;о+Е;2, (2)= 0 - (В) ,Е - значение знакового разряда,после перестановки слагаемых в (1)получают алгоритм цифровой фильтрации в видев-фР(Ео э "о ээ Ено) у (3)где Г(Е Е,Ен) = Е(3.)М= а; Е;, 1=0 - (В - 1). (4)Цифровой фильтр работает, следую"щим образом. 10 15 Перед началом вычисления очередного и-го выходного отсчета в первый регистр 1.1 сдвига под управлением импульсов записи (Фиг.2 е) вводится очередная выборка входного"сигнала Х. Импульс записи новых операндов (Фиг. 2 е) формируется на выходе 19 блока 10 синхронизации с помощью тактового импульса на входе 14 20 в том случае, если прошло В циклов.Импульс с выхода 19 блока 10 синхронизации подается на управляющие входы параллельной записи первого регистра 1.1 сдвига.Теперь в И регист.рах 1.1-1.Исдвига находятся операнды Е, Е Е, которые для рас 30 сматриваемого нерекурсивного цифрово. го фильтра представляют собой М последних отсчетов входного сигнала Х , Х., ХПериод вычисления одного выходного отсчета У(п) по алгоритмам (3) и (4) в предлагаемом цифровом фильтре состоит из В циклов, границы которых показаны пунктирными вертикальными линиями .(Фиг. 2 е). 35 40 Окончание очередного цикла происходит тогда, когда на всех входах элемента И-НЕ 9 появляется единичный 1 45 потенциал, следовательно, на выходе элемента И-НЕ 9 нулевой потенциал. В эуом случае тактовые импульсы(фиг, 2 а) с входа 14 проходят навыход 18 блока 10 (фиг. 2 а). По пеРеднему Фронту этих импульсов. в каждом очередном 1-м (1 = 0 - (Вцикле осуществляется сдвиг вправо на один разряд содержимого выходного регистра 8. Таким образом, в соответ" 15ствии с формулой (3) выполняется умножение на 2 . суммы, накопленной в результате обработки предыдущих (с номерами меньше 1) разрядов операндов, Этими же импульсами (фиг 2 с)осуществляется сдвиг на один разряд вправо операндов, хранящихся в регистрах 1,1-1.И сдвига, и фиксация очередного (1-го) среза операндов512 н 1 ) в И-разрядном регистре 2 среза.Зафиксированный в регистре 2 срез анализируется М- входовым элементом И-НЕ 9, При этом возможны две ситуации. 10В первой ситуации все разряды в регистре 2 имеют нулевые значения. Тогда на выходе элемента И-НЕ 9 присутствует нулевой уровень. В этом случае тактовый импульс не проходит 15 на выход 17 блока 10, поэтому информация с шифратора 4 в регистре 5 адреса не фиксируется. Блок 6 памяти и сумматор - вычитатель 7 неактивизированы, так как на выходе 16 блока 20 10 присутствует нулевой уровень, Никаких арифметических операций цифровой фильтр в этой ситуации не выполняет. Очередной тактовый импульс снова проходит на выход 18 блока 10 и 25 аналогично выполняется следующий (3+1)-й цикл фиксации и анализа среза.Во второй ситуации, если при выполнении 3-го цикла хотя бы один из 30 триггеров 11.1-11.М регистра 2 среза находится в единичном состоянии, то на выходе элемента И-НЕ 9 появляется единичный уровень и тактовые импульсы с входа 14 пропускаются на выход 17 блока 10 (фиг. 2 д).35При этом в течение каждого следующего из Р периодов тактовых импульсов код с выхода регистра 2 среза поступает на входы группы 3 элемен тов И, на выходах которых, за исключением одного, формируются нулевые потенциалы. При поступлении на входы элементов И импульса с выхода 17 блока 10 на выходе элемента И, первый вход которого соединен с прямым выходом старшего значащего разряда регистра 2 среза операндов Е," Ы порядковый номер разряда, его прио- . ритет), появляется единичный импульс. Код с выходов группы 3 элементов И поступает в шифратор 4 на выходе которого формируется Е-разрядный код3 (Ь = 1 он И) номера старшего (в выполняемом такте) значащего разряда среза операндов.Код старшего нулевого разряда при поступлении тактовых. импульсов с выхода 17 блока 10 фиксируется в регистре 5 адреса. При этом сигналомс выхода 16 блока 10 (фиг. 2 б) активизируются блок 6 постоянной памяти и сумматор 7. Из ячейки блока 6постоянной памяти, адрес которой соответствует коду старшего единичногоразряда среза Е, считывается весовой коэффициент а , который в сумматоре 7 складывается с ранее накопленной суммой, хранимой в выходномрегистре 8 (сдвиг в выходном регистре после арифметической операции невыполняется). Таким образом, осуществляется операция вычисления Р (3) поформуле (4) и одновременное сложениеее с полученной в предыдущих циклахчастичной суммой (3) путем сложения(без сдвига) считываемой из памятивеличины а; Е; с содержимым выходного регистра 8,В этом же такте импульс с выходах-го элемента И группы 3 поступаетна установочный вход двухступенчатого триггера 11.д в регистре 2 среза.По окончании такта триггер 11.1 обнуляется. Теперь И-входовой элементИ-НЕ 9 анализирует новый код на выходе регистра 2 среза и снова возможны две ситуации: на выходе элементаИ-НЕ 9 находится нулевое значение ицикл обработки среза заканчивается,хотя бы один триггер (из числа имеющих приоритет меньше 1) в регистре 2среза находится в единичном состоянии. В последнем случае указаннаяоперация обработки нового старшегоненулевого разряда повторяется. Такпроисходит до тех пор, пока всеразряды регистра 2 среза не примутнулевое значение. На этом цикл обработки среза заканчивается, на выходе Б-входового элемента И-НЕ 9 появляется нулевой уровень, осуществляется очередной сдвиг в выходном регистре 8 и регистрах 1.1-1.И сдвига,а новый (1+1)-й срез фиксируется врегистре 2 среза - начинается новый(+1)-й цикл. После выполнения Вциклов обработки среза вводятся ивыдаются из цифрового фильтра новыеотсчеты и обработка новых выборокповторяется.Рекурсивный фильтр отличается отнерекурсивного только тем, что длярекурсивных фильтров регистры 1,11,М сдвига разбиты на две группы Ч1и К (Ч+К=М) последовательно соединенных регистров. Параллельный (ш-раз рядный) вход первого регистра из второй группы К.1 подключен к второй ш" разрядной группе вьгкодов выходного регистра 8, которая является выходом 13 Фильтра. Управляющие в;.оды параллельной записи первых регистров из первой и второй групп Ч.1 и К.1 объединены и соединены с выходом 19 блока синхронизации. 1 ОПеред началом вычисления очередного и"го выходного отсчета под управлением импульсов (фиг, 2 е) в первый регистр сдвига первой группы 7,1 параллельным кодом записывается очередная входная выборка Х, а в первый регистр сдвига второй группы К. 1 - предыдущий выходной отсчет У поступающий с выхода цифрового фильтра. В М регистрах сдвига находятся 2 О операнды 7 Е Е, которые представляют собой Ч последних отсчетов входного сигнала Х, Х ,Х, хранимых в регистрах первой группы, и К последних отсчетов 25 выходного сигнала У У ,, , У я, хранимых в регистрах вто" рои группы. Далее процесс обработки операндов 2 Е Еосуществля" ется аналогично, ЗОФормула изобретенияЦифровой Фильтр, содержащий М регистров сдвига (М - порядок Фильтра), регистр среза, блок синхронизации,35 регистр, сумматоры, блок постоянной памяти, регистр адреса и шифратор, выход которого подключен к информационному входу регистра адреса, выход которого подключен к адресному входу блока постоянной памяти, выход которого подключен к первому информационному входу сумматора, выход которого подключен к информационному вхо.ду регистра, выход которого являетсяинформационным выходом Фильтра иподключен к второму информационномувходу сумматора, вход синхронизациикоторого соединен с входом разрешеуия считывания блока постоянной памя.ти и подключен к первому выходу блока синхронизации, второй выход кото-.рого подключен к тактовому входу регистра адреса, третий выход блокасинхронизации подключен к тактовымвходам регистра, регистра среза и-го ( = 1,М) регистра сдвига, выход 1-го Ц = 1,М) регистра сдвигаподключен к 1-му разряду информационного входа регистра среза и информационному входу Ц +1)-го регистрасдвига, выход М-го регистра сдвигаподключен к М-му разряду информационного входа регистра среза, четвертый выход блока синхронизации под -ключен к входу разрешения приема информации .-го регистра сдвига а информационный вход первого регистра.сдвига является информационным входомФильтра, тактовым входом которого является тактовый вход блока синхронизации, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью упрощения фильтра, онсодержит М элементов И и элементИ-НЕ, выход которого подключен квходу останова блока синхронизации,прямой выход -го разряда регистрасреза подключен к первому входу -гоэлемента И, второй вход которого подключен к второму выходу блока синхронизации, выход -го элемента И подключен к -му входу шифратора и д-муустановочному входу регистра среза,инверсный выход которого подключен к1387016 Составитель А.Барановлла Техред АКравчук Корректор Л. Пата Редакто аказ 1496 4 и НИИПИ по д 13035, М. чъ Ъь Ъь 704сударственногоам изобретенийва, Ж, Рауш Подписное комитета СС открытий кая наб., д