Устройство для цифровой фильтрации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 119) (1) 1 А 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЪЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Киевский политехнический институт им, 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) 1),С.Каневский и Н.Е,Куц (53) 681.32(088,8)(56) Авторское свидетельство СССР В 1196884, кл. 0 06 У 15/353, Н 03 Н 21/06, 1985.Авторское свидетельство СССР У 1314362, кл. Л 06 Р 15/353, 1985.(57) Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено длявычисления дискретного преобразованияФурье м может быть использовано в(51) 4 О 06 1" 5/332 Н 03 Н 17/06 системах цифровой обработки сигналов.Целью изобретения является расширениефункциональных возможностей устройства за счет вычисления дискретногопреобразования Фурье. Иоставл"ннаяцель достигается за счет того, чтов состав устройства входят генератортактовых импульсов, регистры входныхданных 2.з. (3. = 1,47/), элементыНЕ 3.1, триггеры 4., счетчик по модулю И(11 - длина импульсной характеристики), депифратор, элемент И-НЕ,вход задания режима устройства, зле"менты И 9., регистры 10,х, информационный вход 11 устройства, умножители 12,) (,1 = 1, 11, первая группасумматоров 13,1 вторая группа сумматоров 14 регистры суммы 15. , информационный выход устройства 16,2 ил.(3) 5 10 Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено длявычисления дискретного преобразованияФурье и процедуры циФровой фильтрации и может быть использовано н системах цифровой обработки различногорода сигналов,Цель изобретения -. расширениефункциональных возможностей устройСтва за счет вычисления на данномустройстве алгоритма дискретного преобразования Фурье,На фиг,1 и 2 изображена структур-ая схема устройства.Устройство (фиг. и 2) содержитгенератор тактовых импульсов, регистры 2,х ( х = 1, И/2) входныханных элементы НЕ 3, триггерых, счетчик 5 по модулю И (И -флина импульсной характеристики),Дешифратор 6, элемент ИЛИ-НК 7,ход 8 задания режима устройства,лементы И 9, 5., регистры 10,3., инФормационный вход 11 устройстна,умнощители 12,1 ( 1 = 1, И), первуюгруппу сумматоров 13, , вторую группу сумматоров 14, , регистры 15,суммы и информационный выход 16устройства,Регистр 2,1. входных данных, элемент НЕ З., триггер 4 элементИ 9,1., регистры 10. и 10,3.+1, умноФители 12,5. и 12.з.+1 (3. = 2 К,(=1, И 2), сумматоры 13,3. и 14.3.М регистр 15 суммы образуют модульустройства.Устройство при вычислении дискретйого преобразования фурье, работаетследующим образом.Устройство вычисляет выражение. Г(К) = Я а (и) антк (Х = 0,И,огде а (п) - элементы исходного вектора а размерности И;Е(К) - элементы выходного вектора коэффициентов Фурьеразмерности И,",киг весовые коэффициенты;2 Ов:е 1 = 4-1;ш - номер яходной последовательности.Если вектор аД образует действительные элементы, а это наиболеераспространенный случай, тогда ныраясение с 1) мощно переписать в ниден-Ве(Г ) = ,Г а(п) Бе чь:0 (2) 15 20 25 30 35 40 ) 50 55 М-ш(ск ) = Е а (и) т.и:огде Бе, 1 ш - соответственно действительная и мнимая частикомплексного числа.Вычисление выражений (2) и (3) выполняют аналогично, за исключением того, что на первые входы умножителей подаются или действительные Бе или мнимые Хш части комплексного коэффициента мк", поэтому работу устройстварассмотрим только для выражения (2).С целью упрощения записи обозначениедействительной части чисел ВеаикпВеч мощно опустить.Считаем, что операнды н регистры2 .х, 15., 10,1 принимаются по переднему фронту синхроимпульса, режимувычисления коэффициентов Фурье соответствует единичное значение, а режиму вычисления выходных отсчетовфильтра - нулевое значение на входе8, на выходе дешифратора б н тактеИ/2-1 присутствует нулевой уровень,но всех остальных тактах - единичныйуровень, с целью идентичного представления модсулей второй вход сумматора 14,И/2 соединен с шиной логического нуля, для ограничения числа входов и сохранения работоспособностимодуля элемент НЕ синхросигнала введен в каждый модуль. С выхода генератора тактовых импульсов поступаетсинхросигнал в виде меандра.На первый вход умнощителя 12,поступает значение весового коэффициента ътс" "И К, ( х = 1 И,и - номер такта). Такт работы устройства определяется суммарным временемзадержки двух сумматоров и умножителя,На примере И=4 рассмотрим работуустройства при вычислении алгоритмадискретного преобразования Фурье.В этом случае устройство состоитиз И/2=2 модулей.В исходном состоянии (первыйтакт) н триггерах 4,записаны нули, на входе 11 устройства присутствует операнд а, , который положительным перепадом синхроимпульса записывается в регистр 2,1, на выходе дешифратора 6 присутствует нулевое значение, а на )-входе триггера 4.2единичное, Состояние счетчика 5 тактов - 00.Во втором такте состояние счетчика 5 тактов - 01, н регистр 2.2 посинхроимпульсу записывается а , ав регистр 2,1 - а триггер 4.2 устанавливается в единичное состояниеи с приходом положительного Фронтаинвертированного синхроимпульса в5регистры 0.3 и 10.4 выполняется прип 1 1 пем а, и а соответственно. На 1)вход триггера 4.2 поступает нулевойуровень, на вход триггера 4. - едиОничный. В течение второй половинывторого такта и первой половины третьего такта операнды, принятые в регистры 10.4 и 10.3, поступают на входы умножителей 12,4 и 12.3, где выполняются операции а ьт, а, чв сумматоре 13.2 вычисляется суммаю о в оао+ а, ъ , которая, пройдячерез сумматор 14.2, поступает навход регистра 15,2 суммы,В третьем такте состояние счетчика 5 тактов - 1 О, в регистр 2,2 принимается а в регистр 2.1 - аа на входе устройства после приемаа появляется операнд а, , в триггер 25Ф 714.1 записывается единичное значение,а в триггер 4.2 - нулевое, при этомразрешается поступление инвертированного синхроимпульса на синхровходырегистров 10.1 и 10.2, Во второй половине третьего такта положительнымперепадом инвертированного синхроимпульса в регистры 10.2 и 10.1 принимаются соответственно а и а, врегистр 15.2 таким же синхроимпультсом выполняется прием аъ+ач;в регистрах 10.4 и 10,3 сохраняютсязначения операндов а и а , таккак на их синхровходы не поступаетпрежний Фронт синхроимпульса. За вторую половину третьего такта и первую40половину четвертого такта в умножителях 10,2 и 10,1 вычисляются произведения а"ч, а т соответственно, всумматоре 13.1 - а ч + а ът всумматоре 14.1 - а, ът + а+45+ а",.ч + а" ч = У,", Р поступаетна вход регистра суммы 15.1. На первый вход умножителей 10,4 и 10.3поступают соответственно весовыекоэФФициенты ч , ч50В умножителях 12.4 и 12.3 вычисляются а, ч, а ч, в сумматоре13,2 - а" го +а ч, на вход регистра 15.2 суммы поступает а чо ++ а", ч.о 55В четвертом такте состояние счетчика 5 тактов - 11, а принимаетсяв регистр 2.1, а - в регистр 2,2,на вход устройства поступает а"ов триггеры 4.2 и 4.1 записываютсянулевые значения и поэтому обновления инФормации в регистрах 10.1-10.4не происходит. В регистры 15.1 и15.2 инвертированные синхроимпульсомпринимаются соответственно значенияГ, , которое поступает на выход устройства 16, и а ч +а ъ. На первые входы умножителей 0,4-10,1 поступают соответственно весовые коэФФициенты ч , ю , ч , ч . В умножитео й 2 3лях 10.4 и 10.3 вычисляются а ч,а ч , в сумматоре 1 3,2 - а ч +,т 2о+ а, ч , и это значение, пройдя через сумматор 14.2, поступает на входрегистра 15.2 суммы,В умножителях 10.2 и 101 вычисляп а щ Зется а ъ", а ч соответственно, всумматоре 13.1 - а ч+ а ч, всумматоре 14. 1 - аът +а 1+аг.а 3фь т т ЪВ пятом такте состояние счетчикаФ5 тактов - 00, а, принимается в регистр 2.1, а - в регистр 2,2, навход устройства поступает а, втриггеры 4.1 и 4,2 записываются нули,но на вход триггера 4.2 с выхода элемента И-НЕ 7 поступает единичное значение. В регистры 15.1 и 15,2 принимаются соответственно У, и а у ++ а, ъГ,На первые входы умножителей 10.410.1 поступают соответственно весовыекоэФФициенты ч , ю , ч , ч , В умно"жителях 10,4 и 10,3 вычисляютсяо 1 п 3а, т, а, ч, в сумматоре 13.2н о м 3а ч + а, ъ , и это значение поступает на вход регистра 15,1В умножителях 10.2 и 0,1 вычисляются а7 ОЭасоответственно, в сумматорео о т г13, - а т + а ът, в сумматоре14.1 - аъ+ а ч+ а +а чЩВ шестом такте состояние счетчика5 тактов - О 1, работа устройствааналогична описанной для .второго такта. В регистр 2,1 принимается а"в регистр 2.2 - а", на вход устройства поступает а" , в триггер4.2 записывается единичное, в триггер 4.1 - нулевое значение. В регистры 15.1 и 15,2 принимаются соответственно Р и а м+ а ч.На первые входы умножителей 10.410.1 поступают весовые коэФФициентыо гъ, ч , ч , ъ . С приходом положи-.тельного Фронта инвертированного син 5 13888хроимпульса в регистры 10,4 и 10.3выполняется прием а, , асоответственно. На Л-входе триггера 4,1единичный уровень,В умножителях 104 и 10.3 нычисО ф плявтся а , а., н сумматоре13.2 - аъ + а". В умножителяхфО 1 1 О 1 Р10.2 и 101 вычисляются а ч, аъв сумматоре 131 - а т+ а ъ, нсумматоре 14.1 - а+а ът" +а ++ач =РВ седьмом такте работа устройствааналогична описаннойдля третьего тактаза исклвчейием того, что н регистр15.1 суммы принимается коэффициент15Фурье Уз, на входе регистра 15.1,лфприсутствует коэффициент фурье 1,и т.д.При реализации процедуры Фильтрации устройство вычисляет выходныеотсчеты Фильтра н соответствии с выражениемх (К) =а(К - и) И(п), . (4)и:о 25где Ь(п) - коэффициенты импульснойхарактеристики Фильтра",а(п) - отсчеты входного сигнала.При работе устройства н режимефильтрации на вход 8 устройства подается низкий уровень напряжения, кото 30рый устананливает все триггеры нединичное состояние, что обеспечивает прием исходных операндов в каждом такте в регистры 10.1-10.И, Напервые входы каждого уьножителя 10.,. 35постоянно поступает коэффициент Ь(:).Первый выходной отсчет Фильтра получаем чйрез 11/2 тактов, в каждом следующем такте на выходе Фильтра появляется новый отсчет,Формула из о брет енияУстройство для цифровой Фильтрации, содержащее И умножителей, первую группу из И/2 (И - длина импульсной характеристики) сумматоров, вторув группу из И/2 сумматоров, И/2 регистров суммы, И/2 регистров входных данных, счетчик по модулю 11, 50 дешифратор, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к тактовым входам И/2 регистров входных данных, счетному входу счетчика по модулю И, информационный выход 55 которого подключен к входу дешифрато 91 6ра, информационный вход устройства является информационным входом первого регистра входных данных, выход -го регистра (3.=1, И/2-1) входных данных подключен к информационному входу (.+1)-го регистра входных данных, первый вход -го (,1= 1,11) умно- жителя является входом задания,1-го коэффициента устройства, выход 1-го (1= 2 К, К=1, 11/2) умножителя подключен к первому входу К-го сумматора первой группы, выход Б-го (Б - 2 К, К=1, И/2) умножителя подключен к первому входу К-го сумматора второй группы, выход которого подключен к информационному входу К-го регистра суммы, выход которого подклю-чен к второму входу (ш)-го сумматора второй группы (ш=2, И/), выход первого регистра суммы является информационным выходом устройства, второй вход 11/2-го сумматора второй группы является входом заданилогического нуля устройства, о т л и - ч а в щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей за счет выполнения преобразования Фурье, в него введены элемент И-НЕ, И/2 элементов НЕ, И/2 триггеров, И/2 элементов И, И регистров операндов, информационный вход 1-го регистра операндов подключен к информационному выходу 1-го регистра входных данных, инфррмационный вход Б-го регистра входных данных подключен к выходу Б-го регистра входных данных, выход Б-го регистра операндов подключен к второму входу Б-го умножителя, тактовые входи Б-го и (1+1)-го регистров операндов объединены и подключены к выходу Б-го элемента И, первый вход которого подключен к прямому выходу Б-триггера, а второй выход Б-го элемента И соединен с тактовым входом Б-го регистра суммы и подключен к выходу Б-го элемента НЕ, вход которого соединен с тактовым входом Б-го триггера и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, Л-вход Б-го триггера подключен к прямому выходу (Б+1)-го триггера, В-вход 11/2-гд триггера подключен к выходу элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к выходу дешифратора, а второй вход элемента И-НЕ является входом задания режима устройства.1388891 оставитель А,Бараноехред М.Ходанич Редактор А.О ск рект Заказ 1582/5 оизводственно-полиграфическое предприят Уж Лроектна 1 Тираж 704 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москва, Ж, РауПодписнокомитета СССРи открытийская наб., д, 4/5