Цифровой фильтр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСЙИХРЕСПУБЛИН 1)4 С 06 Р 15/3 ПИСАН ОРСКОМ топу ую 4 е эле 18 еГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(5) Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в системах цифровой обработкиинформации. Быстродеиствие цифровогофильтра возрастает за счет распараллеливания процесса вычисления порядковых статистик и скользящего среднего по словам массива памяти. Цифровой,ЯО 147467 фильтр содержит блок памяти 1, со ящий из и щ-разрядных ячеек, груп п элементов И 2, первую 3 и втор группы и триггеров, сумматор 5, р гистр 6, первый элемент И 7, нрео разователь 8 последовательного ко в параллельный, блок 9 памяти коэ циентов, умножитель 10, формирова тель 11 тактовыхимпульсов, группу ментов ИЛИ 12, сумматор 13 однора рядных чисел, второй элемент И 14 элемент ИЛИ-НЕ 15, первый 16 и вт рой 17 элементы НЕ, мультиплексор и коммутатор 19, Сущность работы рового фильтра заключается в том, что процесс вычисления порядковых статистик и скользящего среднего дется параллельно по словам и пос довательно по разрядам, т.е. за в тактов работы цифрового фильтра.1 ил., 2 табл.Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в системах цифровой обработки информации.Целью изобретения является повыше 5ние быстродействия цифрового фильтра.На чертеже показана блок-схемацифрового фильтра.Цифровой фильтр содержит блок 1памяти, состоящий из и ш-разрядныхячеек, группу и элементов И 2, первую3 и вторую 4 группы и триггеров, сумматор 5, регистр 6, первый элементИ 7, преобразователь 8 последовательного кода в параллельный, блок 9 памяти коэффициентов, умножитель 10,формирователь 11 тактовых импульсов,группу и элементов ИЛИ 12, сумматор13 одноразрядных чисел, второй элемент И 14, элемент ИЛИ-НЕ 15, первый16 и второй 17 элементы НЕ, мультиплексор 18 и коммутатор 19. Выходыблока 1 памяти подключены к первымвходам элементов И 2 группы, вторые 25входы которых соединены с прямыми выходами соответствующих триггеров вто-рой группы 4, выходы регистра 6 соедиенны с входами сумматора 5 и состаршими разрядами входа множимого 30умножителя 10, вход множителя подключен к выходу блока 9 памяти коэффициентов, а выход является выходом 20фильтра, вход 21 начальной установкикоторого соединен с входом записиблока 1 памяти, с управляющим входомкоммутатора 19, с входом установкитриггеров. первой группы 3 в "0", триггеров второй группы 4 в "1" и с управляющим входом формирователя 11 тактовых импульсов, информационные входы блока 1 памяти являются информационными входами 22 цифрового фильт",ра, установочные входы 23 которогоявляются вторыми информационными входами коммутатора 19, вход 24 заданиярежима цифрового фильтра связан свходом задания режима блока 1 памяти.Цифровой фильтр работает следующим образом.Предлагаемый фильтр осуществляетв общем случае нелинейную цифровуюфильтрацию входного сигнала, Так, например, ранговая фильтрация входногосигнала реализуется по формулеУк- К (ХХк),огде К., (ХХ) - 1-тая поряд)ковая статистика текущих отсчетов (Выборок) входного сигнала Х.,ХУ- значениеК-го отсчета сигнала на выходе фильтра;р - коэффициентусиления.Когда 3 = (и + 1)/2, где и - нечетное, то предлагаемый цифровой фильтр осуществляет медианную фильтрацию сиг нала, которая очень эффективна для сглаз живания импульсного шума. Если положить,что р.= 1/и, то получаем обычный сглаживающий фильтр, который реа лизует операцию скользящего усреднения по формуле Перед началом работы цифрового фильтра двоичный код весового коэффициента усиления р записывается в блок 9 памяти коэффициентов. На вход 21 фильтра поступает сигнал "Подготовка", устанавливающий первую 3 и вторую 4 группы триггеров соответственно в нулевое и единичное состояния. Кроме того, этот же сигнал разрешает запись в блок 1 ,памяти очередного значения входного сигнала, поступающего на информацион,ный вход 22 фильтра, и связывает вход 23 Фильтра с входом регистра 6. При этом в режиме вычисления порядковых статистик в регистр 6 записывается дополнительный код номера порядковой статистики, а в режиме вычисления скользящего среднего - нулевой код. Причем на выходах формирователя 11 тактовых импульсов, как и на входе 24 фильтра, .при этом поддерживается нулевой потенциал.В режиме вычисления порядковых статистик на вход 24 фильтра поступает единичный сигнал. При этом запрещается запись в регистр 6, а мультиплексор 18 связывает выход переноса сумматора 5 с входом преобразователя 8Кроме того, на вход 21 фильтра поступает сигнал (нулевого или единичного уровня) "Работа", т.е. разрешается работа формирователя 11 так 1474676товых импульсов, запрещается записьв блок 1 памяти, а коммутатор 19 связывает выходы сумматора 5 (все выходысуммы, кроме выхода младшего разряда,и выход переноса) с входами регистра6, При поступлении тактового импульса с первого выхода формирователя .11на вход блока 1 памяти на его выходах формируется старший разряд всехп слов, хранящихся в памяти, данныйдвоичный код поступает на входы сумматора 13 одноразрядных чисел, на выходах которого формируется код суммыколичества единиц входного двоичного 15кода. Если количество единиц входного двоичного кода равно или превышаетномер порядковой статистики, записанный в регистре 6, то на выходе переноса сумматора 5 формируется единичный сигнал, который разрешает записьв триггеры второй группы 4. Иначе нулевым сигналом с выхода переноса сумматора 5 разрешается запись в триггеры первой группы 3. Кроме того, сигнал с выхода переноса сумматора 5 по"ступает на вход преобразователя 8 последовательного кода в параллельный,на выходах которого после окончанияш аналогичных тактов работы фильтраформируется код порядковой статистики К (Х к-и 1Х к)Причем сигналомс третьего выхода формирователя 11тактовых импульсов разрешается работа умножителя 10, на выходе которого35формируется результат вычислений8 К (Х к ,Х ). При этом в триггерах второй группы 4 нулями отмечаются слова, меньшие К (ХХ ),а в триггерах первой группы 3 единицами отмечаются слова, большиеьК;(Х, ,Х,).П р и м е р 1. Работа фильтра врежиме вычисления порядковых статистик,Пусть в блоке 1 памяти, хранятся 455 4-разрядных чисел (п=5, ш=4)1010100100101101 500101,а в регистре б записан дополнительный код номера порядковой статистики (1=(п+1)./2=3)101, т.е. вычисляется55 медиана текущих отсчетов входного сигнала. Тогда работа цифрового фильтра в режиме медианной Фильтрации иллюстрируется табл.1,Таким образом, при р= 1 на выходе фильтра устанавливается результат К = 1001.В режиме выполнения операции скользящего среднего на вход 24 фильтра поступает нулевой сигнал, что не препятствует записи информации в регистр б и запрещает запись в триггеры первой 3 и второй 4 групп. Кроме того, мультиплексор 18 связывает вы-. ход младшего разряда сумматора 5 с входом преобразователя 8. При поступлении сигнала на вход 21 фильтра разрешается работа формирователя 11 тактовых импульсов, запрещается запись в блок 1 памяти, а коммутатор 19 связывает выходы сумматора 5 с входами регистра 6. Импульсом с первого выхода формирователя 11 разрешается считывание разрядных срезов всех и слов, хранящихся в блокепамяти, начиная с младших разрядов (режим считывания информации с блока 1 памя" ти, начиная с младших разрядов, задается нулевым сигналом, поступающим на вход блока 1 с входа 24 фильтра). При этом на выходах сумматора 13 формируется код количества единиц входного двоичного кода, который суммируется с содержимым регистра б, Причем код с выходов суммы сумматора 5 (кроме выхода младшего разряда)и значение сигнала с его выхода переноса (как старший разряд выходного кода) записываются в регистр 6, а значение младшего разряда суммы поступает на вход преобразователя 8. После окончания ш аналоговых тактов работы фильтра на вторых входах умножителя формируется код суммы п чисел, хранящихся в блоке 1 памяти (старшие разряды суммы поступают с выходов регистра 6), а на первых его входах - код коэффициента усиления. При поступлении на управляющий вход умножителя 10 импульсов с третьего выхода формирователя 11 на его выходе формируется результат вычислений.П р и м е р 2. Работа фильтра в режиме выполнения операции скользящего среднего.Пусть в блоке 1 памяти хранятся 5 3-раэрядных чисел (п=5, ш = 3)010011111011101,1474 б 7 б 510 Цифровой фильтр, содержащий регистр выходы которого подключены к старшим разрядам входа множимого умножителя, вход множителя которого соединен с выходом блока памяти коэффициентов, выход множителя является информационным выходом фильтра, формирователь тактовых импульсов, первый выход которого подключен к входу считывания блока памятиинформационные выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, первую и вторую группы триггеров, входы установки в "1" триггеров второй группы объединены с входом записи блока памяти и являются входом .начальной установки фильтра, прямые выходы триггеров второй группы подключены соответственно к вторым входам элементов И группы, второй выход формирователя тактовых импульсов соединен с тактовым входом преобразователя последовательного кода в параллельный, первый элемент И, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены сумматор одноразрядных чисел, второй элемент И, элемент ИЛИНЕ, первый и второй элементы НЕ, коммутатор, мультиплексор и группа элементов ИЛИ, первые входы которых соединены с выходами соответствующих элементов И группы, а вторые входы - с прямыми выходами соответствующих триггеров первой группы, синхровходы которых соединены с выходом второго элемента И, информационные входы триггеров первой группы объединены с информационными входами одно 15 20 геров первой группы, с управляющим входом коммутатора и является вхо 30 35 40 45 50 а= 101, Тогда работа цифрового фильтра в режиме вычисления среднего арифметического и чисел иллюстрируется табл. 2.Таким образом, на первых входах умножителя 1 О становится код суммы (10100), а на его выходах - результат вычислений (100). Формула изобретения именных триггеров второй группы, с одноименными входами сумматора одноразрядных чисел и подключены к выходам соответствующих элементов ИЛИгруппы, выход сумматора одноразряд-.ных чисел соединен с входом первогослагаемого сумматора, выход младшегоразряда которого соединен с первымвходом мультиплексора, выход которого подключен к информационному входупреобразователя последовательного кода в параллельный, выход которогосоединен с входом младшего разряда множимого умножителя, тактовый вход умножителя подключен к третьему выходу формирователя тактовых импульсов,вход синхронизации которого объединен с входами установки в "0" триг,дом начальной установки фильтра, вход задания режима блока памяти объединен с первыми входами элемента ИЛИ-НЕпервого и второго элементов И, с управляющим входом мультиплексора и является входом задания режима фильтра,второй вход элемента ИЛИ-НЕ подключен к выходу первого элемента НЕ,вход которого объединен с вторымивходами первого и второго элементовИ и соединен с вторым выходом формирователя тактовых импульсов, выход переноса сумматора подключен к третьему входу первого элемента И, к второму входу мультиплексора, к одному .из информационных входов первой группы коммутатора и к входу второгоэлемента НЕ, выход которого соединенс третьим входом второго элемента И,выходы старших разрядов сумматораподключены к другим информационнымвходам первой группы коммутатора,вторая группа информационных входовкоторого является входом установкифильтра, выход коммутатора соединенс информационным входом регистра,выход которого подключен к входу второго слагаемого сумматора, тактовыйвход регистра соединен с выходом эле- .мента ИЛИ-НЕ.1474676 Т а б л и ц а 1 Номер такта Сигналы На выходах блока 1 паНа прямых выходах триггеровНа выходе:переносасумматора 5 На выходах сумматора13 второй первой группы группы 4 3 мяти Таблица 2е т Номер такта Сигналы На выходах блока 1 паНа выхоНа выхоНа выходемладшегоразряда дах сумматора13 дах регистра т уммато 1111 1110 0101 00 00 О 00 01 010 О 1 010 3 Составитель Л.Григорьян -Чтенцедактор О.Юрковецкая Техред Л.Сердюкова КорректорМ.Демч Тираж 667 Подписноеного комитета по изобретениям н открытиям при ГКНТ СС 035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 1896/48ВНИИПИ Государе роизводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгор Гагарина, 1 0 1 2 3 1 01000011010001011 11111 11010 11010 11010 11010 00000 00000 00010 10010 10010 На выходахгруппыэлементов ИЛИ12 110 О 011 00010 001 10010 010 11010 011 На первыхвходахкоммутатора 19,1 0 О 1