Цифровой фильтр

(2 Ц 4808296/24 (22) 29,03,90 (46) 07,12.92, Бю (72) А,Н.Сычев, В (56) Авторское св М 1474776. кл, 6 (54) ЦИФРОВОЙ (57) Изобретение ной технике и м, %45В,Горский иидетельство06 Р 15/36; ФИЛЬТР относится кожет быть ис А.Н,ЧеремновСССР 986. вычислительпользовано в нала на ст Передтра двоичусиления 3козффицистики текузаписывае ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки информации,Целью изобретения является повышение быстродействия цифрового фильтра путем обеспечения вычисления порядковых статистик и скользящего среднего за 2 такта работы устройства.На чертеже представлена стоуктурная схема цифрового фильтра,Цифровой фильтр содержит блок 1 памяти из и Ги-разрядных регистров памяти 1.1, 1.2, ., 1.и, первую группу 2 из и компраторов 2,1, 2,2 2.п,группу 3 из и реверсивных счетчиков 3,1, 3,2, , 3 и, вторуо группу 4 из и компараторов 4,1., 4,1,., 4 л, блок 5 синхронизации, первую груп п у 6, вторую группу 7, третью группу 8, четвертую группу 9 выходов блока синхронизации, первый 10, второй 11 и третий 12 отдельные выходы блока синхронизации, накапливающий сумматор 13, сумматор 14, мультиплексоры 15 - 17, регистр 18 номера статистики. блок 19 памяти коэффициентов, умножитель 20, ключи 21, 22, блок 23 ключей, элементы ИЛИ 24, 25, элемент НЕ 26, элемент НЕ 26, вход 27 задания режима, информационный вход 28, вход 29 синхронизации, выход ЗО,системах цифровой обработки информации, Цель изобретения - повышение быстродействия, Фильтр содержит регистры памяти, сумматор, мультиплексоры, умножитель, элементы ИЛИ, элемент НЕ, регистр, блок синхронизации, две группы компараторов, группу реверсивных счетчиков, ключи, блок ключей и накапливающий сумматор, 1 ил. Фильтр осуществляет в общем случае нелинейную цифровую фильтрацию входного сигнала, Так, например, ранговая фильтрация входного сигнала реализуется по формуле:Ук =3 Я "(Хк-л+1, , Хк),где н)Хк-и+1,ХК) - )-я порядковая статистика текущих отсчетов выборок) входного сигнала Хк-л+1, .Хк:Ук - значение К-го отсчета сиг выходе фильтра;Д - коэффициент усиленияЕсли )(и + 1)/2, где и - нечетное, то предполагаемый фильтр осуществляет медианнуа фильтрацию сигнала. Если определить р= 1/и ири ) = О, то реализуется операция скользящего усреднения по формуле1Ук = - У Хк - 1+1и тво работает следующим абра началом работы цифровоГО филь ый код весового коэффициента записывается в блок 19 памяти нтов, номер ) порядковой стати-. щих вьборок ВходнОГО сиГнала тся в рсгистр 18 номера статисти 178008910 15 20 30 35 ки. Регистры блока 1 памяти, счетчики группы 3, накапливающий сумматор 13 устанавливаются в нулевое состояние, блок 5 синхронизации устанавливается в исходное состояние с нулевыми сигналами на выходах,В режиме вычисления порядковых статистик на входе 27 задания режима устанавливается нулевой сигнал, ключ 22 запирается, информационный сигнал с выода накапливающего сумматора 13 на вход умножителя 20 не поступает и состояние сумматора 13 не учитывается. Нэ информационный вход 28 фильтра поступает первая выборка Х 1 входного сигнала, а на вход 29 синхронизации поступает первый тактовый импульс. Блок 5 синхронизации Формирует единичный импульс на выходе 6.1 и единич-. ный сигнал на выходе 7,1 групп 6 и 7 соответственно, причем на выходе 7,1 сигнал фиксируется в течение времени 2 г, где тдлител ьность одного такта работы устройства фильтра, Мультиплексор 15 при поступлении единицы с выхода 7.1 блока 5 формирует на выходе слово, соответствующее состояни.о двухступенчатого регистра 1.1 блока 1 памяти, Слово с выхода мультиплексора 151 оступает на вторые информационные входы компарэторов первой группы 2. На пеовый информационньй вход ;-го, = 1,п, компэраторэ группы 2 поступа. ет слово, соответствующее состоянию -го двухступенчатого регистра блока 1 памяти, НЬ первом выходе компаратора 2= 1 п гоуппы 2 формируется единичный сигнал, если слово, поступающее на второй информационный вход, больше слова, поступающего на первый информационный вход, На инверсном втором выходе компаратора 2. Формируется единичный сигнал, если слово на втором информационном входе меньше или равно слову на первом информационном входе компаратора, Сигналы на выходах формируются при поступлении единичного импульса на управляющий вход компаратора 2 ,= 1.,п, с третьего отдельного выхода 12 блока 5 синхронизации, Сумматор 14 формирует число, соответствующее весу кода, устанавливающемуся на вторых выходах компараторов группы 2, Сигнал с первого выхода компаратооа 2,= 1.п группы 2 поступает на вход прямого счета соответствующего счетчика З.К группы 3. Сигнал с выхода сумматора 14 поступает на входы параллельной записи кода всех счетчиков группы 3, Запись кода в счетчик 3 , / = 1 п группы 3 осуществляется с поступлением на вход синхронизации счетчика единичного импульса с выхода 8, группы 8 блока 5 синхронизации, После записи выборки Х 1 в регистр 1,1 по импульсу с выхода 6,1 группы 6 блока 5 синхронизации и снятия импульса на выходе 6,1 блок 5 синхронизации формирует нэ втором такте работы единичные импульсы на выходе 8.1 группы 8 и третьем отдельном выходе 12, В результате компараторь, 2= 2, Зп группы 2 формируют единичные сигналы на первых выходах и счетчики 3.,= 2, З,п группы 3, суммируя со своим содержимым единицу на входе прямого счета, устанавливаются в состояние "1". На первом и втором информационных входах компаратора 2,1 устанавливается слово, представляющее выборку Х 1. В результате единичный сигнал формируется на втором выходе компаратора 2.1. Второй сумматор 14 формирует число "1, которое по импульсу с выхода 8.1 блока 5 синхронизации в параллельном коде записывается в счетчик 3.1 группы 3. При поступлении на информационный вход 28 фильтра выборки Х,=- 2 п, а на вход 29 синхронизации -го,=- 2 п, тактового импульса блок 5 синхронизации формирует единичный импульс на выходе б. группы б и единичный сигнал длительностью 2 т на выходе 7 Л группы 7. По импульсу на выходе б. выборка Х записывается в регистр 1. блока 1 памяти. В соответствии с управляющим сигналом на выходе 7. мультиплексор 15 формирует нэ выходе слово, соответствующее состоянию регистра 1 По окончании. записи выборки Х в регистр 1. и снятия импульса с выхода 6 Л блок 5 синхронизации формирует единичные импульсы на выходе 8 Л группы 8 и на третьем отдельном выходе 12. Компараторы 2.3, ) = 1.п, по импульсу с выхода 12 формируют нэ своих выходах ре эультаты сравнения выборки Х, поступаю 40 щей с выхода мультиплексора 15, с содержанием Х регистра 1,. Если Х ) Х, то формируется единичный сигнал на первом выходе компаратора 2.1 и, поступая на вход прямого счета счетчика 3,), увеличивает его содержимое на "+1". Тем самым увеличивается номер статистики для выборки Х, находящейся среди множества анализируемых выборок, если зта выборка Х оказывается меньше очередной записываемой выборки Хь Если для некоторого , 1 , окажется Х; ( Х 1, то компаратор 2,1 формирует единичный сигнал нэ втором выходе, Ввиду того, что компаратор 2.1 сформирует единичный сигнал на втором выходе, В этом случае сумматор 14 сФормирует число и; с , отражающее номер статистики для поступившей выборки Хь размещая ее тем самым после всех выборок, превышающих или равных выборке Хь Разрешающим импульсом с вь- хода 8. блока 5 синхронизации число и вЛ.1. 1,1,О. ЗЗПИС 1 Ра .; Ч3, ГругП 1,;,СП 3 Р З ТР В . 1, и Г) М И РУЕ С 1 О ;1И. -, 1НЗЛО:-ЗУД.ГЬ Е ,О ЗОМУ ИГ. Гпгекг Орб фоп 1уе а Выхо ,, 1,,П хзонизац "и 1-ГО,-- и тзктОВОГО им; .:ьсз олок 5 .".ихронИзации формирует .-Ц,1 И 1 нь 11 з ихпульс нз выходе 6.1 группы бд 11 И 1;ы. сигнал длительностью 2 т на выхода 7.1 Группы 7, По импульсу на выходе 51 Выборка Х записывается в регистр 1. : зс 1 кз 1 памяти, По сигналу на выходе 71 , Оз 5 мултиплексорз ",5 формирует на :ходе слово, соответстВуюгцее состоянию реГ 1",трз , блока . ПО Окончании записи .,ыо Охи Х В Оег,Стр 1; и снятия импуль 3 с -Одз б. блок 5 синхронизации формиру.: - ВД 1;Н 11 яньЙ импульс нз отдельном выходе 1, которьЙ поступзег на второй управляюг,. вход сум Зтора 13, По этому сигналу э;ментор 13 ,.М,.Г 1 рует слово на информац" яком входе со своим содержимым, В реэльтате сумЗторе 13 окажется загис 11,ь м 1:.ело= У Хс,= 2 п.ПО 1 гостуГлени 11 13 информзЦионный ВХОД 2 б филь гра выборки Хк, К = а и+1, 1 и, а ,2, и ка Вход 2,"4 синхоонизации К-го тзкто ОГ и пульса блок 5 синхронизации фор. рует единичньй импульс на вьходе бЛ : рпг 5, на второ. Отдельном выходе 11 и ед.Ни 1 ный сигнал длиельностью 2 гна вы:;:де 7.; груп-.ь 7. ПО импульсу с выхода 6,1 , ;-ори ;, запись,з;,ется В рег.1 стр 1.11 блока1, 1,;11. По с 11 ., ВыхОДВ ,1 мул 1 ти 1 О ф 1 "1, О енз Вьходе словс, со о: с-ВуОгцее:сстоя"и;о регистра 1, В ,зз;,1- зте на, , -тыле работы цифра. :,:,Го игьоз; :Гходе му 1 тиглексор 1 а 1 б- р,ется слезе Х,;.; соответствуюЦРе:, , - Р а а:;,; 1..;, ЗН,Е СЛОВЗ 1 З И Нфор;. 1 О Ом гходе 1;- с-ечсимого. Б ре.тае в с,;.;. агоре 13 сфо" мируется К,4О око,ан;1:писи выборки Хк в ре.и с "ят; 1. 1;,;и;тьса с выхода 11 и сГ, , .1,; - 1 рГ,Г, 1, Ок 5ин 4 рониззцииЕ 1 1.,1, Е 1 МПУЛЬСЬ На ПЕРВОМ" 1" ем 1 1.1.е :ных Выхэдзх. По им"3, -;,ДЗ ,ОС ГПЗС.ЦЕМу На ВТОрззляО 11 В;Од сутзтора 13, вГ:" ."Е" -.-Г: СЛО КЕНИЕ ГОВЗЕдиничный сигнал на выходе 27 задания режима цифрового фильтра открывает ключ 22 и слово Ек с выхода накапливающего сумматора 13 через ключ 22 и элемент 24 ИЛИ поступает на первый информационный вход умножителя 20, С выхода блока 1 с 9 памяти коэффициентов на второй информационный входумножителя 20 поступаетслоео 3 = 1/п. По импульсу с первого отдельного выхода 10 блока 5 синхронизации умножигель 20 формирует на выхОде цлфрового фильтра скользящее среднее1 1Ук= - Ъ =и иР= - ) Хк-с+1иФормула изобретения Цифровой фильтр, сОдержащиЙ и регистров пямя ги с и - размерность янялясзируемого "окна"), сумматор, два мультиплексора, два элемента ИЛИ, умно- житель, регистр, элемент НЕ и блок синхрсснизации, причем информационный вход фильтра соединен с информационными вхо 1 дами регистоов памяти, выход умножителя лвляегся выходом фильтра, первыЙ информационный вход умножиселя является входом задания коэффициента усиления Ь,:,ГСьтра, ПЕрВЫй ВЫХОД бЛОКа СИНХрОНИЗац":и подкл очен в тактовому входу умножителя, о т л и ч а а щ и Й с я тем, что, с целью поеы шения бь Стродействия, в него введень две группь из гс компараторов, группа из и реверсивньсх счетчиков, два ключа, блок ключей, накапливающий сумматор и третий мультиплексор, причем выход )-го ( = 1,п) регистра памяти подключен к )-м информа- ЦИОННЫМ ВХОДам пврвОго и второго мультиплексоров и к первому информационному ВХОДУ с -ГО КОМПаРатОРа ПЕРВОЙ ГРУППЫ., ВЫ- ход первого мультиплексора соединен с вторыми информационными входами компараторов первой группы и с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом первого слюча, выход которого соедл 1 нен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму информационному входу умножителя, выход второго мультиплексора соединен с информационным входом второго ключа,выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход "Больше" )-го компаратора первой группы подключен к суммирующему входу )-го реверсивного счетчика группы, выход которого соединен с первым информационным входом)-го компаратора второй группы и с)-м информациОнным входом третьего мультиплексора,выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторыми информационными входами компараторов второи группы, выход"Меньше" )-го компаратора второй группы подключен к )-му информационному входу блока ключей группы, )-й выход которогоподключен к вычитающему входу)-го реверсивного счетчика группьс, выход Меньшеравно",-го компаратора первой группы соединен с с-м входом сумматора, выход которого соединен с установочными входами реверсивных счетчиков группы, выход "Равно" )-го компаратора второй группы соединен с входом )-го разряда адресного входа втсрого мультиплексора, тактовый вход блока синхронизации является входом синхронизации фильтра, )-Й выход первой группы выходов блока синхронизации подключен к тактовому входу )-го регистра памяти, )-Й выход второй групг ы выходов блока синхронизации соединен с)-м разрядом адресного входа перього мультиплексора, )-Й выод третьей группы выходов блока синхронизации соединен с тактовым входом )-го реверсивного счетчика группы, )-й выход четвертой группы выходов блока синхронизации соединен с )-м разрядом адресного входа третьего мультиплексора, второй выход блока синхронизации соединен с входом установки в исходное состояние накапливающего сумматора и с управляющим входом блока ключей, третий выход блока синхронизации подключен к тактовым входам накапливающего сумматора и компараторов первой группы, вход задания режима работьс фильтра соединен с управляющим входом первого ключа и через элемент НЕ - с управляющим входом второго ключа, первый выход блока синхронизации соединен с тактовым входом регистра, информационный вход которого является входом задания номера статистики фильтра, ыод регистра подключен к второму оду второго элемента ИЛИ,Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго л.Гагарина, 10 аказ 4437 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5