Цифровой фильтр

Союз СоветскикСоциал истнческмкРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУи 904201во делам нзебретеннй н аткрытнй) ЦИФРОВСИ ФИЛЬ 10 Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов.Известно устройство, предназначенное для выполнения .цифровой фильтрации, содержащее две циклические памяти, умно- жители и сумматоры, фильтрация сигналов производится по формуле свертки, но вычисление произведений пар чисел Ь и "ипроизводится на одном или небольшом числе умножителей 111.В этом устройстве цифровой фильтрации аппаратурные затраты значительно снижены, но для вычисления одного отсчета свертки требуется большее время, так как арифметические операции выполняются последовательно на одном оборудовании.Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство цифровой фильтрации, содержащее блок памяти коэффициентов импульсной характеристики Ь, первый вход которого является входом записи массивачисел Ь, второй вход и выход соединены с первым адресным счетчиком ивходом первого регистра соответственно,выход которого соединен с первым входом устройства умножения, соединенного своим выходом со входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с цифроаналоговым преобразователем, второй вход устройства умноженияподключен к выходу сумматора, первыйи второй входы которого соединен с вы.ходами второго и третьего регистров соответственно, первый и второй блоки памяти входных отсчетов первыми входамисоединенные со вторым и третьим адресными счетчиками соответственно, вторыми входами соединенные с выходамичетвертого и пятого регистров, выходтретьего регистра соединен со входомпятого регистра и первым входом четвертого регистра, второй вход которогосоединен с выходом первого блока памяти входных отсчетов, первый вход треть 3 9042 его регистра является входом фильтра, а второй вход третьего регистра и вход ,второго регистра соединены с выходами второго и первого блоков памяти входных отсчетов соответственно 2.5. Недостатком, устройства является низкое быстродействие, связанное с непроизводительной затратой времени на выполнение операции сдвига входного массива и с большим количеством операций умно р жения. Большое количество умножений приводит к резкому снижению быстродей ствия устройства, причем временные затраты линейно возрастают с ростом порядка фильтра Й15Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой фильтр, содержащий блок памяти входных отсчетов, первый регистр, формирователь импульсов, выход которого соединен со входом первого адресного счетчика, выход которого подключен к первому входу блока памяти коэффициентов, выход которого соединен со входом второго регистра, выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которого соединен со входом первого накапливающего сумматора, выход которого соединен со входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является аналоговым выходом фильтра, а выход . первого накапливающего сумматора явля35 ется цифровым выходом фильтра, причем выход блока памяти входных отсчетов соединен со входом первого регистра, первый вход блока памяти входных отсчетов является входом фильтра, а второй вход блока памяти коэффициентов является входом записи коэффициентов, введены второй и третий адресные счетчики, блок памяти рангов, дешифратор, сумматор, мультиплексор,второй накапливающиййсумматор и блок синхронизации, первый выход которого подключен ко входу второго адресного счетчика, выход которого соединен с первым входом блока памяти рангов первый выход которого йодключен к первому входу сумматора и входу дьшифратора, выход которого соединен со вторым входом блока памяти входных отсчетов и вторым входом мультиплексора, выход которого подключен к первому входу второго накапливающего сумматора, 55 выход которого соединен со вторым вхо дом умножителя, второй вход второго накапливающего сумматора соединен с выхо 01 4дом формирователя импульсов, вход которого соединен со вторым выходом блокапамяти рангов, второй входкоторого является входом записи рангов фильтра, второй вход блока синхронизации соединенсо входом третьего адресного счетчика,выход которого подключен ко второмувходу сумматора, выход которого соединен с третьим входом блока памяти входных отсчетов, первый вход которого обьединен со вторым входом мультиплексора,третий вход которого подключен к выходупервого регистра.На чертеже изображена функциональнаясхема цифрового фильтра,Фильтр содержит вход 1 записи коэффициентов импульсной характеристики, формирователь 2 импульсов, адресный счетчик 3, блок 4 памяти коэффициентов, регистр 5, умножитель 6, накапливающий сумматор 7, цифроаналоговый преобразователь 8, аналоговый 9 и цифровой 10, выходы, накапливающий сумматор 11, дешифратор 12, вход 13 записи рангов коэффициентов, блок 14 памяти рангов, сумматор 15, блок 16 памяти входных отсчетов по адресному входу), регистр 17 и мультиплексор 18, адресные счетчики 19 и 20, вход фильтра 21, блок 22 синхронизации.Цифровой фильтр работает следующим образом.Перед началом обработки сигнала по, входу 1 в блок 4 памяти коэффициентов записывается массив из,различных коэффициентов фильтра, а в блок 14 памяти рангов по входу 13 записывается массив чисел, представляющий собой номера коэффициентов импульсной характеристики (КИХ), расположенные в определенном порядке.Номер адреса ячейки блока памяти рангов, в которую записывается коэффициент И и является рангомэтого коэффициента. Таким образом, каждому коэффициенту 1 ц ставится в соответствие.некоторое целое число, являющееся адресом ячейки блока памяти рангов, в которую записывается число Ч , В первых:ячейках блока памяти рангов записаны номера КИХ, численные значения которых равны , . Само числозаписывается в первую ячейку блока 4 памяти. В ячейках памяти спо КК блока 14 записываются йомера КИХ, численные значения которых равны Ь, а само число Ь за5 9042 писывается во вторую ячейку блока 4 паимяти и т.д. В ячейках с, К +1 из нала. После окончанияформирования всех М 1 импульсов блоком 22 с выхода 10 накапливающего сумматора 7 снимается отсчет выходного сигналав цифровом виде, а с выхода 9 цифроаналогового преобразователя снимается текущее значение аналогового выходного сигнала.Заканчивается процесс вычисления от счета свертки(и) формированием по второму выходу блоком 22 импульса, изменяющего на единицу состояние адресного счетчика 20. Во времени этот импульс формируется после Мимпульса с задержкой, необходимой для завершения вычисления отсчета ч (и) . Таким образом, к моменту прихода следующего отсчета входного сигнала х (и+) в адресном счетчике 20 записано число а 1 . Это обеспечивает автоматичес- кий сдвиг массива входных отсчетов на единицу, что необходимо для вычисления и; К К блока 14 памяти, гдеи+ЬЛ1 = 1,2( и - 1) записываются номера КИХ, численные значения которых записаны в (о + 1) -ой ячейке блока 4 памяти и равны Ь. Текущая выборка входного сигнала ), подается на вход 21 и далее на информационный вход блока 16 памяти и вход мультиплексора 18. В исходном состоянии накапливающие сумматоры 7 и 11, счетчики 2 и 19 находятся в нулевом состоянии. В адресном счетчике 20, имеющем модуль пересчета равный Й-, в исходном состоянии записан некоторый код сл .После поступления на вход 21 очередного счетчика входного сигнвла Х(и) производится вычисление отсчетаи 1 свертки следующим образом. Блок 22 формирует й импульсов, которые поступают на вход адресного счетчика 19. При этом из блока 14 памяти последовательно считываютСя на вход сумматора 15 номера коэффициентов импульсной ха-Л-Срактеристики фильтра Й, сумма которых с числом а является характе ристикой адресом ячейки памяти блока 16, из которой отсчет входного сигнала Х(иД Фвыводится через регистр 17 и мультиплексор 18 нв вход накапливающего сумматора 11. Сначала из ячеек с адресами Е Го К -1 последовательно считываются номера мл коэффициентов импуль- сной характеристики, численно равных 1 Из ячеек с адресами Я " сл блока 16 памяти последовательно считываются от- ф счеты х(.и-л. ) через регистр 17 и мультиплексор 18 на вход накапливающего сумматора 11. После считывания номера коэффициента фильтра из ячеек с адресом р Ил-Л в накапливающем сумматоре 11 хранится су ма КЛ от,( -е,) Одновременно с формиров днем этой суммы в накапливающем сумматоре 11 из блока 4 памяти в регистр 5 считывается. из ячейки с нулевым адресом значение кода Ь . Адреса ячеек блока 4 памяти формируются адресным счетчиком 3, имеющим модуль пересчета, равный 8 . Накопленная в сумматоре 11 сумма умножается в умножителе 6 на коэффициентЬи записывается в накапливающий сумматор 7. При считывании номера КИХ из ячейки с вдресом : кл блок 14 па 01 6мяти вырабатывает сигнал, запускающийформирователь 2 импульсов, на.выходекоторого с задержкой, необходимой дляк,вычисления произведения Ь1=1формируется импульс, обнуляющий накапливающия сумматор 11 и изменяющий на1 состояние адресного счетчика 3. Вовремени этот импульс, расположен междуил, импульсами, форми-руемыми блоком 22. Следующая группаиз Ке импульсов, формируемых блоком22, аналогичным образом формируетк,сумму е Е , которая складываЛ=Лется с ранее вычисленной суммой в накапливающем сумматоре 7. Таким образом, после импульса с номеромКЛ,=Лсформированного блоком 22, в накапливающем сумматоре 7 записывается сумма р Ке, П- ХЕ,Л.е:1 1:ЛЕсли в процессе вычисления сумм из некоторой ячейки блока 14 памяти рангов считывается код, соответствующий номеру коэффициента импульсной характеристики 1 = О, который дешифрируется дешифратором 12, то по сигналу с выхода дешифратора 12 блок 16 памяти входных отсчетов переключается в режим записи входного отсчета х (и) в ячейку с адресом сЛ, а на выход мультиплексора 18 передается отсчет входного сиг9 90420 введены второй и третий адресные счетчики, блок памяти рангов, дешифратор, сумматор, мультиплексор, второй накапливаюший сумматор и блок синхронизации, первый выход которого подключен ко входу второго. адресного счетчика, выход которого соединен с первым входом блока памяти рангов, первый выход которого подключен к первому входу сумматора и входу дешифратора, выход щ которого соединен со вторым входом блока памяти входных отсчетов и вторым входом мультиплексора, выход которого подключен к первому входу второго накапливающего сумматора, выход которого соединен со вторым входом умножителя, второй вход второго накапливаюшего сумматора соединен с выходом формирователя импульсов, вход которого соединен со вторым выходом блока памяти рангов,1 10второй вход которого является входомзаписи рангов фильтра, второй вход блокасинхронизации соединен со входом третьего адресного счетчика, выход которогоподключен ко второму входу сумматора,выход которого соединен с гретьим входом блока памяти входных отсчетов,первый вход которого обьединен со вторым входом мультиплексора, третий вхсщ,которого подключен к выходу первогорегистра. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Голд Б., Рабинер П. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М., "Мир", 1978. 2. Авторское свидетельство СССР Мо 636616, кл, 6 06 Р 15/36, 1976