Цифровой фильтр

,1 О 5967 бОН 03 Н 17 06 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(46) 07.12.83. Бюл. М 45 (72) С.Н.Титовский, Н.В.Титовская) В.К.Шмидт, В.В Шах и А.М.Бакшаев (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53) 681.32(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство С М 516043, кл. Н 03 Н 17/06, 1974.2. Авторское свидетельство СССР 9 758166, кл. Н 03 Н 17/06, 1978 (прототип).(54)(57) ЦИФРОВОИ ФИЛЬТР, содержащий первую группу элементов И, выходы которых соединены с информационными входами блока памяти, вы-. ход умножителя соединен с первым входом сумматора, первый информационный выход блока постоянной памяти подключен к входу дешифратора, первый выход которого соединен с первыми входами элементов И первой и второй групп, адресный вход блока памяти подключен к выходу элемента И, первый вход которого объединен с адресным входом блокапостоянной памяти и является первым тактовым входом фильтра, вторые входы элементов И первой группы и выходы элементов И второй группы являются соответственно информационными входами и выходами фильтра, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первая и вторая группы сдвиговых регистров и буферный регистр коэффициентов, информацион ный выход которого,соединен с нервым входом умножителя","второй:ин формационный выход блока постоянной памяти соединен с информационным входом буферного регистра коэффициентов, вход записи которого является вторым тактовым входом фильтра, информационные выходы блока памяти соединены с информационными входами сдвиговых регистров первой группы, информационные выходы которых соединены с вторым входом умножителя, управляющий вход которого объединен с входами записи сдвиговых регистров второй группы и является третьим тактовым входом фильтра, выход сумматора подключен к информационным входам сдвиговых регистров второй группы, информационный выход последнего М -ного сдвигового регистра второй группы соединен с вторым входом сумматора, информационные выходы сдвиговых "регистров второй группы соединены с вторыми входами элементов И второй группы, первые входы которыхобъединены с входами записи сдвиговых регистров второй группы, второй выход дешифратора соединен с вторым входом элемента И, выходы записи первых (М - 1) сдвиговых регистров первой группы объедиНены и являются четвертым тактовым входом фильтра, вход записи последнегс Н -ного сдвигового регистра первой группы является пятым тактовым входом фильтра, а вмоды.сдвига сдвиговых регистров первой группы объединены и являются шестым тактовым входом фильтра.1059670, Изобретение относится к нычислй-тельной технике и может быть применено н системах обработки инфор"мации, информационно-измерительных.системах.Известен цифровой фильтр, осущестнляющий операцию свертки последовательности отсчетов входногосигнала и соответствующих весовыхкоэффициентов, содержащий блок памяти коэффициентов, блок памяти отсчетов, матричный умножитель, накапливающий сумматор, реверсивный.счетчик, предназначенный для уменьшения аппаратурных затрат за счетсокращения емкости блока памяти 15коэФФициентов 1 3,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяцифровой фильтр, содержащий блокуправления, блок памяти коэффициен" р 0тов, блок умГожения, сумматор,блок памяти отсчетов, дешифратор,элемент И, первую группу элементовИ, вторую группу элементов И, причем ныход блока управления соединен р 5с вторым входом элемента И, выходкоторого соединен с первым входомблока памяти отсчетон,. выход блокапамяти отсчетов соединен с вторымвходом блока умножения, первый входкоторого соединен с первым выходомблока памяти коэффициентон, выходблока умножения соединен с входомсумматора,выход которого соединенс вторым входом второй группы элементов И, выход которой являетсявыходом устройства в целом, Вход бЛо, ка памяти коэффициентов соединен свыходом блока управления, второйвыход блока памяти коэффициентовсоединен с входом дешифратора, выход 40которого соединен с первым входомэлемента И, и с первыми входамипервой и второй групп элементов И,выход первой группы элементов И соединен с вторым входом блока памяти 45отсчетов, а второй. вход являетсявходом устройства в целом,Недостатком данных цифровых фильт ров является малое быстродействие, обусловленное большими затратами времени на считывание отсчетов и коэффициентов из блоков памяти отсчетов и коэффициентов, и большим ,временем перемножения отсчетов и коэф" фициентов,.55Цель изобретения - увеличение быстродействия за счет сокращения , затрат времени на считывание и времени умножения.поставленная цель достигается 60 тем, что в цифровой Фильтр, содержащий первую группу элементов И, выходы которых соединены с информа" ционными входами блока памяти, выход умножителя соединен с первым 65 входом сумматора, первый информационный выход блока постоянной памяти подключен к входу дешифратора,первый выход которого соединен спервыми входами элементов И первойи второй групп, адресный вход блока памяти подключен к выходу элемента И, первый вход которого объединен с адресным входом блока постоянной памяти и является первым тактовым входом фильтра, вторые входыэл.ментов И первой группы и выходыэлементов И второй группы являютсясоответственно информационными входами и выходами Фильтра, внеденыперная и вторая группы сдвиговыхрегистров и буферный регистр коэффициентов, информационный выход которого соединен с первым входом умножителя, второй информационный выход блока постоянной памяти соединен с информационным входом буферно"го регистра коэффициентов, вход за"писи которого является вторым тактовым входом фильтра, .информационные выходы блока памяти соединеныс информационными входами сдвиговыхрегистров первой группы, информационные выходы которых соединены свторым входом умножителя, управляющий вход которого объединен с входами записи сдвиговых регистроввторой группы и является третьимтактовым входом фильтра, выход сумматора подключен к информационнымвходам сдвиговых регистров нторойгруппы, информационный выход последнего Й -ного сдвигового регистравторой группы соединен с вторымвходом сумматора, информационныевыходы сдвиговых регистров второйгруппы соединены с вторыми входамиэлементов И второй группы, перныевходы которых объединены с входамизаписи сцниговых регистров второйгруппы,:второй выход дешифраторасоединен с вторым входом элементаИ, входы записи первых (Й) сдвиговых региСтров первой группы объе;,.динены и явЛяются четвертым тактовым входом фильтра, вход записипоследнего Й -ного сдвигового регистра первой группы является пятымтактовым входом Фильтра, а входысдннга сдвиговых регистров группыобъединены и являются шестым тактовым входом Фильтра,На фиг. 1 приведена блок-схемацифрового фильтра; на фиг. 2 - конкретная реализация умножителя; нафиг: 3 и фиг, 4 - группы сдвиговыхрегйстров.Цифровой фильтр содержит блок 1 постоянной памяти (коэффициентов ), буферный регистр 2 коэффициентов, умножитель 3, блок 4 памяти (отсчетов ), первую группу сдвиговых регистров (отсчетов ) 5, сумматор б,вторую группы сдвиговых регистрон( частичных сумм) 7, дешифратор 8,элемент И 9, первую группу элементов И 10, вторую группу элементовИ 11, перный 12, второй 13, третий14, четвертый 15, пятый 16 и шестой17 тактовые входы фильтра.Цифровой Фильтр работает следующим образом в устанониншемся режиме.Иэ блока управления, представляющего собой совокупность шести генераторов тактовых импульсов,(фиг. 1 ) по входу 12 импульс поступает на вход адресных счетчиковблока 1 памяти и через элемент И 9проходит на вход адресных счетчиконблока 4 памяти. Считанное значениекоэффициентаимпульсами по входу13 поразрядно заносится в буферныйрегистр 2 коэффициентов и поступаетна вход умножителя 3. Одновременнос занесением первоГО разряда весового коэффициента импульсами по входам 15 и 16 значения считанных входных отсчетов (Х , К)+) 1) заносятся в сдвиговы 8 регистрй 5 первойгруппы.Первая группа сдвиговых регист-.ров 5 отсчетов (Фиг, 3) содержит Йсдвиговых регистров, .замкнутых вкольцо.Отсчет Х поступает на вход умножителя 3. Одновременно на другой, вход умножителя 3 поступает занесенное значение разряда весОвого коэффициентаУмножитель 3 (фиг. 2 ) содержитрегистры, сумматоры, группы элементов И, услонно сгруппированные вярусы.1Первый отсчет Х поступает навход регистра первого яруса и, приналичии соответствующего значенияв занесенном разряде весового коэффициента, через группу элементов Инулевого яруса поступает на вход .регистра нулевого яруса. Импульсомпо входу 14 значение Х, заносится:1.в регистр первого яруса, а произведение данного отсчета на разряд коэффициента заносится в регистр нулевого яруса. Одновременно импульсом по входу 13 в буферный регистркоэффициентов заносится следующийразряд считанного весового коэффициента и импульсом по входу 17 отсчеты в сдвиговых регистрах 5 первой группы циклически сднигаются наодну позицию, и на вход умножителяф 3 поступает отсчет Х . Отсчет Х+1с выхода регистра первого ярусапоступает,на вход регистра второгояруса и, при наличии соответствующего значения н занесенном разрядевесового коэффициента, через группуэлементов И первого яруса поступает на вход сумматора со сдйигОМ равнымномеру яруса. На второй вход сумматора поступает код с выхода регистра нуленого яруса. Импульсом повходу 14 код отсчета Х заносится5 в регистр второго яруса и просуммируютОЯ коды, присутствующие на входах сумматора первого яруса. Одновременно отсчет Х+ заносится н регистр первого яруса и произведениеотсчета Х 1 на первый разряд весового коэффициента заносится в регистр нулевого яруса. Одновременноймпульсом по входу 17 входные от:четы циклически сдвигаются на однупозицию и на вход умножителя 3 поступает отсчет Х) +2, а импульсом по.входу 13 в буферный регистр коэффициентов 2 заносится следующий разряд коэффициента и описанные процессы пОВтОРяются на каждом ярусе.умножителя 3 с соответствующими отсчетами. Описанные процессы умножения повторяются до тех пор, покапоследним импульаом по входу 13 вбуферный регистр коэффициентов 2не будет. занесен последний разрядвесового коэффициента. После зтоого импульсом по входу 12 изменяетсяадрес коэффициента в блоке 1 постоянной памяти и по истечении време ни, необходимого для считывания,на входе буферного регистра коэффициентов 2 появляется отсчет д.Одновременно этот импульс через элемент И 9 поступает на вход блока 4 35 памяти, а именно на вход адресныхсчетчиков этого блока, и на его выходе появляется отсчет Х , который поступает на вход первого регистра сдвигоных регистров 5 первой 40 группы. Произведение 0 Х; с выхода умножителя 3 через сумматор бпоступает на вход сдвиговых регистров 7 второй группы.Вторая группа 7 сдвиговых регист РОВ (частичных сумм )(ФИГ М сОдержит й сдвиговых регистрон, причем между первым и вторым регистрами включена группа элементов И,имеющая инверсный вход.Импульсом по входу 14 произведение 0 Хзаносится и первый регистргруппы 7, а на выхоДе умножителя 3появляется произведение д" Хъо 1 фкоторое также поступает на вход сдниговых регистрон 7 второй группы.Следующим импульсом по входу 14 произведениеХ в групйе 7 перемещается в соседйий регистр, а на егоместо заносится произведение 1" Хъо .+1 фа на вход сдвиговых регистров 7 груп пы поступает произведение д Хъо ,ля фкоторое в свою очередь заносится всдниговые регистры 7 второй группыв то время как находящиеся там произведения сдвигаются на одну пози;цию, и т,д. В то же нремй цикличес 1059 б 70кий сдвиг отсчетов Х Хпервой группе 5 сдвиговых регйстроци умножение их в умножителе 3 накоэффициент продолжается до техпор, пока на вход умножителя 3 непоступает отсчет Х. После егоумножения на младшйй разряд коэффициентаимпульсами по входам 13и 1 б в сдвиговые регистры 5 первойгруппы на место отсчета Х,цзаносится отсчет Х , а в буферный регистр коэффициентов 2 заноситсямладший разряд коэФфициента ркоторый поступает вместе с вновьзанесенным отсчетом на входы умножителя 3. Описанные процессы поразрядного занесения коэффициента иумножения его на входные отсчетыповторяются для отсчетов входнойпоследовательности Х 1 1 Х 1+ .Когда на выходе умножителя 3 йоявляется произведениеХ 1+1 1, оно.записывается в первый регистр второй группы 7 сдвиговых регистров,а остальные произведения во второйгруппе 7 сдвиговых регистров сдвигаются на одну позицию, причем произведениеХ 1 заносится в й-й ре 0гистр второй группы .7 и с выходаего поступает на второй вход сумматора б. Произведение Хс выхода умножителя 3 поступает на пер.,вый вход сумматора б, и на входсдвиговых регистров 7 второй группыпоступает сумма произведенийф Х 1, 4 Х 1, 1) . Эта частичная сумма импульсом по входу 12 записывается в сдвиговые регистры 7 второйгруппы, с выхода которого на входсумматора б поступает произведениеХ .1, которое в свою очередь просуммируется с произведением оХ,появившемся на выходе умножителя 3,и записывается во вторую группу 7сдвиговых регистров, с выхода которого на вход сумматора б поступаетследующее произведение и т.д. Такимобразом, к имеющимся в сдвиговыхрегистрах 7 второй группы произведениям Х 1+добавляются произведенияХ 1,+ 1 В следующем .цикле описаннйе йроцессы повторяются, и к имею"щимся частичным суммам добавляютсяпроизведенияфХ 1 2 и т.д. В результате Э + 1 повторений описанныхциклов в сдвиговых регистрах 7 второй группы сформируются суммы видаМкоторые я:;являются0% Ь+п,езО,М-1=выходными отсчетами,У,Отсчеты;У,последовательно появляются на "выходе цифрового Фильтратолько после подачи разрешающегосигнала с дешифратора 8 на вход втоИспользование новых элементов: буферного регистра коэффициентов, первой группы сдвиговых регистров . отсчетов ), второй группы сдвиговых регистров частичных сумм отличает цифровой фильтр от известных, так как повышается быстродействие фильтра. 50 55 Суммарные затраты времени насчитывание отсчетов входной после 1 1 довательности в этом случае равны времени занесения элементов входной последовательностир блок сдвиговых регистров отсчетов, а время. умножения равно времени сложения. 60 рой группы элементов И 11. Дешифра.тор 8 вырабатывает запрещаюций сигнал, который подаетсяна вход эле.мента И 9 для запрещения подачи импульса на вход адресных счетчиков блока 4 памяти. Этот запрещающий; сигнал вырабатывается при читйвании весового коэффициента;1 из блока 1 постоянной памяти. Разрешаюций сигнал с дешифратора 8 посту пает на входы первой и второй. группэлементов И 10 и 11 по истечении времени, необходимого для формирования первого выходного отсчета У, в первом регистре второй группы 7 15 сдвиговых регистров. Этот сигналразрешает прохождение выходных отсчетов , . ,У , на выход цифрового фйльтра по мере их Формирования в первом регистре второй груп пы 7 сдвиговых регистров. Одновременно этот сигнал, поступив на инверсный вход группы элементов И сдвиговых регистров 7 второй группы, запрещает сдвиг накопленных 25 сумм из первого регистра во второйвнутри сдвиговых регистров 7 второй группы, и регистры этой группы последовательно заполняются нулями..Этот же разрешающий сигнал с выхода дешифратора 8, поступив на вход первой группы элементов И 10, разрешает прохождение в блок 4 памяти отсчетов Х, , Х1 и запись их в этот блок на месте отсчетовХ 1-М ф Х 1, д+исоответственно.Иа этом вычислительный такт заканчивается. В следуюцем такте первыми заносятся в сдвиговые регистры 5 первой группы именно вновь записанные отсчеты Х 1+1.Х 1,+1 иф 40 так как импульс по входу 14, возвращаюций адресные счетчики блока 1 постоянной памяти в исходное состояние, на вход блока 4 памяти ке. проходит из-за наличия в этот мо- .45 мент запрещающего сигнала на входвэлемента И 9.,Решетник то филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна Эакав 9857/58 ВНИ п 113Тираж 936 И Государственно делам иэобретени 5, Москва, Ж,Подписное о комитета СС и открытий Раушская наб.