Нерекурсивный цифровой фильтр-дециматор

(71) Ленинградскийкий институт связи электротехннчеснм.проф.М.А.БончГОСУДАРСТВЕНИЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Бруевича(56) Авторское свидетельство СССР У 1195420, кл. Н 03 Н 17/06, 1982.(54) НЕРЕКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРДЕЦИМАТОР(57) Изобретение может использоваться в системах цифровой обработки сиг налов и обеспечивает увеличение быст родействия путем уменьшения количест ва операций умножения в единицу времени. Нерекурсивный цифровой фнльтрдецнматор содержит умножители 1,5, блоки постоянной памяти 2,6, суммато ры 3,11,13, регистры памяти (РП 4, 12,14, блоки 7,10 задержки, генератор 8 тактовых импульсов и делитель 9 частоты. В фильтре обеспечивается линейная интерполяция импульсной х-ки вспомогательного нерекурсивного цифрового фильтра без децимации, Алгоритм работы нерекурсивного цифрового фильтра-децнматора следующий: на каждом и-м такте РП 12 накапливают сумму М последних входных отсчетовРП 14 за каждые М тактов накапливает сумму. На каждом с-м такте (К=О,М,2 М,) содержимое РП 14 поступает на умножители 1,5, в которых умножается соотМ Мветственно на коэф. Ъ и Ь . Резульктат умножения умножнтеля 1 и задержанный на ш тактов входного сигнала результат умножения умножителя 5 ,складываются в сумматоре 3 и накапливаются в РП 4. На каждом 1-м такте.осуществляется считывание на выход содержимого РП 4. 3 ил.1354394 1 О где Ь; = (Ь;, - Ь)/М. Нерекурсивный цифровой фильтрдециматор НЦФ) содержит первый умножитель 1, первый блок 2 постояннойпамяти, первый сумматор 3, первый ре- п 0гистр 4 памяти, второй умножитель 5,второй блок 6 постоянной памяти,первый блок 7 задержки, генератор 8тактовых импульсов, делитель 9 частоты, второй блок 1 О задержки, второй 25сумматор 11, второй регистр 12 памяти, третий сумматор 13, третий регистр 14 памяти.Нерекурсивный цифровой фильтрдециматор работает следующим образом.Алгоритм работы НЦФ без децимацииописывается разностным уравнениемМ-у" (пт)=1 Ь х(пт-(Т), и = 0,1,=О35где Т - период дискретизации;Ь; " коэффициенты НЦФ;М - порядок НЦФ;х (пТ) и7"(пТ) - соответственно входной ивыходной сигналы.Если на выходе НЦФ осуществляется уменьшение частоты дискретизации(децимация) в п) раз, т.е, иэ последовательности отсчетов у (пТ) берется только каждый (и-й отсчет, то НЦФописывается разностным уравнением) ., Х(пшт-Мем) т). Изобретение относится к цифровойтехнике и может быть использовано всистемах цифровой обработки сигналов.Цель изобретения - увеличениебыстродействия путем уменьшения количества операций умножения в единицу времени,На фиг. приведена структурнаяэлектрическая схема нерекурсивногоцифровогб фильтра-дециматора; нафиг,2 - импульсная характеристиканерекурсивного цифрового фильтра-дециматора; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие его работу,В предлагаемом НЦФ обеспечивается линейная интерполяция импульсной характеристики (ИХ) вспомогательного НЦФ в М раз, На фиг.2 а показана ИХ (коэффициенты) 1 Ь;) вспомогательного НЦФ (для примера длина ИХ выбрана Й = 9) . На фиг.2 б показана ИХ Ь 1, полученная путем линейной интерполяции ИХ ВФ (М = 3), т.е, между каждой парой отсчетов Ь, и Ь= 0,1,рйего ИХ вставлен Мотсчет При этом необязательно вычислять произведения отсчетов входного сигнала х(пТ) (фиг.Зб) на все коэффициенты квазиоптимального по количеству операций умножения НЦФ Ь, 1 с = 0,1, 2.-1,где Ь = М(М), а достаточно вычислять произведения отсчетов х(пТ) на коэффициенты Ь;, 1 = 0,1, 2, Мвспомогательного НЦФ. Остальная часть операций умножения заменяется операциями сложения, в результате чего количество операций умножения в единицу времени значительно сокращается. Алгоритм работы квазиоптимального НЦФ описывается разностным уравнением(Ьеп Ь) х(пшт(шО КшО Ъг- (дМ + М+1 с) Т)И2Эгде Ь, - коэффициенты вспомогательного НЦФ,причем Ь = О.Допустим, что ш Ь 2 ш. Тогда за, интервал времени Т = п)Т, равный интервалу дискретизации выходного сигнала, необходимо вычислить сумму (Ы) произведений: произведений Ь на сумму отсчетов входного сигналаМ-)пшт Имам) т) н задержанныхкона ИМ/2 тактов входного сигнала произведений Ь, на Остальная часть операций умножениязаменяется на операции сложения. Дляпояснения работы НЦФ рассмотрим случай, когда М = 3,11 = 5, Ь = 2 ш=12второй вход второго сумматора 1 и на вход второго блока 10 задержки, осуществляющего задержку сигнала на М = 3 такта входного сигнала подает 5 ся сигнал х(0 Т). На первый инверсный вход второго сумматора 11 и на его третий вход подаются нули. Сигнал х(0 Т), будучи сложен с нулями, записывается во второй регистр 12. С выхода делителя 9 на третий регистр 14 приходит тактовый импульс Р , который считьвает содержимое регйстра, равное нулю, на первые входы первого 1 и второго 5 умножителей. На второй вход первого умножителя 1 с выхода первого блока 2 поступает коэффициент4Ь . В результате умножения на первый вход первого сумматора 3 подается ноль и, складьваясь с нулями, запи сьвается в первый регистр 4. На второй вход второго умножителя 5 с выхода второго блока б.поступает коэффициент Ь.Результат умножения, равный нулю, записывается в первый блок 7 25 задержки, который осуществляет задержку сигнала на и тактов входного сигнала, На первый регистр 4 подается тактовый импульс Р , который считывает содержимое регистра у (О б Т) = ЗО0 на выход.На первом такте на вход второго блока 10 задержки и на второй вход второго сумматора 11 подается сигнал х(1 Т). На третий вход второго сумма-, тора 11 с первого выхода. второго регистра 12 подается сигнал х(ОфТ). На первый инверсный вход второго сумматора 11 по-прежнему приходит ноль. На первый вход третьего сумматора 13 с выхода второго регистра 12 приходит сигнал х(0Т). На второй вход третьего сумматора 13 с выхода третьего регистра 14 подается ноль. С приходом тактового импульса Р с генератора 8 во второй регистр 12 записьвается сумма х(0 Т)+ х(1 Т), а в третий регистр 14 - х(0 Т) .На втором такте (п=2) на вход второго блока 10 задержки и второй вход второго сумматора 11 приходит сигнал х(2 Т). На первый инверсный вход второго сумматора 11 по-прежнему приходит ноль, а на третий вход - сумма .х(0 Т) + х(1 Т), На первый вход третьего сумматора 13 с выхода второго регистра 12 поступает сумма х(0 Т) + х(1 Т), на второй вход ,х(0 Т). С приходом тактового импульса записи Р, во второй регистр 12 записьвается сумма х(0 Т)+х(1 Т) 4. + х(2 фТ), а в третий регистр 14 2 х (О фТ) + х(1Т) .На третьем такте (и =3) на вход второго блока зажержки и второй вход второго сумматора 11 приходит сигнал х(3 Т). На первый инверсный вход второго сумматора 11 подается задержанный на М=З такта входного сигнала отсчет х(0 Т), на третий вход - сумма х(0Т) + х(1 "Т) + х(2Т), На первый вход третьего сумматора 13 с выхода второго регистра 12 подается сумма х(0 Т) + х,1 Т) + х(2Т), на второй вхоц - 2 х,0 Т) + х(1 Т) . С приходом тактового импульса записи Р во второй регистр 12 записывается сумма х(0 Т, 4 х(1Т) +х(2Т)4. +х(ЗТ)-х(О Т) = х(1 Т) + х(2 Т) + +х(3 Т), а я тре".ий регистр 14 Зх (О Т) +2 х ( Т) +х (2 Т) . С выхода делителя 9 на третий регистр 14 при - ходит тактовый импульс Р , который считывает содержимое регистра на первые входы первого 1 и второго 5 умножителей, после чего регистр обнуляется. На второй вход первого ум: ножителя 1 с выхода первого блока 2 поступает коэффициент Ь . В результа.гте умножения на г;ервый вход первого сумматора 3 подается сигнал Зх(0 Т)+ +2 х (1 Т) + х (2 Т) Ь, и, складьваясь с нулями, записьвается в первый регистр 4. На второй вход второго умножителя 5 с выхода второго блока б поступает нулевой коэффициент. Результат умножения. записьвается в первый блок 7 задержки и т.д.На шестом такте (п=б) на вход второго блока 10 задержки и на второй вход второго сумматора 11 поступает сигнал х(бТ).На третий вход второго сумматора. 11 подается сумма х(3 Т)+ х(4 Т) + х(5.Т), на первый инверсный вход - х(3 Т). На первый вход третьего сумматора 13 с выхода второго регистра 12 приходит сумма х(3 Т) + х(4 Т) + х(5 Т). На второй вход третьего сумматора 13 с первого выхода третьего регистра 14 поступает х(1 Т)+2 х(2 Т)+2 х(3 Т)+х(4 Т)С приходом тактового импульса Р, во второй регистр 12 записывается сумма х(4 Т) + х(5 Т) + х(б Т), а в третий регистр4 - х(1 сТ)+2 х(2 "Т) + + 3 х (3 Т) + 2 х (4 Т) +х (5 Т)С выхода делителя 9 на третий регистр 14, приходит тактовый импульс Р ,кото1354394 На каждом 1 с-м такте, 1 с= О,М,2 М, содержимое третьего регистра 14 счи-. тывается на первые входы первого 1 и второго 5 умножителей, после чего он обнуляется. В первом умножителе 1 с периодом МТ осуществляется умножение суммым- м-Г х (п-) Т 1(А) шод В означает число А по моду-.лю В. Результат умножения первогоумножителя 1 и задержанный на ш тактов входного сигнала результат умножения второго умножителя 5 складывается в сумматоре 3 с частотой дискретизации 1/МТ и накапливаются заш тактов в первом регистре 4.На каждом 1-м такте (Е = О,ш,2 ш, Зш,) осуществляются считывание на выход содержимого первого регистра 4, равного к этому времениотсчету выходного сигнала у(Е ш Т),и обнуление первого регистра 4. на третий - задержанная на 6 тактоввходного сигнала суммах (1 Т)+2 х (2 Т)+ 3 х (3 Т)++2 х(4Т)+х(5 Т) Ь45В результате в первый регистр 4записывается сигнал рый считывает содержимое регистра напервые входы первого 1 и второго 5умножителей, после чего регистр 14обнуляется. На второй вход первогоумножителя 1 с выхода первого блока 2 поступает коэффициент Ь,. Врезультате умножения на первый входпервого сумматора 3 подается сигналх(1 Т)+2 х(2 Т)+ 3 х(3 Т)+2 х(4 Т) + 10+х(5 Т) Ь, .На второй вход первогосумматора 3 приходит сумма 13 х(0 Т)++2 х(1 Т)+х(2 Т)1 Ь,на третий входс выхода первого блока 7 задержкипо-прежнемуноль. В результате в 15первый регистр 4 записывается сигнал х(5 Т) Ь, + х(4 Т) 2 Ь +х(3 Т)"хЗЪ+ х(2 Т) (2 Ь+ Ь") + х(1 Т) (Ь++ 2 Ъ) + х(0 Т) 3 Ь.Таким образом, на данном шестом 20такте содержимое первого регистра 4равно требуемому значению выходногоНЦФ у(16 сТ). На второй вход второго умножителя 5 с выхода второгоблока 6 поступает коэффициент Ь . 25Результат умножения х( Т)+2 х(2 Т)++ Зх(ЗаТ)+2 х(4 Т)+х(5 Т) Ъ, подается на вход первого блока 7 задержки. С делителя 9 на первый регистр 4поступает тактовый импульс Г,считывающий содержимое регистра на выход,При этом происходит обнуление первого регистра 4. На двенадцатом такте(п=12) на входы первого сумматора 3приходят соответственно сигналы: навторой - х(4 аТ)+2 х(5 Т)+ Зх(6 Т)++х(7 аТ) (2 Ъ +Ь",)+х(6 Т) 3 Ь + Таким образом, на двенадцатом так- те содержимое первого регистра 4 равно требуемому значению выходного отсчета кваэиоптимального фильтрадециатбра, В этом момент времени с делителя 9 на первый регистр 4 поступает тактовый импульс Рсчитывающий его содержимое на выход и обну ляющий егоВ общем случае алгоритм работы НЦФ следующий: на каждом и-м такте (п=0,1,) второй регистр 12 накапливает сумму М последних входных отсчетовх (п-д) Т. Третий регистр 14 за каждые М тактов накапли м- м-ааеу суммух (а-х) Т .хо 1 хОм- м умножение х (п-,1-) Т на Ь1 хО;:О+х( Т)Ь,. Формула изобретения Нерекурсивный цифровой фильтр-дециматор, содержащий последовательно соединенные первый умножитель, первый сумматор и первый регистр-35, Рауш ПодписноР комитета С открытий кая наб., 4/ роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная 4 памяти, первый выход которого соединен с вторым входом первого сумматогра, а второй выход является вьг одом нерекурсивного цифрового фильтрадециматора, второй умножитель, первый вход которого объединен с первым входом первого умножителя, а выход соединен через первый блок задержки с третьим входом первого сумматора, первый и второй блоки постоянной памяти, выходы которых соединены с вторыми входами первого и второго умножителей соответственно, а управляющие входы объединены с входом записи первого регистра памяти, и последовательно включенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, выход которого соединен с входом считывания первого регистра памяти, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения быстродействия путем уменьшения количества операций умножения в единицу времени, введены последовательно соединенные второй блок задержки, второй сумматор, второй регистр памяти, третий сумматор и третий регистр памяти, первый выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора, а второй выход соединен с пер вым входом первого умножителя, причем вход второго блока задержки является входом нерекурсивного цифрового фильтра-дециматора и соединен с вторым входом второго сумматора, тре тий вход которого соединен с выходом второго регистра памяти, а выходы записи второго и третьего регистров памяти соединены соответственно с выходом генератора тактовых 20 импульсов и дополнительным выходомделителя частоть, который соединен с входом записи первого регистра