Устройство для цифровой фильтрации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 06 Е 15/353 Е Дцр ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТ ЙСТ(57) Изолительно" Яф 48еский тит змерите Попович использо обработк ажени СССР 1980Весцг 1 оп о 1 гес) цепство 353, В.М. а 1 яа 1 у 1 - 1 ЕЕ ся.7. ние точи ставлены того чт сумматор группы с элементо телей 5 71 4 й уйт ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ СПИ САНИ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетелУ 758166, кл. О 06 Е 15ВаЬ 3.пег .В., БсЬаГеярче апй попгесцгяче гЖ 8 Ыа 1 Ш 1 егЯ ЙеЯ 8 песу яашр 1 пд Ьес 1 пп 8 цея,ацЖо апй е 1 ес 1 го-асоцяч, АЦ, М 3, р, 200 2 бретение относится к вычиси технике и информационнольным системам и может быть вано в системах для цифровой и сигналов, в частности иэобЦель изобретения - повыше- ости работы устройства, Поая цель достигается за счет о в состав устройства входят1, 8, элемент задержки 2, умматоров 3, 6, 7, группа в задержки 4, группа умножии блок элементов И 9. 5 ил, 1363249Изобретение относится к вычислительной технике и информационно-измерительным системам и может бытьиспользовано в системах для цифровой5обработки сигналов, в частности изображений,Цель изобретения -. повышение точности работы устройства,На фиг,1 представлена структурнаясхема устройства для цифровой фильтрации; на фиг.2 - схема блока элементов И; на фиг3элемент задержки;на фиг.4 - элементы задержки группы;на.фиг,5 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Устройство .(фиг,1) содержит первыйсумматор 1, элемент 2 задержки, первую группу сумматоров 3, группу элементов 4 задержки, группу умножителей 5, третью 6 и вторую 7 группысумматоров, второй сумматор 8, блок9 элементов И, вход 10 отсчета, выход 11 отсчета, входы 12 задания коэффициентов. 25Блок 9 элементов И (фиг.2) содержит р-входовой (р.= И 2, й - длина импульсной характеристики устройства)элемент И 13 и группу двухвходовыхэлементов И 1430Элемент 2 задержки (фиг3) содержит группу сдвиговых регистров 15,группу элементов НЕ 16, тактовыйвход 17 и вход 18 сброса, РН-входрегистра 15 при сдвиге вправО, Я -Й-й З 5информационный выход,Элемент 4 задержки группы (фиг.4 )содержит регистр 19, группу элементов НЕ 20, тактовый вход 21 и вход22, сброса, В,Э и ,Я- информационные входы й выходы соответственно регистра 19Тактовые входы 21 элементов 4задержки группы, а также их входы 22сброса объединены. 45Все сумматоры на фиг,1 являютсяр разрядными, множимое и множительво всех умножителях 5 - р-разрядныесловаСвязь блоков, перечеркнутаякосой чертой, означает связь р разрядов, т.е, первый выход соединен спервым входом, второй выход - с вторым входом, , р-й выход - с р-мвходом, Если на связи, перечеркнутойкосой чертой, имеется стрелка с обозначением х 2(= , с 1.-1), то этозначит, что при соединении организован циклический сдвиг вправо на 1разрядов, т,е, первый выход соединен с (+1) м входом, второй выход - с (5. +2) м входом, ,, (р-х)-й выходс р-м входом, (р-+1)-й выход - с первым входом,(р-+2)-й выход - с вторым входом, р-й выход - с -м входом.Структура устройства для цифровой фильтрации описывается выражениемЦН(г)=(1-К) (1- Е К) а, (1)гдед а = 63 Ь(п)Е(2)д:ОВсе вычисления в выражениях ( 2 )и (1 ) при подстановке вместо переменной Е числа проводятся по модулю целого-1числа 2-1Через Х обозначен об ратный к элементу Х в кольце много- членов от переменной 2 над кольцом целых чисел по модулю 2 -1; й - длина импульсной характеристики устройства; Ь(п) - промасштабированные и округленные до целых чисел отсчеты импульсной характеристики, В рассматриваемом случае й =2 р; = -2Для того чтобы на выходе устройДства Х(п)=.К Ь(1 с) Х(п-К) получалась3 с:оправильная арифметическая свертка, необходимо, исходя из возможных значений Х(п) и Ь(п), выбрать соответствующий модуль М = 2-1 согласно выражению:(М)/2 Ъ Х(п) ,С. Ь(Х) . (3)14 сОПри выборе модуля согласно (3) результат может находиться в пределахот 0 до М Число 0У. - (М)/2интерпретируется как положительноечисло Х, а число (М+1)/2У с М как отрицательное число - (М-У).Точно так же должны представлятьсявходные отсчеты и отсчеты импульснойхарактеристики. Указанное представление - это представление в видер-разрядного обратного кода,Устройство для цифровой фильтрации работает следующим образом.Перед началом работы производитсясброс в нуль элемента 2 задержки иэлементов 4 задержки группы (фиг.5),т,е, принимается, что Х(-й)=Х(-6+1)==Х(-6+2)==Х(-1)=01-й (1 = О, 1, 2) такт работы устройства начинается с приходомна его вход 10 отсчета Х(3.), Далеепроисходит последовательное срабаты 1363249Часть устройства, состоящая из ш-го сумматора 3 и ш-го элемента 4 задержки, реализует передаточную функцию (1-(-1)2 УЛ) , входящую во второй сомножитель в (1), Это равносильно реализации следующего соотношения между входной 1)(1) и выходной (1) последовательностями для данной части устройства: 50 55 ванне комбинационных схем от входа10 к выходу 11 устройства, В процессе срабатывания комбинационных схемникакой записи информации в элементы2 и 4 задержки не происходит, На входы соответствующих комбинационныхсхем поступают значения с выходовэлементов задержки, записанные в нихв (1-1)-м такте (1 = 1, 2,). В 1 Ослучае нулевого такта на выходах элементов задержки - нулевые значенияпосле начального сброса, Запись информации в элементы задержки осуществляется с помощью тактовых импульсов, .15подаваемых на входы 17 и 21 (фиг,5),Часть устройства, состоящая изпервого сумматора 1 и элемента 2 задержки, реализует передаточную Функцию 1 Е , что является первым сомножителем в (1), Это равносильно реализации следующего соотношения междувходной Х(1) и выходной (1) последовательностями для данной части устройства:,25(1(1) = Х(1) - Х(1-й).На вход 10 устройства поступаетотсчет Х(1). На выходе элемента 2 задержки перед началом 1-го такта имеется задержанный отсчет -Х(1-4). 30Знак минус реализуется введениемгруппы элементов НЕ 16.Сумматор 1 производит сложениеХ(1) и -Х(1-й) по модулю 2 -1 за время, равное последовательному сумми- З 5рованию двух пар слов. Сначала суммируются поступающие числа, причем навыходе переноса сумматора 1 можетпоявиться сигнал логической единицы.Так как вес переноса равен 2 Р, что 40совпадает с единицей по модулю 2 -1,то выход переноса сумматора 1 связанс его входом переноса, Появившийсяперенос прибавляется к результатусуммы сумматора, 1, Таким образом, на 45выходах суммы сумматора 1 имеем число (1) = Х(1) - Х(1 - й) по модулю2 Р, которое поступает на входы сум"маторов 3 первой группы. Я 1) = П(1) + ( в ) 2 1(1 - 1),На выходе элемента 4 задержки перед началом 1-го такта имеем отсчет7(1-1). Он передается на второй входсумматора 3 с коэффициентом (-1) 2 ,Знак минус в случае нечетного ш обеспечивается передачей инверсных выходов ш-го элемента 4 задержки (т,евыходов элементов НЕ 20).умножитель 5 формирует 2 р-разрядное произведение а,Ч(1), Так как 2 Рсовпадает с единицей по модулю 2 Р,то 2 (К=О, р) совпадает с 2поэтому для приведения полученногопроизведения по модулю 2 Рнеобходимо к младшим р разрядам прибавитьстаршие р разрядов, Это выполняетсумматор 6 третьей группы сумматоров,Сумматоры 7 второй группы сумматоров складывают полученные произведения, Первый чз сумматоров группы складывает первые два произведения, затемвторой из сумматоров группы к полученной сумме прибавляет третье произведение и таД. Перенос К-го (К=1,й/2 - 2) сумматора 7 второй группы,имеющий вес единицы по модулю 2 -1,передается на вход переноса (Я+1)-госумматора этой же группы.Перенос (й/2-1)-го сумматора второй группы прибавляется к числу, полученному на его выходах суммы, с помощью второго сумматора 8,Блок 9 элементов И служит дляустранения неоднозначности представления нуля по модулю 2 Р, Эта неоднозначность возникает из-за равенстваРчисла 1 с нулем ло модулю у -.р рае,Блок 9 заменяет это число на нуль, аостальные числа пропускает .без изменений, Действительно, при укаэанномчисле на выходе элемента И 13 - логический нуль, на выходах .элементов И14 группы - также логические нули. Востальных случаях на выходе элементаИ 13 - логическая единица, и разрядычисла пропускаются на выходы элементов И 14 группы без изменений,На выходе 11 получаем отсчет У(1) выходной последовательности устройства для цифровой Фильтрации, После этого производится запись в элемент 2 задержки и элементы 4 задержки группы значений отсчетов, сформировавшихся в 1-м такте на их входах, для использования этих значений в5 136 (1+1)-м такте. На этом 1-й такт работы устройства заканчивается,Формула изобретенияУстройство для цифровой фильтрации, содержащее первый, второй, и третий сумматоры, входной элемент задержки, первый и второй элементы задержки, первую, вторую и третью группы умножителей, первую, вторую, третью и четвертую группы сумматоров, первую, вторую и .третью группы эле ментов задержки, причем выход входного элемента задержки подключен к первому входу первого сумматора, выход суммы которого подключен к первому входу -го (х=2, й/2, й - длина импульсной характеристики) сумматора первой группы, входу -го элемента задержки первой группы, первым входам второго и третьего сумматоров, выходы суммы которых подключены к входам соответственно первого и второгоэлементов задержки и к первым входам соответственно первого и (й/2+1)-го умножителей первой группы, вторые входы которых являются входами задания соответственно первого и (й/2+1)-го коэффициентов первой группы устройства, входом задания -го коэффициента первой группы которого является первый вход -го умножителя .первой группы, второй вход которого подключен к выходу -го сумматора второй группы и соединен с входом -го элемента задержки второй группы, вход которого подключен к первому входу -го умножителя второй группы и входу -го элемента задержки третьей группы, выход которого подключен к первому входу -го сумматора третьей группы, выход которого подключен к первому входу -го сумматора второй группы, выход переноса которого подключен к входу переноса -го сумматора второй группы, выход переноса -го сумматора третьей .группы подключен к входу переноса .-го сумматора третьей группы, второй вход которого подключен к выходу -го сумматора первой группы, выход переноса которого подключен к входу переноса -го сумматора первой группы, выход х-го элемента задержки первой группы подключен к первому входу х-го умножителя третьей группы, второй вход которого является входом задания х-го32 ч 9,)-го сумматора пятой группы, выход 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 коэффициента второй группы устройства, входом задания -го коэффициента третьей группы которого является второй вход -го умножителя второй группы, выход переноса первогосумматора подключен к входу переноса первого сумматора, второй входкоторого соединен с входом входногоэлемента задержки и является информационным входом устройства, выходыпервого и второго элементов задержкиподключены к вторым входам соответственно второго и третьего сумматоров, выходы переноса которых подключены к входам переноса соответственно второго и третьего сумматоров,выход переноса и выход суммы 1-госумматора четвертой группы подключенысоответственно к входу переноса ипервому входу ( +1)-го сумматорачетвертой группы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены пятая,шестая и седьмая группы сумматоров,четвертый сумматор и блок элементовИ, выходы старших и младших разрядов;1-го (,)=2, И 2+2) умножителя первойгруппы подключены соответственно кпервому и второму входам 1-го сумматора пятой группы, выход переносакоторого подключен к входу переноса суммы первого сумматора пятой группы подключен к первому входу первогосумматора четвертой группы, вход переноса которого соединен с первымвходом четвертого сумматора и является входом задания логического нуляустройства, информационным выходомкоторого является выход блока элементов И, входы которого подключенык выходам соответствующих разрядовчетвертого сумматора, второй вход ивход переноса которого подключенысоответственно к выходу суммы и выходу переноса й/2-го сумматора четвертой группы, второй вход 1-го(1=2, с 1/2+1) сумматора которой подключен к выходу (1+1)-го сумматорапятой группы, выходы старших и младших разрядов -х умножителей второйи третьей групп подключены соответственно к первому и второму входам -хсумматоров соответственно шестой иседьмой групп, выходы которых подключены к вторым входам -х сумматоров соответственно второй и первойгрупп, а выходы переносов -х сумма1363249 иг,2 гряды 5 хйнегс сасцещафю Инярсные роаяй Фиг.Рдержония торов шестой и седьмой групп подключены к входам переноса -х сумматоров соответственно шестой и седьмойгрупп.1363249 гг оставитель А,Барановехред М.Дпдьж Корректор 0.Кравцов А,Маковская Реда Тираж 671 Парственного комитета ССизобретений и открытий Ж, Раушская наб аказ 6364/4 сно дственно-полиграфическое и Пр ВНИИПИ Гасу по делам 3035, Моск