Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией

) (11) 3 М 3/02 1)4 Н 7/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ 56(088.8)ельство СССР17/04) 1980.ьство СССР17/04, 1980.ьство СССР17/06, 1980.ьство СССР3/02, 1985. ЛЬТР С НОЙ ДЕЛЪ(54) ЦИФРОВОЙ ФИ ТА-МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение тельной технике, устройствах обра цессов позволяет ствие цифрового ычи сли носитс ние в проЕго испол отки случ повысить ильтра, Ци зовайныхыстродефровой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР10 ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свиде11) 904201, кл. Н 03 МАвторское свидетел919054, кл. Н 03 НАвторское свидетеИ) 955512, кл, Н 03 НАвторское свидетелУ 1347188, кл. Н 03 фильтр с линейной дельта-модуляциейсодержит блок 1 оперативной памяти,мультиплексор 2, реверсивный счетчик5, сумматор 7, генератор 10 импульсов,счетчикки 11, 12, блок 13 постояннойпамяти, формирователь 14 импульсови накапливающие сумматоры 17, 18.Введение элемента ИСКХПОЧАЮЩЕЕ ИЛИ3, распределителя 4 импульсов, реверсивного счетчика 6, сумматоров 8,9, буферных регистров 15, 16 и формирователя 19 переднего фронта обеспечивает вычисление выходного сигналав формате импульсно-кодовой модуляции за меньшее, чем в прототипе, время за счет того, что в блок 13 постоянной памяти записываются только не- анулевые значения импульсной характеристики цифрового фильтра с соответ- Я Фствующими индексами. 1 э,п, ф-лы,2 ил..(Фровой Фильтр с гей)ой дельт,модуляцией работает следующи) образ ом.Алгоритм работы ):лфрового фильтра " линейной дельта-модуляцией может быть описан двумя раэньии способами.Способ первый, В двух последовательных интервалах дискретизации имеет место м(к),)е .; е;,Ч у(2) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах обработки случайных процессов.Цель изобретения - повышение бы 5стродействия цифрового фильтра,На фиг, 1 показана функциональная схема цифрового фильтра с линейной дельта-модуляцией на фиг2х10временные диаграммы, поясняющие егоработу,Цифровой фильтр с линейной дельтамодуляцией содержит блок 1 оперативной памяти, мультиплексор 2, элементИСКЛОЧА 1 Я 11 ЕЕ ИЛИ 3, распределитель 4импульсов, первый и второй реверсивные счетчики 5, 6, первый, второй итретий сумматоры 7, 8 и 9, генератор10 импульсов, первый и второй счетчики 11, 12, блок 13 постоянной па"мяти, формирователь 14 импульсов,первыщ и второй буферные регистры15 и 16, пе(вый и второй накапливающие сумматоры 17, 18 и формирователь 2519 переднего фронта, Формирователь14 импульсов выпонен на первом ивтором элементах 20, ИЛИ-НЕ 20 и 21,элементе ИЛИ 22, элементе НЕ 23 Нафиг,обозначены вход 24 и выходы25 цифрового фильтра,Выходы второго реверсивного счетчика б при подключении к сумматору8 смещены на один разряд в сторонустарших разрядов но отношения к выходам первого реверсивного счетчика 35б, при этом на мад)цй разряд вторыхзходов сумматора 8 подается сигнал3", В результате при поступлении имульса на тактовый вход счетчика 51;ходной код сумматора 8 изменяется40в зависимости от управляющего сигнала на +1, а при поступлении имуль, .на тактовый вход счетчика б - на)О Проведем замену ш = д"1 и обьединим полученные суммы М-2 2 (х) (11 х (х 1х,(х) 1 Перенесем ч у. в первую правую2часть и введем дополнительные члены импульсной характеристики е+2. И так как в импульсной характеристике цифрового фильтра с линейнойдельта-модуляцией большое количестворядом расположенных коэффициентовпротивоположны е, .= -е(, х; соот (1,ветствующие значения 8 1 равны я, ,что позволяет резко (примерно нзполовину) уменьшить количество умножений и суммирований в выражении (3),Второй способ. Для этого проведем вычитание выражения (2) из (1)м-7(х1(Х) 1ч;, -р у = е е + е . е. -е; е, 1,=О, М 1; чу. = О. Значения К; также могут при вима т.Жзначения О, +1, +2, и так как в импульсной характеристике цифрово) о фильтра с линейной дальта-моду,)яцие имеются монотонные участки т.е,позволяет уменьшить количество умножений и суммирований в (4), т.е. увеличить быстродействие фильтра.Выходной сигнал фильтра в формате импульсно-кодовой модуляции имеет,1.), 1 вместе со воичи индексамиг , М.,:о зет:тнуюврми индексам) г ( )кс.нуленьас энач,"ний в 1 ь;или К .Индексы последних формируются следую(Л)щим образом; " - ) = О; Я, - гМ,1 Ь; , 1 О, М- весоные коэффици(Л)енты в формате дельта-модуляции (шаги квантования импульсной характеристики цифрового фильтра);( Ь, КО - нхолная последовательность.Последовательост1, к / представляют собой кодированные последовательности шагов квантования соответствую(их величин и представлены в формате линейной дельта-модуляции.Обычно вычисления н формуле (1) разделяются на три последовательны)с этапа: м-)2 с, -) (Л),ч у= = е.,е,;= ъ,.Такое представление позволяет упростить вычисления ныхолного сигнала фильтра. Однако вычисление по (Ь) значения свертки %1 у . требует в каждом интервале дискретизации входного сигнала проведения всех М умножений и суммирований, что является существенным недостатком прототипа, снижающим его быстродействие.В рассматриваемом цифровом фильтре перед записью н блок 13 постоянной памяти весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра все И ненулевых значений в последовательностях45 15,. )или 1 Р,. пр)сводятся к формату ли(Л) )нейной дельта-модуляции 5 - г - М - 1,8 - г = 1, в ре) )1) Л)эулвтате индексная последовательностьимеет вил г = О, М, И 1. Запись в блок 13 производится подрядпо возрастающим индексным номерам1 г 1 , соответствующим только ненулевым значениям в Б, или 1 К . 1, начиная(Л) (Л)с нулевого адреса. Причем по нулевомуадресу в блоке 13 будет записано значение 1 г = О; п первому: 1. , г=по второму: 1(г 2 и т.д,Если, например, Бц.,= О, то по второму адресу в блоке )3 должно быть записано значение Ьм 2 с ближайшимг 2 2 соответствующее ненулевому,(ьзначению в последовательностях 15или 1 К, ).При такой записи каждое выходноеслово блока 13 разбито на лва поля.В поле, соответствующее первому вьгходу блока 13 записывается индексг, а в поле, соответствующее второмувыходу, - олнобитовое значение 1(Л)Всего используется И ячее памяти.Перед началом фильтрации необходимо провести обнуление счетчиков5, Ь, регистров 15, 1 Ь и нака)ц 1 ивчющ)(х сумматоров 17, 18. При этом навь)холах 25 фильтра устанавливаетсянулевое значение выходного сигнала,Такое обнуление необходимо также проводить при случайных сбоях, например питания, чтобы предотвратитьнакопление ошибок н вь)холном сигнале фильтра, В блок 2 оперативной памяти, куда должны записываться шаги квантования входного сигнала, при этом заносится нулевое значение сигнала, т.е. послелонательность (О, 1).Примем для определенности, что в блоке 13 памяти записана последонательность 1 Ь ,. , 1 = О, Б, т.е.(Л)вычисление отсчета ньи одног о сигнала фил ьтра проводится по формул ам (3) и (5).Генератор 10 импульсов генерирует непрерывную последовательность импульсов (фиг. 2 а) с частотой Г д ИТ кратной частоте дискретизации Т входного сигнала, где К - число ненулевых членов в последовательности 1 Б . Эти импульсы поступают на нход(счетчика 11 и тактовый вход распределителя 4. Выходные сигналы счетчика 11 поступают на входы блока 13 памяти и на нходы формирователя 14 импульсов. По коду, соответствующему выходному сигналу счетчика 11, с пе119 ьРезультат перемножения Ь . О Ь пода(М (в,ется на управляющие направлением счета входы счетчиков 5 и 6, которые изменяют свое состояние по заднему фронту импульсов, поступающих на их тактовые входы.Формирователь 14 при состоянии счетчика 11, равном "0" и "1", формирует сигнал (фиг. 2 в), который является управляющим для распределителя 4, При наличии этого сигнала импульсы с генератора 1 О поступают через распределитель 4 на тактовый вход счетчика 5, а при отсутствии на второй тактовый вход счетчика 6. Поэтому в первом случае сумматор 8 изменяет в каждом периоде Т/И свое состояние на + 1, а во втором случае на +2С учетом того, что управляющим сигналом счетчиков 5 и 6 являеттл) Гк Гся произведение Ь, Э Ь , в конце периода дискретизации Т (после поступления И тактовых импульсов) на выходах сумматора 8 формируется эначение суммы5 ( 1 г к 1=о Регистры 15, 16 совместно с сумматором 9 предназначены для формирования значения ч у . Это происходит2следующим образом,По переднему фронту импульса(фиг, 2 б) в регистр 16 записываетсявыходное значение сумматора 9, т.е.7 уа в регистр 15 - значениявыходного сигнала сумматора 8, послечего счетчики 5 и 6 обнуляются. Сумматор 9 из значения выходного сигнал;,сумматора 8 вычитает сигнал ч у,который для этого преобразуется навыходе регистра 16 в свое дополнение. Время выполнения суммированияв блоке 9 не превышает Т/М, поэтомупо заднему фронту импульса (фиг. 2 б)сформированное сумматором 9 значениеч у записывается в накапливающийсумматор 17, где суммируется с предыдущим значением ч у в результате чего на выходе блока 17 формируется значение чУ . По очередному переднему фронту сигнала (фиг. 2 б) в накапливающий сумматор 18 записывается значение выходного сигнала блока 17, которое суммируется с храняющимся в блоке 18 значением у .;, в результате чего формируется выходной сигнал цифрового 5 1424вых выходов блока 13 памяти на входыпервого сумматора 7 считывается последовательность индексов г), начиная с нулевого адреса блока 13.5В конце каждого периода дискретизации Т (после поступления импульсов с генератора 10) счетчик 11 генерирует импульс переноса, переводящий счетчик 12 в следующее положе"ние. Счетчик 12 считает по модулю М+1. Его выходной сигнал поступаетна другие входы первого сумматора7, суммирующего коды по модулю М+1,на выходах сумматора 7 формируетсясигнал, поступающий на адресные входы блока 1 памяти.Лельта-модулированная последовас 1тельность шагов квантованияи0 входного сигнала фильтРа в видео 11 Ь 1 с входа 24 фильтра поступает одновременно на первые входы блокапамяти и мультиплексора 2. По нулевому значению выходного кода счетчика 11 формирователь 14 импульсов генерирует импульс (фиг. 2 б), поступающий на управляющие входы блокоч 1 и 2 и вход формирователя 19 переднего фронта, При наличии этого сигнала блок 1 памяти находится в режиме записи, а мультиплексор 2 передает)входной сигнал Ь я на первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3. При отсутствии указанного импульса блок 1 памяти находится в режиме чтения, мультиплексор 2 передает сигнал с его выхода на первый вход элемента 3. Кроме того, по переднему фронту этого импульса (момент г) обнуляются счетчики 5 и 6 (фиг. 2 г).Пусть в и-м периоде дискретизации 4 О состояние счетчика 12 равно 3 = и вод(М+1),.1 е 0, М,1. Тогда значениезаписывается в 3-ю ячейку блока 1(11нпамяти, а на первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3 поступают в цикли ческом порядке К значенияЬ 1К: 1 М, 01-1; причем номе" ра индексов 1 формируются сумматором 7 как сумма индексов 1 г 1 ненулевых значений последовательности Я,. , 50Ь считываемых с первых выходов блока 13 памяти и значения выходного кода счетчика 12; 1 с = (3+г)шос(М+1).На второй вход элемента 3 за периоп дискретизации синхронно с 1 Ь ) пос 6)1 55 ступают в циклическом порядке с второго выхода блока 13 все элементы последовательности 1 Ь 1 О, Н.119 7 1424фильтра в формате импульсно-кодовоймодуляции у, который подается навыходы 25 фильтра.Аналогично работает фильтр призаписи в блокь 13 памяти последова.5тельности 1,;, ). = О, И. В этом4,случае сигналу, на выходе регистра 16 не преобразуется в свое дополнение, а блок 9 суммирует значение выходного сигнала блока 8, равноемй) (х)- е,.)с эн,".чением ч ув результате чего формируется ч у,т,е. вычисления соответствуют формулам (4) и (5), Дальше работа фильтрапроисходит аналогично,формирователь 12 переднего фронта предназначен для обнуления счетчиков 5 и 6. Запись в регистр 15 зна 20чения выходного сигнала блоха 8 производится по переднему фронту импульса (фиг. 2 б), поэтому включение формирователя 19 по валяет провести обну"ление блока 8 после указанной записи,25т.е. разделить эти операции во време"ни.Таким образом, вычисление выходного сигнала цифрового фильтра с дельта-модуляциейу 1 в формате имь 30пульсно-кодовой модуляции с промежу-.очным вычислением значений чч у может быть проведено за меньшее время, чем с М умножениями и суммированиями, что позволяет увеличитьбыстродействие фильтра. Формула изобретения 1. Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией, содержащий мультиплексор, первый реверсивный счетчик, генератор импульсов, выход которого соединен с входом первого счетчика, выходы разрядов которого подключены к входам блока постоянной памяти, вы- .5 .(од переполнения первого счетчика с.уединен с входом второго счетчика, выходы которого ,:динены с первьми входами перво: о сумматора, выходы которого подк.:к ели к адресным входам 5 пока опе, )тивной памяти, формирова;:ель импульсов, первый выход которого соединен с входами синхронизации перч-го и второго на;ппивающих су:ато"ъ;. ды гера.;го накапливающегома гора .,и. "ны с информационьпэ, г одами в". о; ; о накз)ливащего сумм.тора, о т л аа к щ и й с . тем,что, с целью повышения бь)стродействия цифрового фильтра, в него введены распределитель импульсов, второй реверсивньы счетчик, второй и третий сумматоры, первый и второй буферные регистры, формирователь переднего Фронта и э-емент ИСКЛЮЧАЮ)ЕЕ ИЛИ, выход котс,ого подключен к управляющим входам первого и второго реверсивых счетчиков, выходы которых соединены соответственно с первьвп. и вторыми соответствующими входами второго сумматора, выходы которого соединены с информационными входами первого буферного регистра, вход синхронизации которого объединен с входом синхронизации второго буферного регистра, входом формирователя переднего фронта, управляющими входами мультиплексора и блока оперативной памяти и подключен к первому выходу Формирователя импульсов, входы которого подключены к выходам одноименных разрядов первого счетчика, второй выход Формирователя импульсов соединен с управляющим входом распределителя им-пульсов, тактовый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первый и второй выхоцы распределителя импе)ьсов соединены с тактовыми входами соответственно первого и второго реверсивных счетчиков, выход Формирователя переднего Фронта подключен к входам обнуления первого и второго реверсивных счетчиков, выход блока оперативной памяти соединен с первым информационным входом мультиплексора, второй информационный вход которого объединеи. с информационньм входом блока оперативной памяти и является входом цифрового Фильтра, выход мультиплексора соединен с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые и второй выходы блока постоянной памяти подключены соответственно к вторым входам первого сумматора и второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы первого и второго буферных регистров соединены соответственно с первыми и вторьпп) входами третьего сумматора, выходы ко 1 орого подключены к информационным входам второго буферного регистра и первого накапливающего сумматора, выходвторого накапливающего сумматора являются выходами цифрового Фильтра.2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что ФормировательСоставитель О, РевинскийТехред Л.Сердюкова Корректор С,Черни Редактор М. Келемеш Заказ 4696/56 Тираж 928 Подписное ВНИИПИ Государственного омитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г, ужгород, ул. Проектная, 4 9 1424 импульсов выполнен на элементе ИЛИ, элементе НЕ и элементах ИЛИ-НЕ, первый вход первого элемента ИЛИ-НЕ объединен с входом элемента НЕ и является первым входом формирователя,5 выход элемента НЕ соединен с первым входом второго элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй - К-й входы пер О 119 ового и второго элема тв ИЛИ-НЕ Ф разрядность первого счетчика) соответственно объединены и являются одноименными входами формирователя, выход первого элемента ИЛИ-НЕ подключен к второму входу элемента ИЛИ и является первыМ выходом формирователя, выход элемента ИЛИ является вторым выходом формирователя.