Цифровой фильтр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 91111) М 3/0 Н 03 Н 17 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 24-2 Бюл. У 35енко088.8)свидетельство СС39980/24, кл. Н 0 Бортовые ев: Наук с. 86.видетельствоН 03 Н 17/04ФИЛЬТРие относитсяе и техникев системах ц к вычисл вязи. Егофровой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(57) Изобретентельной техникиспользование обработки информации позволяет повысить быстродействие фильтра. Цифровойфильтр содержит генератор 1 импульсов, счетчики. 2 - 4, модульный сумматор 5, блок 6 оперативной памяти,блоки 7 и 8 постоянной памяти, мультиплексор 9, формирователь 10 импульсовбуферный регистр 11, перемножитель12 и накапливающие сумматоры 13 и 14.Благодаря введению накапливающих сумматоров 15 и 16 и соответствующейгруппировке коэффициентов импульснойхарактеристики фильтра время выполнения операции свертки для входных сигналов в формате многоуровневой дельтамодуляции существенно меньше, чем в фпрототипе. 3 ил.14258Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи иможет использоваться в системах циф:ровой обработки информации.Цель изобретения - повьпцение быст"родействия.На фиг. 1 показана функциональнаясхема цифрового фильтра; на фиг. 2схема сумматора на фиг, 3 - времен: ные диаграммы работы фильтра.Цифровой Фильтр содержит генератор 1 импульсов, первый - третий счетчики 2-4, модульный сумматор 5, блок6 оперативной памяти, первый 7 и второй 8 блоки постоянной памяти, мультиплексор 9, формирователь 10 импульсов, буферный регистр 11, перемножитель 12, первый - четвертый накапливающие сумматоры 13-16, входы 17 ивыходы 18,Накапливающий сумматор 13 можетбыть выполнен (фиг. 2) на формирователе 19 переднего фронта, первом 20и втором 21 регистрах сдвига и сумматоре 22. На фиг. 2 обозначены информационные входы 23, вход 24 синхронизации, вход 25 обнуления и выходы 26.Накапливающие сумматоры 14-16 имеют такое же выполнение, но содержатвместо формирователя 19 переднегофронта формирователь заднего фронта,На фиг. 3 представлены следующиесигналы: о- тактовые импульсы с генератора 1; о - импульсы на выходе35формирователя 10; о - импульсы на втором выходе блока 7; 2 - импульсы навыходе переполнения счетчика 4.Цифровой фильтр работает следующим образом,Перед началом фильтрации необходимо провести обнуление регистраи накапливающих сумматоров 13-16 (цепи сброса на фиг, 1 не приведены).45При этом на выходах 18 устанавливается нулевое значение выходного сигнала, Такое обнуление необходимо также проводить при случайных сбоях, например питания, чтобы предотвратитьнакопление ошибок в выходном сигнале 50фильтра. В блок 6 при этом заносится нулевое значение сигнала т.е,последовательность Я,-:1 О).Р) Г Устройство работает следующим образомОтсчет выходного сигнала цифровогоФильтра в привычном формате импульс 2но-кодовой модуляции представляют ввиде 40 УЯм Бк-(2) Эти этапы представляются в виде последовательного включения трех накапливающих сумматоров, ,первый из которых осуществляет "дозированное" суммирование М произведений по формуле (2) в каждом периоде дискретизации входного сигнала.Квантующая амплитудная характеристика дельта-кодера, Формирующего входные сигналы фильтра соответствует одному из двх типов характеристики с центральным подавлением или центральным клиппированием слабых сигналов. В первом случае, для некоторых 1. О возможно равенство Я; = О, а во втором Б; г О для любых х О.И сПоэтому для первого случая формула (2) может быть записана в виде Ф х 1м(3) где ш=п 1,ш,ш - номера шаговквантования импульсной характеристики, неравных нулю;Б М - количесво ненулевых шагов.Обозначим число уровней квантования импульсной характеристики через ЬК . Тогда число различчых нечулеф- (х 1у= .;С;Г Б. Б", (1)Р 1где Б, г) О,ЙЯ ), з = О,М- шаги квантованиявходного сигнала иимпульсной характеристики соответственно;М - длина импульснойхарактеристики,Последовательности Я , Бз )представлены в формате многоуровневойдельта-модуляции (МДМ) или дифференциальной импульсно-кодовой модуляции.Вычисление последовательности 1 уДпо формуле (1) разделяется на трипоследовательных этапакоэффициент пересчета 1, устанавливается в (1-1)-е состояние, блок 6 переводится иэ режима чтения в режим записи а мультиплексор 9 - в положеУ5 .ние., при котором на его выходы передается значение шага квантования входного сигнала с входов 17 фильтра.Рассмотрим функционирование фильт.ра с момента времени С , когда на вы О ,.ходе формирователя 10 появляется импульс. Пусть в этом и-ом периоде дискретизации состояние счетчика 3 равно р = п(шос 1 М), р = О,М. Тогда зна;.чение шага Б(" записывается в р-ю ячейку блока 6 памяти, а на информационные входы сумматора 13 подаются в циклическом порядке К значений шагов квантования, записанных в блоке6 по адресамК (шойМ) = Р +Я ,ф20 р +(1(т , е . значения шагов кванто 1к,- )вания, соответствующие коэффициенту ,(значению) Б,. По заднему фронту сиг(ь)нала тактового импульса э ти шаги суммируются в сумматоре 1 3 и после пос тупления К 1 тактовых импульсов навтором выходе блока 7 памяти г енерирует ся импульс ( фиг . 3 в ) , по переднему фр он ту которого накопленное з наче ние шагов квантования из суммат ор а 1 3 переписывается в регистр 1 1, а сумматор 1 3 обнуляется, Одновр еменн о счетчик 4 переключается в следующее нулевое состояние , в результате чего н а выходах блока 8 памяти появляется35 значение шага квантования импульсной(Ьхарактеристики Б . Указанные сигналы перемножаются перемножителем 12 и после поступления К импульсов Бна втором выходе блока 7 генерирует ся очередной импульс 07, по переднему фронту которого накопленная сумма из блока 13 переписывается в регистр 11, затем блок 13 обнуляется, счетчик 4 переключается в следующее положе 45 ние, в результате чего блок 8 памяти генерирует сигнал Я , а в блок 14 за(ь 1писывается произВедение, вычисленное ранее перемножителем 12.Работа накапливающего сумматора50 13(14) происходит следующим образом,По переднему (заднему) фронту сигнала на входе 25 поступающего на вход формирователя 19 последний формирует короткий импульс, устанавливающий регистры 20 и 21 в нулевое состоя 55 ние. На выходе сумматора 22 из нулевых выходных сигналов регистров 20 и 21. Формируется нулевое значение вы 5 1425840 бходного сигнала блока 13(14) . При поступлении на вход 24 синхронизацииблока 13(14) тактового импульса позаднему Фронту последнего в регистре 20 записывается значение сигналасо входов 23, а в регистре 21 - предыдущее значение выходного сигналаблока 13 (14). В результате этогосумматор 22 вычисляет текущее значение выход ого сигнала блока 13 (14),которое сохраняется на его выходах допоступления следующего тактового импульса. Далее работа блока 13 (14)происходит аналогично.Аналогично происходит работа цифрового фильтра для всех последующихгрупп индексов. Поэтому после генерирования 1 импульсов на втором выходе блока 7 накопленная в блоке 14величина равна выражению (4), Времявыполнения арифметической операциисуммирования в блоке 14 не превышаетТ/И, поэтому по заднему Фронту импульса с выхода переполнения счетчика4 (Фиг. Зг) накопленное в блоке 14значение сигнала переписывается в накапливающий сумматор 15, где сумм(- руется с его предыдущим значением,формируявеличину у, а сумматор 14обнуляется чем подготавливается накопление.по формуле (4) для следующего периода дискретизации, По переднему Фронту сигнала с выхода переполнения счетчика 4 в следующем периодедискретизации сигнал Ч у переписывается в накапливающий сумматор 16, гдесуммируется с его предыдущим значением, в результате -:его на выходах 18фильтра формируется выходной сигналу в формате импуль но-кодовой модуляции.Для следующих периодов дискретизации .работа фильтра происходит аналогично.Для нормальной работы фильтра длительность с тактовых импульсов должна выбираться из условия ((чт,оиругде. Г время чтения из блока 6чт, оупамяти очередного значения шага квантования входного сигнала.4Таким образом, в цифровом Фильтре минимальное значение частоты дискретизации входного сигнала определяется временем вычисления свертки (4),которое определяется числом 1 различных ненулевых шагов квантования импульсной характеристики и может бытьопределено из выражениягде все Времена относятся к трем последовательным группам индексовшах(К) С - время выполнения од 3 ф Еной операции суммирования блоком 13;- время выполнения операции перемй1ножения блоком 12; й - время выпол-, нения одной операции суммирования в блоке 14.За счет предварительного суммирования соответствующих шагов квантования входного сигнала величина 1 СсМ, 15 где М - число ненулевых членов импульсной характеристики,.Кроме того, за счет уменьшения разрядности шагов квантования входного сигнала и импульсной характеристики, т.е. представление в формате многоуровневой дельта- или дифференциальной импульсно-кодовой модуляции,1значения С1 сущестВенно мень ше, чем в известйом Фильтре, а значит 25 при одинаковом значении И предлагаемый цифровой фильтр позволяет проводить фильтрацию в указанных форматах с существенно более высокой частотой дискретизации, а значит обрабатывать более широкополосные сигналы.Формула изобретенияЦифровой фильтр, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с входом первого счетчика, выходы разрядов которого подключены к входам первого блока постоянной памя- . ти Второй счетчик Выходы которого соединены с первыми входами модульного сумматора, выходы которого подключены к адресным входам блока оперативной памяти, информационные входы которого являются входами фильтра, формирователь импульсов, выход которого подключен к установочному входу третьего счетчика, выходы разрядов которого соединены с входами второго блока постоянной памяти, мультиплекор, выходы которого подключены к ин-,,.1 ормационным входам первого накапливающего сумматора, буферный регистр, вы.;Оды которого соединены с первымив,одами перемножителя, выходы котороподключены к информационным входам второго накапливающего сумматора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения быстродействия,в фильтр введены третий и четвертыйнакапливающие сумматоры, первые информационные входы мультиплексора подключены к входам фильтра, выходы блокаоперативной памяти соединены с вторыми информационными входами мультиплексора, управляющий вход которогообъединен с управляющим входом блокаоперативной памяти и подключен к выходу формирователя импульсов, входыкоторого подключены к выходам разрядов первого счетчика, выход переполнения которого соединен с входом второго счетчика, первые выходы первогоблока постоянной памяти соединены свторыми входами модульного сумматоравторой выход первого блока постоянной памяти подключен к входу синхронизации второго накапливающего сумматора, управляющему входу буферногорегистра, счетному входу третьегосчетчика и входу обнуления первогонакапливающего сумматора, вход синхронизации и выходы которого подключены соответственно к выходу генератора импульсов и информационным входам буферного регистра, выходы второго блока постоянной памяти соединеныс вторыми входами перемножителя, выход переполнения третьего счетчикаподключен к входам синхронизации третьего и четвертого накапливающих сумматоров и входу обнуления второго накапливающего сумматора, выходы которого соединены с информационными входами третьего накапливающего сумматора, выходы которого подключены к информационным входам четвертого накапливающего сумматора, выходы которогоявляются выходами фильтра,1425840 Волкова ерни ул. Проектная,Производственно-полиграфическое предприятие, г, Уж едактор Г. аказ 4783/5 оставитель О, Ревинскнйехред Л.Сердюкова КорректФ Тираж 928 Подписно ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5