Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСК РЕСПУБЛИК ог Н Оз Н 17 О 1)4 Н сист.емь аукова иоэлект 23-27 СССР 1985. ЙНОЙ ДЕЛЬвычи связифровойяет пов юГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится ктельной технике и техникеиспользование в системах циобработки информации п сить быстродействие цифрового фильтра, Последний содержит линейный дельта-модулятор 1, двоичные счетчики 2и 3, тактовый генератор 4, блок 5оперативной памяти, элемент ИЛИ-НЕ 8,блок 9 постоянной памяти, мультиплексор 10, элемент 11 эквивалентности,блок 12 формирования импульсов, реверсивный счетчик 13, накапливающиесумматоры 14 и 15 и цифроаналоговыйпреобразователь 16. Благодаря введенюо элемента И 6 и элемента ЗАПРЕТ 7обеспечивается синхронное чтение шагов квантования входного сигнала изначений импульсной характеристики ультра, что уменьшает затраты в ни на вычисление свертки. 1 э.п3 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи иможет быть использовано в системахцифровой обработки информации.Цель изобретения - повышение быст 5родействия.На фиг. 1 показана функциональнаясхема цифрового фильтра; на Фиг. 2 -схема блока формирования импульсов;на фиг. 3 - временные диаграммы работы фильтра.Цифровой фильтр с линейной дельтамодуляцией (ДМ) содержит линейныйдельта-модулятор 1, первый 2 и второй 3 двоичные счетчики, тактовыйгенератор 4, блок 5 оперативной памяти, элемент И 6, элемент ЗАПРЕТ 7,элемент ИЛИ-НЕ 8, блок 9 постояннойпамяти, мультиплексор 10, элемент 11эквивалентности, блок 12 Формирования импульсов, реверсивный счетчик 13первый 14 и второй 15 накапливающиесумматоры и цифроаналоговый преобразователь 16, вход 17, первый 18 и 25второй 19 выходы.Блок 12 Формирования импульсов выполнен (Фиг. 2) на регистре 20 спвига, элементе И 21, элементе ИЛИ 22и формирователе 23 переднего фронта.На фиг. 2 обозначены первый 24 и второй 25 входы первый 29 и второй 27выходы.На Фиг. 3 показаны следующие сигналы: а - тактовые импульсы с генератора 4; о - смена шагов квантования в дельта-модуляторе 1; о - импульсы на выходе элемента И 6; 2 - импульсы на выходе элемента ЗАПРЕТ 7;импульсы на выходе элемента ИЛИ-НЕ 8;е - смена сигналов на выходе блока 9;, 40Яс - смена сигналов на выходе блока 5; , О - импульсы на первом и втором выходах блока 12.Цифровой фильтр с линейной дельтамодуляцией работает следующим образом,Выходной сигнал цифрового Фильтрас линейной дельта-модуляцией в обычном формате импульсно-кодовой модуляции представляется в виде50М у= Х. 2 2 ех е, . (1)где е 1 = 2 ЬЕ.1 е 0,1;, х = О,М- весовые коэффициенты в формате линейной дельта-модуляции (шаги квантования импульсной характеристики цифрового фильтра);Е 1 х 17Ь 1, Е0 - входная последовательность (шагиквантования входноого сигнала)г ч 1 Ф)7Последовательности Ь и представляют собой кбдированные последовательности шагов квантования соответствующих величин и представлены в Формате линейной дельта-модуляции.В фильтрах вычисления по формуле (1) разделяются на три последовательных этапа, представляемых тремя последовательно включенными накапливающими сумматорами, первый из которых проводит "дозированное" суммирование М слагаемых по формулеМ(2)в=оа остальные проводят непрерывное на 1копление сигнала у;=Ч ух, Уйк= = Чу; . Такое представление позвог 1ляет упростить вычисление выходного сигнала.Цифровой фильтр.с линейной дель-, та-модуляцией работает следующим образом.Перед началом фильтрации необходимо провести обнуление счетчика 13 и накапливающих сумматоров 14 и 15. При этом на цифровом и аналоговом выходах 18 и 19 ус."навливаются нулевые значения вьходного сигнала. Такое обнуление необходимо также проводить при случайных сбоях, например питания, чтобы предотвратить накопление ошибок в выходном сигнале Фильтра. В блок 5 памяти заносится при этом нулевое значение сигнала, т.е. последовательность (О, 1).В блоке 9 памяти записана однораз(и) рядная последовательность Ь , Е = = б,Мвесовых коэффициентов Фильтчра, Запись производится подряд, начи- ная с нулевого адреса блока 9, по возрастающим адресам в следующем порядке: по нулевому адресу записывает(тД (лЪ ся значение Ьо, по первому Ь по второму Ь," и т,д., по (М)-му ад(т 1 ресу записывается значение Ь , т.е. значение записанное по К-му адресу, равно Ь( 14 р3 14258Тактовый генератор 4 генерирует непрерывную последовательность импульсов (фиг. За) с частотой Е = М/ТАХ где Т - период частоты дискретиза 5 ции входного сигнала, М - длина им, пульсной характеристики цифрового фильтра. Примем, что переходом, вызывающим изменение счетчиков 2. 3 и 13, является переход на их счетном входе из единичного состояния в нуле" вое, т.е. изменение состояния счетчиков происходит по заднему фронту сигналов на их счетных входах. После поступления М импульсов частоты г на счетный вход счетчика 2 на его выходе переполнения в конце периода Тд дискретизации формируется импульс, поступающий на тактовый вход линейного дельта-модулятора 1. Ча вьходе пос леднего при этом (фиг. Зб) фиксируется значение шага квантования вход;-. ного сигнала в и-ом периоде дискретизации Ь (П), которое сохраняетсяюна выходе блока 1 до поступления сле дующего импульса с выхода переполнения счетчика 2. Сигналы с разрядных выходов счетчика 2 подаются на входы элемента И 6, поэтому при состоянии счетчика 2, равном М, на выходе элемента И 6 формируется импульс(фиг. Зв) длительностью ТА/Мр который поступает на запрещающий вход ЗАПРЕТ 7, на разрешающий вход которого поступают импульсы генератора 4. В результате на выходе элемента ЗАПРЕТ 7 35 формируется последовательность импуль сов (фиг, Зг), содержащая в одном периоде ТА дискретизации Мимпульсов, Импульсы с элемента 7, временное положение которых с точностью до времени задержки в элементе ЗАПРЕТ 7 соответствует положению тактовых импульсов, поступают на счетный вход второго счетчика 3, имеющего коэффициент пересчета М. Разрядные выходы счетчика 3 соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ 8, в результате чего при нулевом состоянии счетчика 3 на выходе элемента ИЛИ-НЕ 8 формируется импульс (фиг. Зд) длительностью Тд/М, посту пающий на управляющие входы блока 5 памяти и мультиплексора 10. При наличии этого импульса блок 5 памяти находится в режиме записи (фиг. Зе), а мультиплексор 10 передает сигнал с 55 выхода линейного дельта-модулятора 1 на первый вход элемента 11 эквивалент. ности,в отсутствие этого импульса,41 4блок 5 памяти переводится в режим чтения, а мультиплексор 10 передает сиг;-эл с выхода блока 5 на первый входэлемента 11 (фиг. Зж). За счет разного числа импульсов в последовательн:".тях с генератора 4 и элемента 7 запериод дискретизации Т осуществляется рециркуляция адресов ячеек блоков5 и 9 памяти - в каждом следующемпериоде Т адреса ячеек блока 9 памяАти смещаются на единицу в сторону отставания от адресов ячеек блока 5 па"мяти. Таким образом. шаги квантованиявходного сигнала 1 Ь ),пп ) О,записьГ ХМкоторых производится в блок 5 памятивсегда при нулевом состоянии счетчика 3, записываются в и-ом периоде дискретизации по К-му адресу,где К == пшойМ,Сигналы с разрядных выходов счетчиков 2 и 3 поступают также на адресные входы блоков 5 и 9 памяти соответственно, поэтому последовательность(хцЬ ), Бшос 1 М = О,М, через мультиплексор 1 О и последовательность Ба),К = (М-г+п)шойМр г = О,М, поступаютсинхронно на входы элемента 11 эквивалентности (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ), навыводе которосо Формируатсн проивнедение 1 ь От Ье" . Последовательностьтаких произведений поступает на вход,управляющий направлением счета реверсивного счетчика 13, который изменяет свое состояние на единицу после поступления на его счетный вход очередного .заднего фронта тактового импульса. В результате, через М тактов, навыходе реверсивного счетчика 13 формируется значение свертки (2) в п-омпериоде дискретизации (Б+Е = Б+М -- г+и, а так как изменение индексовБ и г одинаковое, имеем Б+Е = пшодМ).Указанные соотношения между индек(Х 1 г Спсами последовательностей Ь ) и Ь 1по соответствующим адресам блоков 5и 9 памяти проиллюстрированы нафиг. 3 для случая пшойМ = О.В начале следующего периода дискретизации Т блок 12 формирования имАпульсов формирует на своем первомвыходе 26 сигнал (фиг. Зз), переднийфронт которого соответствует временному положению переднего фронта тактового импульса. По указанному фронту,;сигнала с выхода 26 значение свертки(2) из реверсивного счетчика 13 записывается в накапливающий сумматор14, где суммируется с его предыдущим: й,- время чтения из блоков 5 и 9 очередных 5 Означений шагов квантования,;время выполнения опе- рации "умножения" элементом 11; 55 время изменения состояния реверсивного счетчика 13 сч значением, в результате чего на выходе блока 14 Формируется значение Ч у,.Одновременно на втором выходе 27 блока 12 формируется короткий импульс(фиг,Зи), поступающий на вход уста 5нонки нулевого состояния реверсивного счетчика 13, в результате на еговыходах устанавливается нулевое значение сигнала, цем подготавливаетсяочередной цикл накопления по формуле (2),Длительность импульса с выхода 26блока 1, равная целому числу перио,цов сигнала тактового генератора 4,выбирается достаточной для выполненияоперации суммирования в блоке 14 иможет быть изменена путем изменениячисла последовательных выводов регистра 20 сдвига, подключенных к входамэлемента ИЛИ 22. Поэтому, по заднемуФронту сигнала с выхода 26 значениеЧу с выхода блока 14 записывается в. блок 15, где суммируется с его предыдущим значением. В результате этого 2на выходе 18 формируется отсчет выходного сигнала Фильтра у (в Формате импульсно"кодовой моцуляции), который преобразуется цифроаналоговымпреобразователем 16 в аналоговую фор 30му у(ь) на выходе 19.Таким образом, в цифровом Фильтрес линейной дельта-модуляцией полностью исключены непроизводительныезатраты времени на запись накопленныхзначений произведений и задержка времени на Формирование адресов блокаоперативной памяти. Введение блоковб и 7 и соответствующих соединений позволяет осуществить синхронное чтениешагов квантования входного сигнала изначений импульсной характеристикииз блоков памяти, что уменьшает затраты времени на вычисление свертки(2) до величины Сравнение времени ь предлагаемого Фильтра и известного показывает, что в предлагаемом фильтре частота 2 дискретизации может быть значительно выше.Формула изобретения1. Цифровой фильтр с линейной дельта-модуляцией, содержащий линейный дельта-модулятор, информационный вход которого являетсг входом фильтра, блок оперативной памяти. блок постоянной памяти, выход которого соединен с первым входом элемента эквивалентности, выхоц которого подключен к управляющему входу реверсивного счетчика, выходы которого соединены с информационными входами первого накапливающего сумматора выходы которого соединены с информационными входами второго накапливающего сумматора, выходы которого подключены к входам цифроаналогового преобразователя и являются первыми выходами Фильтра, тактовый генератор, выход когорсго соединен со счетными входами реверсивного и первого двоичного счетчиков и первым входом блока форь 1 ирования;в- пульсов, первый выход которого подключен к входам синхронизапии накапливающих сумматоров, второй двоичный счетчик, элемент ИЛИ-ИЕ, выход которого соединен с управ яющим входом:;ультиплексора, выход переполнения первого двоичного счет-:ика соединен с тактовым входом линейного дельта-модулятора выход цифроаналогового преобразователя являетс.: вторым выходом Фильтра, о т л и ч а . щ и й с я тем что, с целью новь.щения быстродействия, в Фильтр ввецень ;.емент И и элемент ЗАРРЕТ, разрешающий вход которогс подключен к выходу тактового генераора выход линейного дельта-модулятора соединен с первым информационньпч входом мультиплексора и информационным входом блока оперативной памят., выход которого подключен к второму инФормационному входу мультиплексора, выход которого соединен с вторым входом элемента, эквивалентности, выходы разрядов первого двоичного счетчика подключены к адресным входам блока оперативной памяти и входам элемента И, выход которого соединен с запрещающим входом элемента ЗАПРЕТ и вторым входом блока формирования импуль 7 14258 сов, второй выход которого соединен с установочным входом реверсивного счетчика, управляющий вход блока оперативной памяти подключен к выходу элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента ЗАПРЕТ соединен с входом второго двоичного счетчика, выходы которого подключены к входам блока постоянной па:- мятии элемента ИЛИ-ЬЕ.2. Цийровой фильтр по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок Ьормирования импульсов выполнен на регистр. сдвига, формирователе переднего йронта, элемента ИЛИ и элеменпте 1, выход которого соединен с пер 15 41 8вым входом элемента ИЛИ, выход перво-.го разряда регистра сдвига соединенс первым входом элемента И, второйвход которого объединен с входом синронизации регистра сдвига и является первым входом блока, выходы осталь.ных разрядов регистра сдвига подключены к сдноименным входам элементаИЛИ, выход которого соединен с входом Формирователя переднего фронтаи явл,"тся первым выходом блока, информапионный вход регистра сдвига ивыход йормирователя переднего фронта являются вторыми соответственновходом и выходом блока.1425841 Составитель О. РевинскиТехред Л.Сердюкова Корректор Г.Репетн едактор Г. Волков аж 928 Заказ 4783/55 писное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5