Устройство для цифровой фильтрации

(191 (11) 5 С 06 Р 15/353 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР МИТЕТТКРЫТИЯМ ОБРЕТЕН К АВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬСТ-2 т РАзобретение технике,носится к вычи едназначено дл ис т.ель ляна- ильтровоииональнаяти; на(71) Житомирский филиал Киевскоголитехнического института(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИФРОВОЙ ФИЛЬЦИИ(57) И от Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено двычисления дискретного преобразония Фурье и процедуры цифровой фрации и может быть использовано всистемах цифровой обработки сигналон,Белью изобретения является упрощение устройства за счет снижения аппаратурных затрат на формирование весовых коэффициентов,На фиг, и 2 изображена структурная схема устройства для циффильтрации; на фиг.3 - функцсхема блока оперативной памяфиг.4 - функциональная схема блокауправления.Устройство (информационныйтинной памяти,ционную шину 4,мяти (весоных кгеры 6.1 (д фиг,1 и 2) содержит вход 1, блок 2 опера- коммутатор 3, информаблок 5 постоянной паоэдкЬициентов), триг 11-1), элементы 2 И вычисления дискретного преобразова - ния и выполнения цифровой фильтрапии и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналон. Пель изобретения - упрощение устройства. Поставленная пель достигается за счет ого, что в состав устройства входят М- (Б - длина импульсной характеристики или размерность преобразования) вычислительных модулей, блок памяти, блок постоянной памяти, коммутатор, блок управления, генератор тактовых импульсов, накапливающий сумматор, сумматор, регистр и соответствующие нязи между узлами устройства, 4.ил,7. , элементы НЕ 8.1, входные регистры 9.1, умножители 10, 1., сумматоры11 . , выходные регистры 1 2, 1, выходной сумматор 13, информационный вы -ход 14, регистр 15 первого отсчета,накапливающий сумматор 16, выход 17постоянной составляющей, генератор 18тактовых импульсов, блок 19 управления, первый вход 20 задания режимаустройства, второй вход 21 заданиярежима устройства, тактовый вход 22блока 19 управления, тактовый выход33 блока 19 управления, обнуляюшийвыход 24 блока 1 9 управления, вход 25управления режимом блока 19 управления, адресный выход 26.блока 19 управления, тактовый выход 27 блока 19управления, вычислительные мопули28,1, тактовый выход 29 блока 19 управления, шина 30 весовых коэйкЬипиентов, второй адресный выход 31 блока19 упранления.(5)40 Работа устройства при вычислении дискретного преобразования Фурье.Устройство вычисляет следующее выражение: ЩК тР (1 с) " а (п)ю, 1 с = О, 0-1,(1):о3 Ягде а (и) - элементы исходного действительного вектора 1 аД 10размерности 1 т 11Р (1 с) - элементы выходного вектора коэффициентов Фурьеразмерности Н;дКю - весовые коэффициенты 159йш - номер входной последовательностиэБ - размерность преобразования, заданная простымчислом,Представим выражение .(1) в следующем виде: И Р (0) =а (и), (2)тт=ОР (с) = а (О) + Р (1 с),М 1,И,(3)где Г (1 с) определяется выражениемК Р (1 с) =, а (п)ът 1,1 с=1,Б. (4),тт:О Запишем выражение (4) в матричном виде и,. выполнив. соответствующие перестановки 3, получим для Н = 5 В выражении.(5) выполнено приведение индексов весовых коэффициентов 45 по модулю 5.Пиклическая структура матрицы весовых коэффициентов в выражении (5) позволяет значительно сократить аппаратурные затраты на их формирование.Для действительных входных данных выражение (1) можно свести к виду (3)КеГ (1 с)а (0) + Кеу(1 с), (6)551 Р Ос) = 1 ф Ос), (7) Слагаемые КеР (1 с) и 1 (1 с) в вь."- ражениях (6) и (7) можно привести к виду (5) с циклическими матрипами Ке",и 1 м соответственно.Очевидно, что разница между вычислением значений РеГ (1 с) и 1 т (Ц состоит в том, что при вычислении действительной. части на вторые входы умножителей 10. будут подавляться действительные части весовых коэффициентов, а при вычислении мнимой части - мнимые. Порядок следования входных, выходных данных и весовых коэффициентов идентичен. Поэтому в дальнейшем будет считать Р (1 с), Р (и), ю" действительными числами, Рассмотрим на примере вычисление одной из частей спектра для Б = 5. Информация во все регистры и триггеры записывается положительным перепадом синхро сигнала, На вход 20 подается верхний логический уровень, который разрешает прохождение информации.с первого входа коммутатора 3 на информационную шину 4. Этот режим соответствует вычислению ДПФ. При вычислении свертки на вход 20 поступает нижний логический уровень, При этом в режиме вычисления ДПФ верхний логический уровень на входе 21 соответствует вычислению косинусных составляющих, а нижний логический уровень - мнимых. Для косинусных составляющих сумматор 13 вычисляет сумму операндов на его входах, а с блока 5 на шину 30 поступают действительные значения весовых коэффициентов. При вычислении мнимых составляющих сумматор 13 осуществляет передачу на выход операнда с выхода регистра 12,И, а с блока 5 поступают мнимые составляющие весовых коэффициентов. Переключение составляющих коэффипиентов производится старшим адресом выхода 31, который формируется вторым управляющим входом 21.Будем описывать работу устройства относительно инверсной синхронизаиии. Входные отсчеты поступают непрерывным потоком на вход 1 устройства с частотой тактового генератора 18, Блок 2 оперативной памяти производит переупорядочивание последовательности входных отсчетов, Триггеры 6. синхронизируются положительным фронтом прямого синхросигнала, все остальные регистры - положительным фронтом инверсного синхросигнала. С выхода генератора 18 тактовых импульсов поступает последовательность прямоуголь 5 154 ных импульсов типа меяндр, Рнформация в блоках устройства соответствует времени до прихода положительного фронта синхросигнала.Первый такт. Иа входе 1 устройства значение а(О) на шине 4 ма (1)Триггеры 6.1-6.4 в нулевом состоянии. На информационном входе тригтера 6.1 единичное. значение, которое через половину такта запишется в триггер 6.1. На его входе установится нулевое значение с выхода 27 блока 19 управления, На шине весовых коэффициентов значение ът . Через элемент 7,1 положительным фронтом инверсного синхросигнала в регистр 9,1 будет записано значение я(1). На регистр 15 синхроимпульс не поступает и .его содержимое не изменяется.Второй такт, 11 я входе 1 устройства значение ад (1); на шине 4 а (2). На входе триггера 6,1 нулевое значение. В середине такта единичное значение запишется из триггера 6. в триггер 6,2. На шине весовых коэффициентов ът . В регистре 9.1 значение а (1), На выходе умножителя 10.1 значение а (1)ът, На выходе сумматорам11. 1 значение а (1) ът, В накапливающем сумматоре 16 значение я (1). Разректение записи инАормации поступает на регистр 9.2. На регистр 15 синхроимпульс не поступает,Третий такт. На входе 1 устройства значение а" (2), на информационной шине 4 - а(4) . В середине такта единичное значение из триггера 6,2 перепишется в триггер 6.3. На входе триггера 6;1 нулевое значение. Во входных регистрах 9.1 и 9.2 значения аи а (2) соответственно. В регистре 12.1 значение а (1)ът . На вы - ходах сумматоров 1,1 и 112 значения а (1)ът и а (1)ът + аът . На шине 30 весовых коэффициентов значение ътй На выходах умножителей 10,1 и 10,2 значения а (1) и а (2)ът соответственно. На регистр 15 синхроимпульс не поступает. В накапливающем сумматоре 16 значение а (1) + а (2).Четвертый такт. На входе 1 устройства значение а (3), на информационной шине 4 - а (3). В середине такта единичное значение из триггера 6.3 перепишется на триггер 6.4 для выдачи синхроимпульса в регистр 9.4. На входе триггера 6.1 нулевое значение. Во входных регистрах 9.1-9,3 значе 52306 510 50 5516 значение а (1) + а (2) .+ а (3) + + афь(4). + а(0) = Р (0), которое снимается с выхода в первой половинетакта. Во второй половине такта накапливающий сумматор 16 обнуляется. 5 20 25 30 35 40 45 ния а"(1), я (2), а(4) соответственно, 11 а шине 30 весовых коэффициентов значение ч,Ца выходах умножителей 101-10,3 значения а (1)ът 4, я(2)ът м 4а (4) ът соответственно. В регистрах 12,1 и 2.2 значения а (1)ът и . а (1)ът + л (2)ът соответственно, Ня йтпвыходах сумматоров 11, 1 - 11.3 значения а (1)ът, а (1)1 т + а (2)ът и а (1)ът + а (2)ът" + а (3)ът соответственно. Иа регистр 15 синхроимпульс не поступает и его содержимое не изменяется, В накапливающем сумматоре16 значение а (1) + а (2), а(4).Пятый такт. На входе 1 устройстваа (4), на информационной шине 4ЯФ 1а (0), В середине такта в триггер 6.4запишется нулевое значение, а на входе триггера 6.1 появится единичноезначение. Во входных регистоях 9. -9,4 значения а (1), а (2), а (4),а (3) соответственно. Ня шине 30 весовых коэффициентов значение ът, На+ а(2)ът + а (4)ът" + а (3)ът .= Р (1)соответственно. На регистр 15 подается сннхроимпульс в конце такта,В накапливающем сумматоре 16 значениеа + я (2) + я(4) + а (3) . С выхода 29 блока 19 управления синхроимпульс не поступает,Шестой такт. Аналогичен первомуто+2такту, На входе.устройства л (О),на информационной шине 4 - а.В середине такта единичное значениес выхода 27 блока 19 управления запишется в триггер 6.1. В остальныхтриггерах 6 нулевые значения. Вовторых регистрах 9.1-9.4 информацияне изменилась, На шине 30 значение ът . Содержимое регистров 12.1-12,4 и результаты на выходах сумматоров11.1-11.4 и умножителей 10,1-10.4не изменились, В регистре 15 знячение а (О) . В накапливающем сумматореОтсчеты (тп+1)-го входного массива об"рабатываются аналогично предыдутяему.Седьмой такт,аналогинен второмутакту. На выходах сумматоров 11,211.4 значения а (1)м + а (2)с5ат"(1)и + а (2)ч + а (4)ъ.а 1"(1)ю + а (2)та + а (4)ьт +а (З)ът, =+ а (2)ът, а (.1.)ю + а (2)т +а (4)с",Р (1) соответственно. Значение Р (1)поступает на первый вход сумматора13. На второй вход сумматора 13 поступает значение ат"(О), Если устройство вычисляет действительную часть20спектра,то на.выходе 14 сумматора 1".будет значение Г (1) = Р (1) + а (0),Если устройство вычисляет мнимуючасть спектра, то сумматор 13 выполняет операцию Р (1.) = Г (1). Управление сумматором 13 осуществляется потенциалом на входе 21 устройства.Восьмой такт аналогичентретьемутакту. На шине 30 значение ю . Умножители 10.3 и 10.4 выдают значения 30а (4)ю и а (3)ч . Отсчеты (в+1)-гомассива обрабатываются аналогично+ а (4)чэ + атп(3)ттт = Р (2). Аналогично предыдущему такту с выхода 14устройства снимается значение Р (2) .Девятый такт аналогичен четвертомутакту. На выходе умножителя 10,4значение а (3)тт . На выходе сумматора 11.4 значение а (1)ю 1 + а (2)тт += Р (3), На выходе 14 устройства значение Р (3).Дальнейшая работа устройствадолжается по описанному алгоритму, При реализации процедуры пиЬровой фильтрации устройство вычисляет выходные отсчеты фильтра в соответствии с выражениемМ-й х (1 с) =а (1 с-и) Ь (и),(8) и:О где Ь(п) - коэффициенты импульснойхарактеристики фильтра;а(п) - отсчеты входного сигнала.При работе в режиме питеровой фильтрации на управляющий вход 20 поступает низкий уровень сигнала, который обеспечивает установку всех триггеров 6.1 в единичное состояние, Этим обеспечивается запись информации в регистре 9.1. с каждым тактом. Связи между вторыми входами умножителей 10.а и шиной 30 разрываются. На вторые входы умножителей 1 0.1 поступают коэффициенты импульсной характеристики; На управляющий вход 21 подается сигнал, разрешающий передачу информации выходным сумматором 13 с выхода регистра 12,11-1 на выход 14, с ,которого в каждом такте будет снима"ься отфильтрованное значение х(1 с) . Фо рмула из об ре т ения Устройство для цифровой фильтрации, содержащее (И) (Ю - длина им- пульсной характеристики) вЫчислительных модулей, блока управления и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к тактовому входу блока управления и первому тактовому входу 1-го (х = 1, И"1) вычислительного модуля, информационный выход 1-го (1 д 1, И) вычислительного модуля подключен к первому информационному входу Ц+1)-го вычислительного модуля, второй тактовый вход которого подключен к тактовму выходу (1-1) - го вычислительного модуля, первый и второй тактовые выходы блока управления подключены соответственно к второму тактовому входу первого вычислительного модуля и третьему тактовому входу 1.-го вычислительного модуля, причем 1.-й вычислительный модуль содержит элемент НЕ, первый и второй регистры, сумматор, умножитель, элемент И и триггер, выход которого является тактовым выходом вычислительного модуля и подключен к первому входу элемента И, выход ко рого подключен к тактовому входу и,.1545230 В/1 вого регистра, выход которого подключен к первому входу умножителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, выход которого подключен к информационному входу второгорегистра, выход которого является информационным выходом вычислительногомодуля, первым информационным входомкоторого является второй вход сумматора, первый установочный вход триггера является первым тактовым входомвычислительного модуля, вторым тактовым входом которого является второйустановочный вход триггера, информационный вход первого регистра является вторым информационным входом вычислительного модуля, третьим тактовым входом которого является входэлемента НЕ, выход которого подключен к второму входу элемента И и тактовому входу второго регистра, а второй вход умножителя является входомзадания коэффициента вычислительногомодуля, отличающеесятем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит блок памяти, блокпостоянной памяти, коммутатор, сумматор, регистр и накапливающий сумматор, выход которого является выходомпостоянной составляющей устройства,информационным входом которого являются соединенные между собой первыйинформационный вход коммутатора и информационный вход блока памяти, выход которого подключен к второму информационному входу коммутатора, выход которого подключен к второму информационному входу ь-го вычислительного модуля, вход задания коэЬЬициента которого подключен к выходу блоХа постоянной. памяти, адресный вход которого подключен к первому адресному выходу блока управления, второй адресный выход которого подключен к адресному входу блока памяти, управляющий вход коммутатора соединен с пер"вым входом задания режима блока управления и является первым входом задания Режима устройства, вторым входом задания режима которого являются соединенные между собой второй вход задания режима блока управления и ; вход синхронизации сумматора, выход которого является информационным выходом устройства, третий тактовый выход блока управления подключен к тактовому входу регистра, выход которого подключен к первому информационному 25 входу сумматора, второй информационный вход которого подключен к информационному выходу (М)-го вычислительного модуля, выход обнуления блока управления подключен к входу об нуления накапливающего сумматора, информационный вход которого соединен с информационным входом регистра и подключен к выходу коммутатора, а выход генератора тактовых импульдключен к тактовому вду 35накапливающего сумматора.1545230 дай Составитель А.БаранТехред А.Кравчук ед К О,Ст о каз 4 одписн НТ СССР онн а г. Ужгород ьскиц к изводственно-и Тираж 5 б 3ого комитета по из35, Москва, Ж,