Цифровой фильтр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК сг 91 Ог 6 Р 15/3 Н 170 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ нсти- ьской ся к вычисзобретение отн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Киевский политехническитут им, 50-летия Великой Октсоциалистической революции(54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР лительнои технике, Цель изобретения - повьппение быстродействия, Цифровой фильтр содержит адресные счетчики 1, 6 и 14, блок 2 памяти (БП)адресов, адресный .регистр 3, БП 4промежуточных результатов, регистры5 и 12, БП 7 весовых коэФфициентов,умножитель 8, коммутаторы 9 и 10,сумматор 11, БП 15 входных отсчетови блок 1/ синхронизации, Цель достигается введением коммутатора 9, спомощью которого цикл вычисления выходного отсчета фильтра осуществляется за восемь тактов. 4 ил.,2 табл,Цифровой Фильтр осуществляет фильт-З рацию входного сигнала согласно вы- ражению 0-1ТХ. х ь п=О 40 где Ь - весовые коэффициенты;хО тс четы входнОГО сигнала 1 45Б - длина импульсной характеристики (ИХ),Для иллюстрации работы цифровогофильтра рассмотрим в качестве примера реализацию цифрового фильтра симпульсной характеристикой, представленной на фиг,З,Общее число коэффициентов равно11. В силу симметрии общее число ненулевых коэффициентов равно(Ы+1)/2+17, а число различных ненулевых коэффициентов равно 4 (3 боковых и 1 центральный). Для получения выходного отсчета У по формуИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сейсмических, акустических и дру-,гих сигналов,Цель изобретения - повышениебыстродействия,На фиг,1 приведена электрическаяструктурная схема цифрового фильтра;на .Фиг,2 - структурная электрическая схема блока синхронизации; наФиг.З - пример импульсной характеристики цифрового фильтра; на фиг,4 временные диаграммы управляющих сигналов,Цифровой Фильтр содержит первыйадресный счетчик 1, блок 2 памятиадресов, адресный регистр 3, блок 4памяти промежуточных результатов, 2 Опервый регистр 5, второй адресныйсчетчик 6, блок 7 памяти весовых коэффициентов, умножитель 8, дополнительный коммутатор 9, коммутатор 1 О,сумматор 11, второй регистр 12, вы 25ход 13, третий адресный счетчик 14,блок 15 памяти входных отсчетов,вход 16, блок 17 синхронизации,выходы 18-26 блока 1 синхронизации,Блок 17 синхронизации содержит Зосчетчик 27, блок 28 постоянной памяти и генератор 29 тактовых импульсов,ле (1) результаты умножения ХЬ,х.Ь, х, Ь, хг Ь запоминаются и накапливаются в блоке 4 памятипромежуточных результатов, Промежуточные полученные результаты используются при получении входных отсчетов У . Т, , У ,У. Произведение выходного с тсчета на центральный коэффициент хЬне хранитсятак как оно принимает участие в вычислениях только один раз,Рассмотрим вычисление П-го выходного отсчета фильтра У при длине ИХЮ д 11. В этом случае третий адресный счетчик 14 работает по модулюМ 1 = (Я+1 )/2 + 1 = 7, второй адресный счетчик 6 - по модулю М 2(М 1+1)/2 = 4, первый адресный счетчик 1 - по модулю МЗ = Н - 1 = 10,С целью упрощения описания работыцифрового фильтра будем считать, чтоприем информации во все регистры, умножитель, переключение счетчиков осуществляется положительным перепадомсинхроимпульсов, режиму записи в блоки 4 и 15 соответствует нулевое значение на управляющем входе, а режимучтения - единичное; сигналу переносасчетчиков соответствует нулевое значение на выходе переноса; нулевоезначение на управляющем входе сумматора 1 соответствует режиму "Суммирование с нулем", а единичное значение - режиму обычного суммирования,Адресация блока 15 памяти входныхотсчетов обеспечивается третьим адресным счетчиком 14, причем по синхроимпульсу на первом выходе 18 блока 17 синхронизации его значение изменяется на единицу, а по синхроимпульсу на втором выходе 19 - на двеединицы, Последовательность адресов,формируемых для записи входных отсчетов в блок 15, а также для чтенияисходных данных из него, приводитсяв табл. 1. Дпя адресации блока 7 памяти весовых коэффициентов используется второй адресный счетчик 6, который изменяет свое состояние по сигналу с третьего выхода 20 блока 17. Для адресации блока 4 памяти промежуточных результатов используется блок 2 памяти адресов, в котором хранятся адреса записи получаемых промежуточных результатов и адрес чтения накопленного промежуточного результа55826 5 10 15 45 50 55 5 15 та У. Прошивка блока 2 памяти адчресов производится в соответствии с табл, 2. Для адресации блокаяамяти адресов используются первый 1 и, второй 6 адресные счетчики, Необходимо учесть, что прошивка блока 2 памяти адресов выполняется со сдвигом на один адрес по отношению к адресам блока 15 памяти входных отсчетов и блока 7 памяти весовых коэффициентов. Это необходимо для согласования длины цепочки формирования слаЬ+ хч Ьг+хч 4 Ьф + + х б Ь,б для получения выходного от 4счета Уч - - У ч+ УчАдрес, принятый из блока 2 в адресный регистр 3, хранится в нем два такта, причем в каждом нечетном такте цикла происходит чтение по этому адресу из блока 4 памяти промежуточных результатов, а в каждом четном - запись по этому же адресу,Цикл вычислений выходного отсчета составляет восемь тактов равных четырем тактам работы умножйтеля 8, При этом за один такт умножения выполняются две операции сложения на сумматоре 11 а В исхОдномсостОянии первый 1 и второй 6 адресные счетчики установлены в нулевое состояние, а третий адресный счетчик 14 - в "001 па В первом такте в выходной регистр , умножителя 8 принимается произведение хЬ , а во входные регистры со ответственно входной отсчет х ич.г весовой коэффициент Ь г, Произведение х ч Ь через дополнительный коммутатор 9 (нулевое значение на девятом выходе 26 блока 17) поступает на второй вход сумматора 11, который в этом такте работает в режиме "Суммированйе с нулем" (нулевое значение на шестом выходе 23 блока 17),Во втором такте сумма У, х Ь+ Р принимается во второй регистр .12, На выходе умножителя 8по-прежнему, остается гроизведение х ч Ь , которое через дополнительный коммутатор 9 поступает на второй вход сумматора 11 и вновь суммируется с нулем, Полученная сумма У ч х ч Ь+ 4 " У "ч, поступает на вход блока 4 и записывается но адресу, находящемуся в адресном регистре 3, По этому адресу хранится накапливающийся промежуточный результат У" , для вычисления выходного отсчета УВ третьем такте на выходе умножи-, теля 8 появляется произведение х ч Ь., а во входные регистры принимаются соответственно значения х ч 4 и Ь . Полученное произведение поступает на второй вход сумматора 11 где сумми(руется с результатом У ч = хЬо, который поступает на сумматор с выхода второго регистра 12 через коммутатор 10 (по единичному значению на управляющем восьмом выходе 25 блока 17)В этом же такте из блока 4 по адресу в адресном регистре 3 считывается(промежуточное значение Уч,б.В четвертом такте полученное в предыдущем такте на выходе сумматора 11 значение У - х Ьэ + хч г Ь г при нимается во второй регистр 12. В этом регистре происходит последовательное накопление следующих произведен й: х ч и О. х ч г Ьг х ч 4 ЬФ х чЬ (при этом умножение на нулевые коэффициенты не производится)В этом же такте в первый регистр 5 принимается считанное в предыдущем такте значение У б , которое через коммутатор 1 О (нулевое значение сигнала на восьмом выходе 25 блока 17) поступает на первый вход сумматора 11,На выходе умножителя 8 сохраняется значение хч гЬг котоРое суммиру ется на сумматоре 11 с промежуточным результатом У ч+бУ чб У ч+б+хЧ .ЬПолученное значение Уб занисывается в блок 4 по тому же адресу,где хранилось предыдущее значениеучеб фВ девятом такте (аналогично третьему) в выходной регистр умножителя 8 принимается произведение х Ч 4 Ь а во входные регистры - х чи Ь. Произведение х ч 4 Ь б, через дополнительный коммутатор 9 поступает на второй вход сумматора 11, С выхода второго регистра 12 через коммутатор 10 на первый вход сумматора 11 поступает накопленное значение УНа выходе сумматора 11 формируется значение Уч=хчЬО+х ч-г Ь 4+х ч 4 Ь 4(В этом же такте иэ блока 4 считывает.ся промежуточное значение У ,г . Од новременно происходит запись нходно го отсчета в блок 15 по единичному значению сигнала на четвертом выхо 1555826де 21 блока 17. При этом состояниетретьего адресного счетчика 14 неизменяется и запись осуществляетсяпо тому же адресу, откуда в предыдущем такте произошло чтение отсчетах, который участвовал в вычислении последний раз и умножался нацентральный коэффициент Ь.3 шестом такте работы устройствасостояние третьего адресного счетчика 14 увеличивается на единицу (посигналу с первого выхода 18 блока 17)По новому адресу происхопит считывание выходного отсчета х + а из 15блока 7 считывается коэффициент Ь.На выходе умножителя 8 сохраняетсязначение хЬ, которое суммируется с промежуточным результатом 1 ",принятым в этом же такте в первый 20регистр 5,На выходе сумматора 11 имеется ноОвсе промежуточное значение У , гич+ = - + г+ хЬ, которое записывается в блок 425Полученное в предыдущем такте значение суммы У и хЬ+ х,/ г 1 г ++ х +дЬ+ принимается во второй регистр 12.В седьмом такте в выходной ре- ЗОгистр умножителя 8 принимается произведение х Ь, а во входные регистры - соответственно хи Ь считанные в предыдущем такте из блоков15 и 7, На выходе сумматора 11 формируется полное значение У ,: У " =+ хг 1 г + х д Ф 1 4 + х у 1 уфВ этом такте из блока 4 считываетсяпромежуточное значение У .В восьмом такте работы устройстваполученное в предыдущем такте значение У принимается во второй регистр12. С выхода этого регистра У , поступает через дополнительный коммутатор9 на второй вход сумматора 11 (единичное значение сигнала на девятомвыходе 26 блока 17), Одновременно впервый регистр 5 принимается значейние У, которое через коммутатор 10нулевое значение сигнала на восьмомвыходе 25 блока 17) затем поступаетна первый вход сумматора 11На выходе сумматора 11 получают значениевыходного отсчета УУ+ 7 у которое в следующем такте принимается во второй регистр 12 и поступает навыход 13 цифрового фильтра,С девятого такта начинается следующий цикл работы цифрового фильтра и работа в этом такте аналогичнапервому такту,формула изобретенияЦйфровой фильтр, содержащий блоксинхронизации, последовательно соединенные первый адресный счетчик, блокпамяти адресов; адресный регистрблок памяти промежуточных результатов и первый регистр, последовательно соединенные коммутатор, сумматор,выход которого подключен к входу блока памяти промежуточных результатов,и второй регистр, выход которого является выходом цифрового фильтра, последовательно соединенные второй адресный счетчик, выход переноса и выход которого соединены со счетнымвходом первого адресного счетчика ивторым адресным входом блока памятиадресов соответственно,и умножитель,последовательно соединенные третийадресный счетчик, к управляющим входам которого подключены первый ивторой выходы блока синхронизации иблок памяти входных отсчетов, второйвход которого является входом цифрового Фильтра, вьгход подключен к второму входу умножителя, к третьемувходу которого и к управляющим входам второго адресного счетчика, адресного регистра и блока памяти промежуточных результатов подключен третий выход блока синхронизации, четвертый, пятый, шестой, седьмой ивосьмой вьиоды подключены к управляющим входам блока памяти входных отсчетов, первого регистра, сумматора,второго регистра и коммутатора соответственно, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с цепью повышения быстродействия, между выходом умножителяи вторым входом сумматора введен дополнительный коммутатор, к второмувходу которого подключен выход второго регистра и первый вход коммутатора, к второму входу которого подключен выход первого регистра, а куправляющему входу дополнительногокоммутатора подключен девятый выходблока синхронизации,1555826 О Таблица 1 вательЦикл вы числени эа- вход еть адресов ения из бло о 1, 3, 5, 6 1 О 7 а оследовательностьдресов чтения/запии блока 4 0 1 О,2,3,000001 5,100 101 5, 1,6, 2,7, Э,0 О 0 1 9 э 5 ь г 1 гг ршие разряадреса бло 4 (счетчик 1) 7 8 9 ,10О 7, 5 8, 6 9, 7 О, 8 О, 9 1,О1555826 2 д 7 Ша 4 Составитель С,ИузычукРедактор И,Шмакова Техред М.Иоргентал Корректор .И,Кучер Подписно Заказ 1860 Ти ВНИИПИ Государственного ком 113035, Иос63 итета по изобретениям ква, Ж, Раушская н ткрытиямд. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,