Устройство для цифровой фильтрации

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 19 80 и 1) 0 4 С 06 Р 15/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ) УСТРОЙСТВ ФРОВОЙ ФИЛЬТРАй инсти ь. теграль- еосигнаССР19 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Киевский политехническитут им. 50-летия Великой Октсоциалистической революции(56) Ф.Уильячис. Цифровая инная схема для фильтрации видлов, Электроника, 1983, 1 20Авторское свидетельство СФ 1196894, кл, С 06 Р 15/353(57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть испол эовано в системах цифровой обработки сейсмических, радиолокационных видео и других сигналов. Цель изобретения упрощение устройства, Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят И (И - порядок Фильтра) входных регистров 1,-1, И умножителей 2 -2 , И регист ров козффициентов 3-3 ц, И сумматоров 4-4, И блоков регистров 5-5 и коммутатор 6, блок синхронизации, имеющий выходы синхронизации 8,19.И, 10.1 в ,И, 11 - 14. 4 илИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сейсмических, радиолокационных и других сигналов.5Целью изобретения является упрощение устройства.На Фиг, 1 показана структурная. схема устройства; на фиг, 2 - структурная схема блока синхронизации; на Фиг. 3 - последовательность управляющих сигналов при цифровой фильтрации; на Фиг. 4 - то же, при вычислении ДПФ, 15Устройство для циАровой Фильтрации (см. Фиг, 1) содержит И входных регистров 1.д (1 = 1,И), И умножителей 2,1, И регистров 3,1 коэффициентов, И сумматоров 4.1, И блоков 5. 20 регистров результата, коммутатор 6, блок 7 синхронизации, выходы блока синхронизации 8. 1-8. И, 9, 1-9 . И, 10. 1- 10.И,11 - 14.Блок 7 синхронизации (Фиг. 2) со держит генератор 15, элемент И 16, счетчик 17, узел 18 постоянной памяти (ПЗУ), в котором хранятся програм. мы управления устройства.Рассмотрим работу устройства в 30 режиме цифрового Фильтра.Устройство должно вычислять выражение вида:Х(к) =; х Й-и) Ип),где 11(п) - коэффициенты импульснойхарактеристики;х(1) - отсчеты входного сигнала.Для простоты описания рассмотрим случай, когда И = 3, т,е, устройство должно обеспечить следующие выражения:Х(0) = х(0) Ь(0)4 Х(1) = х(1) Ь(О)+х(0) Ь(1);Х (2) = х (2) 1 ч (0) +х (1) Ь (1)+х (0) Ь (2),Условимся, что прием инАормации во все регистры осуществляется по зад 50 нему фронту синхроимпульса.Прежде чем реализовать непосредственно процедуру цифровой Фильтрации, требуется загрузить коэффициенты импульсной характеристики в регистры коэффициентов 3 На вход задания коэффициентов устройства последовательно поступают Ь(0), Ь(1), Ь(2), которые по синхроимпульсам, подаваемым с выходов 8,1-8.3 блока 7 синхронизации, принимаются в регистры3.3, 3,2 и 3.1 соответственно. После этого начинается процедура цифровой фильтрации. Первоначально в регистрах блока 5. записаны нули. Коммутатор 6 осуществляет пропуск "0"на второй вход сумматора 4,1В конце первого такта входной отсчет х(0) принимается по сигналамс выходов 9.1 и 11 блока 7 синхронизации во все входные регистры 1.1.Во втором такте на выходах умножителей 2,1 получим произведениях(о)Ь(И), которые будучи сложенными с нулями на сумматорах 4., в конце такта записываются в блоки 5.1 регистров, В блок 5.3 регистров принимается произведение х(0)Ь(0), т.е.отсчет Х(0). Кроме того, в конце второго такта в регистры 1.1 принимается входной отсчет Х(1).В третьем такте на выходах умножителей 2.1 получим произведениях(1)Ь(п), каждое из которых суммируется с произведениями, полученнымив предыдущем такте и хранящимися вблоках 5. регистров. В конце третьего такта в блок 5.3 регистров принимается сумма х(1)Ь(0),+х(0)Ь(1), т.е.Х(1), в блок 5.2 регистров принимается сумма х(1)Ь(1)+х(0)11(2), Крометого, в конце третьего такта в регист.ры 1. принимается отсчет х(2),В четвертом такте на выходах умно.жителей 2.1 получим произведениях(2)Ь(М), каждое из которых суммируется на сумматорах 4,1 с результатами предыдущего такта вычисленийв конце 4-го такта. В блок 5.3 регистров принимается х(2)Ь(О)+х(1)Ь(1)++х(0)Ь(2),. т,е. отсчет Х(2),На этом процедура цифровой Фильтрации входного массива х(1) длиныИ заканчивается. При необходимостиобработки новой последовательностивходных данных работа устройства повторяется, начиная с первого такта.Повторно загрузка коэффициентов импульсной характеристики выполняетсятолько при их изменении,Рассмотрим работу устройства привыполнении дискретного преобразованияФурье (ДПФ). Прием инАормации в регистры осуществляется по заднему Аронту синхроимпульса. Перед выполнениемДПФ выполняется загрузка весовых кокэффициентов И в регистры 3. коэф+х(4)Я+х(5)Ъ 76 фициентов: коэффициент И загружается в регистр 3.2, коэффициент Ч в регистр 3.3 и т.д. Коэффициенты загружаются только один раз.Устройство должно вычислять следующее выражение: н-ХЬ) =х(Ь) Ч, 0 с 7 с с 7 Я - 1 (2)о:огде х(п) - элементы. исходной последовательности;ХЬ) - элементы преобразованнойпоследовательностикоЮ н - весовые коэффициенты,(к)Дн нПоскольку в Формуле (2) величины .х(п), ХЬ), Иявляются комплексными, все элементы предлагаемого устройства рассчитаны на обработку комплексных чисел.Требуется выполнить следующие вычисления для получения 6 выходных отсчетов; Х(0) = х(0)176+х(1)У +х(2)Иб+х(3)Ч 6+ Х(1) = х(ОЭЪ 76+х(1)Ъ 76+х(2)Ч 6+х(3)Ч++х(4)И+х(5)Ч 6;Х(4) = х(0)И 6+х(1)Ч +х(2)Ъ 7+х(3)Ъ 7+ Х(5) = х(0)И+х(1)Ч+х(2)Н+х(3)И 6+ Учитывая. симметричность весовых3 С Въкоэффициентов Ч , достаточно выполнить умножение на Ч, где 1 = О, 1,2, ,Н/2-1, а при вычислении сумм36+х (4) Ъ 7+ х (5) М;Х(2) = х(0)Я 6+х(1)Ъ 7,+х(2)17 +х(3)И,+ Х(3) = х(0)У 6+х(1)И 6+х(2)М 6+х(3)Ч 6+ Х(4) - х(0)4 +х(1)17 +х(2)17 +х(3)176+15 +х(4)Ы 6+х(5)И; Х(5) = х (0) У+х (1 ) ЪХд+х (2) И +х (3) Иб+ В исходном состоянии в блоки 5.1регистров результата записаны нули.Коммутатор 6 осуществляет пропуск "0" 25 на второй вход сумматора 4.1.В первом такте на вход данных поступает х(0), которое в конце тактапринимается в регистр 1. 1.Во втором такте на выходе умножителя 2,1 получим произведение х(0)Укоторое в конце такта принимается впервый регистр блока 5.1 регистроврезультата.В третьем такте на выходе умножиОтели 2.1 получим произведение х(0)й, 35которое в конце такта поступает вовторой регистр блока 5.1 регистроврезультата и в регистр 1,1. Кроме того, в конце третьего такта в регистр1,2 принимается отсчет х(1).В четвертом такте на выходе умножиОтеля 2.1 получим произведение х(0)Ина выходе умножителя 2,2 - произведение х (1) Иб, на выходе сумматора 4, 2 45 сумму х(0)ъ 7 +х(1)Икоторая В концетакта принимается в первый регистрблока 5,2 регистров результата, Впервый регистр блока 5,1 записываетсях(0)ЧВ пятом такте на выходе умножителя 2, 1 получим произведение х (1) И 6на выходе умножителя 2.2 - произве 1дение х(1)М, на выходе сумматора4. 2 - разность х (0)17 -х (1) Иб, которая в конце такта принимается во второй регистр блока 5,2 регистров результатов, Во второй регистр блокаО5.1 записывается х(0)17,В регистр1.2 принимается х(1)М . Кроме того,5 1377872в конце пятого такта в регистр 1,3 тпринимается отсчет х(2). бВ шестом такте на выходе умножи- птеля 2,1 получим произведение х(0)Ч , в61на выходе умножителя 2.2 - произ- ргведение х(1)У 6, на вьцходе умножите- рля 2.3 - произведение х(2)И 6, наховыходе сумматора 4.2 - сумму х(0)Н 6+ м+х(1)Я 6, которая в конце такта при Внимается в первый регистр блока 52. рНа выходе сумматора 4.3 получим сум- кму х(0)И +х(1)Ч 6+х(2)Иб, которая виконце такта принимается в первыйрегистр блока 5.3. В первый регистр 15 тблока 5.1 поступает х(0)М 6.нВ седьмом такте на выходе умножи- нтеля 2. 1 получим произведение х(0)И 6, ина выходе умножителя 2.2 - произве- мгдение х(1)М 6, на выходе умножителя 20 +2.3 - произведение х(2)М , на выходе цсумматора 4,2 - разность х(0)Мз6бх(1)И 6, которая в конце такта посту - и 25 30 пает во второй регистр блока 5.3, Навыходе сумматора 4,3 получим выражение х(0)У 6 х(1)И 6+х(2)116 ф котороев конце такта принимается во второйрегистр блока 5.3. В регистр 1.2принимается х(1)И, в регистр 1.3 -х(2)И . Кроме того, в конце седьмого такта в регистр 1,1 поступает отсчет х(3) и выход 12 блока синхронизации 7 переключает коммутатор 6 таким образом, что он пропускает данные,поступающие на его второй информационный вход.35В восьмом такте на выходе умножиотеля 2.1 получим произведение х(3)И 6,на выходе умножителя 2.2 - произвеДение х(1)И 6, на ВыхОДе умножителя 402,3 - произведение х(2)Я 6. на выходе сумматора 4,1 получим выражениех(0)Ы,+х(1)Ы +х(2)Ч -х(3)Ыб, котороев конце такта принимается в первыйрегистр блока 5.1. На выходе сумматора 4,2 получим разность х(О)Ях(1)И, которая в конце такта принимается в первый регистр блока 5,2,На выходе сумматора 4,3 получим выражение х(0)Ъ 7+х(1)Н -х(2)Ъ 76, котО-,рое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.3,В девятом такте на выходе умножиотеля 2,1 получим произведение х(3)И 6,на выходе умножителя 2.2 - произведение х(1)И , на выходе умножителя 2,34произведение х(2)И , на выходе сумматора 4.1 - выражение х(0)И -х(1)И 6+об+х(2)У +х(3)И, которое в конце така принимается во второй регистрлока 5.1. На выходе сумматора 4.2олучим сумму х(О)+х(1)1, котораяконце такта принимается во второйегистр. блока 5,2. На выходе сумматоо за 4,3 получим разность х(0)Ч -х(1)Я,- 1(2)Иб, которая в конце такта приниается во второй регистр блока 5.3,регистр 1,1 принимается х(3)йб, вегистр 1.3 - х(2)Я 6. кроме того, вонце девятого такта в регистр 1.2ринимается отсчет х(4),В десятом такте на выходе умножиоеля 2.1 получим произведение х(3)Иб,а выходе умножителя 2,2 - произведеие х (4) Яб, н а выходе умножителя 2. 3роизведение х(2)Ч , На выходе суматора 4,1 получим выражение х(0)И 6+х(1)Ч -х(2)И +х(3)"7, которое в коне такта принймается в первый регистрлока 5.1. На выходе сумматора 4.2оолучим выражение х(0)И +х(1)И +г о+х(2)Мб-х(3)И -х(4)Ы , которое в конце такта принимается в первый регистрблока 5.2. На выходе сумматора 4.3о ополучим выражение х(0)Ы 6-х(1)И +о+ х(2)Ч , которое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.3.В одиннадцатом такте На выходе умножителя 2.1 получим произведениех(3)йб, на выходе умножителя 2.21произведение х(4)У , на выходе умножителя 2.3 - произведение х(2)И,Навыходе сумматора 4.1 получим выражение х(0)М 6 х(1)И 6 х(2)М 6 х(3)И 6 э которое в конце такта принимается вовторой регистра блока 5.1, На выходесумматора 4.2 получим выражениех (0)1 И 6 х ( 1 ю) Иб+Х (2) Яо+х (3) Нб-х (4) Ыбкоторое в конце такта приникаетсяво второй регистр блока 5.2, На выхоОде сумматора 4,3 получим сумму х(0)И 6++х(1)И+х(2) Ч, которая в конце такта принимается во второй регистр блока 5.3. В регистр 1.1 принимаетсяр(3)И 6, в регистр 1.2 - х(4)Мб, Кроме того, в конце одиннадцатого тактав регистр 1,3 принимается отсчет х(5),.В двенадцатом такте на выходе умножителя 2.1 получим произведениех(3)И, на выходе умножителя 2.2 -произведение х(4)Б , на выходе умножителя 2.3 - произведение х(5)И , Навыходе сумматора 4.1 получим выражение х(0)И -х(1)И +х(2)У - х(3)М 6, которое в конце такта принимается впервый регистр блока 5.1, На выходесумматора 4.2 получим выражениех(0)И +х(1)И -х(2)И+х(3)Иь+х(4)К которое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.2. На выходе сумматора 4.3 получим выражение х(0)И+к(1)И 6+х(2)И - х(3)И-х(4)И+ х(5)И = Х(1), которое в конце такта . принимается в первый регистр блока 5,3.В тринадцатом такте на выходе ум ножителя 2,1 получим произведениеох(3)И, на выходе умножителя 2,2 произведение х(4)И , на выходе умг ножителя 2.3 - произведение х(5)И На выходе сумматора 4.1 получим сум му х(0)И +х(1)И +х(2)И +х(3)И , которая в конце такта принимается во второй регистр блока 5,1. На выходе сумматора 4.2 получим выражение х (О) И -х (1) И-х(2) И-х (3) И +х (4) И 20 которое в конце такта принимается во второй регистр блока 5,2, На выходе сумматора 4,3 получим выражение х(0)И -х(1)И 6 х(2)И+х(3)И 6-х(4)И 6+ +х(5)И = Х(4), которое в конце такта 25 принимается во второй регистр блока 5.3. В регистр 1,2 принимается х(4)И , в регистр 1.3 - х(5)И 6.В четырнадцатом такте на выходе умножителя 2.2 получим произведение 30зх (4) Иб, на выходе умножителя 2, 3 произведение х(5)И, На выходе сум 6о матора 4.2 получим выражение х(0)И 6- х ) И 6+х (2) И 6 - х (3) И 6+х(4) Иб э которое в конце такта принимается в первьй регистр блока 5.2. На выходе суммао тора 4,3 получим выражение х(0)И+ + х (1) И-х (2) И+х (3) И+х(4) Иб-х (5) Иб= = Х(2), которое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.3. 40В пятнадцатом такте на выходе умножителя 2.2 получим произведениегх(4)И, на выходе умножителя 2.3 произведение х(5)И . На выходе сум 6оматора 4,2 получим сумму х(0)И + 45 + х(1)И 6+х(2)И 6+х(3)И+х(4)И, которая в конце такта принимается во второй регистр блока 5,2. На выходе сумматора 4,3 получим выражение х(0)И - х(1)Ио-х(2)И 6-х(3)И 6+х(4)И 6+х(5)И, = Х(5), которое в конце такта принимается во второй регистр блока 5.3. В В регистр 1.3 принимается х(5)ИВ шестнадцатом такте на выходе умножителя 2,3 получим произведение х(5)И . На выходе сумматора 4.3 получим враение х(0)Иб-.х(1)И+х(2)176- х(3)И-х(4)Иь-х(5)17 = Х(3), которое в конце такта принимается в первьй регистр блока 53.В семнадцатом такте на выходе умножителя 2.3 получим произведениеох(5)И. На выходе сумматора 4.3 получим сумму х(0)И +х(1)7 +х(2)И 6+ +х(3)И +х(4)И +х(5)И= Х(0), которая в конце такта принимается во второй регистр блока 5,3,Далее работа устройства аналогична.Блок 7 синхронизации работает следующим образом, При поступлении сигнала "Пуск" на вход элемента И 16 с генератора 15 синхронизирующие импульсы через элемент И 16 подаются на счетный вход счетчика 17, который начинает счет с нулевого значения, так как сигнал "Пуск" устанавливает счетчик 17 в нуль. С выхода счетчика 17 на адресные входы ПЗУ 18 поступает последовательность адресов команд для управления работой устройства. ПЗУ 18 хранит программы загрузки коэффициентов, цифровой фильтрации и вычисления ДПФ. Выбор требуемой программы осуществляется подачей управ- . ляющих сигналов на адресные входы ПЗУ 18. Сигнал "Режим" обеспечивает выбор режима фильтрации (единичное значение сигнала) либо режима вычисления ДПФ (нулевое значение сигнала). Пода- . чей единичного сигнала на вход "Загрузка" осуществляется выбор программы, осуществляющей прием коэффициентов фильтра либо весовых коэффициентов для ДПФ в регистры 3.1.Формула изобретенияУстройство для цифровой фильтрации, содержащее И (И - порядок фильтра) входных регистров, 77 регистров коэффициентов, Ю умножителей, 77 сумсматоров, Й блоков регистра и блок синхронизации. -й (1. = 1,И) выход первой группы которого подключен к тактовому входу -го регистра коэффициента, вывод которого подключен к первому входу д-го умножителя, выход которого подключен к первому входу -го сумматора, выход которого подключен к информационному входу -го блока регистров, д-й выход второй группы блока сичхронизации подключен к входу разрешения приема -го входного регистра, д-й выход третьейгруппы блока синхронизации подключенк входу синхронизации д-го сумматора, первый выход блока синхронизацииподключен к тактовым входам блоковрегистров и входных регистров, второй и третий выходы блока синхронизации подключены соответственно к входам разрешения приема и входам разрешения выдачи блоков регистров, выход:-го входного регистра подключен квторому входу -го умножителя, выход1-го (1 = 1,Й-О блока регистров подключен к второму входу (1+1)-госумматора, а выход М-го блока регистров является информационным выходомустройства, информационным входомкоторого являются соединенные междусобой первые информационные входывходных регистров, информационные вхо ды регистров коэффициентов соединенымежду собой и являются входом задания коэффициентов устройства, входом запуска которого является вход запускаблока синхронизации, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит коммутатор, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, выходИ-го блока регистров подключен к первому информационному входу коммутатора, второй информационный вход которого является входом задания логического нуля устройства, входом заданиярежима загрузки коэффициентов и входом задания режима вычислений которого являются соответственно первый ивторой входы задания режима блока синхронизации, четвертый выход которогоподключен к управляющему входу коммутатора,. а выход -го (. = 1,И) умножителя подключен к второму информационному входу -го входного регистра,1377872 Ю,Ланцо 1 к ставител хред М,Д Корректор М,Шароши едактор И.Рыбченк 04 Подписо комитета СССР открытии шская наб., д, 4/ ул. Проектная, 4 Производственно-полиграфическое предприятие, г, У о,гг аказ 876/47 ВНИИПИ Гос по делам 113035, МоТираж 7 арственног зоб ре тений ва, Ж,