Цифровой фильтр

(51) 5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМ ДЕТЕЛЬОТВ скин инстиОктябрьскойи ин тво СССР06, 1985 ЬТ носится к вычис ожет быть испол аботки сейсмиче гналов, Цель из е и з бение функциональных счет выполнения рерации, Цифровой Фильтр /2 регистров 1.1 т.к. вычисление отсчетов начинаетс на выходе регистро ного отсчета 1 з полных выход после появле.К/2 первогоЛ-лы 4 ил уппы, К умножителеисумматоров 313.К/2К/2 регистров 5. 1 и. ООУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И РТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретенительной техниквано в системаких, видео и дретения - расшивозможностей зкурсивной Филь(Цф) содержит1.К/2 первой г2.12.К, К/2второй группы,5.К/2 второй группы, К/2 регистров 6,16,К/2 третьей группы, блок 7 синхронизацииЗапись информации в регистры 1,1, 5.д и 6., а также в триггер блока 7 осуществляется по переднему фронту синхроимпульсов, Передача информации на вход регистров 5.1. и 6.д осуществляется подачей сигнала низкого уровня на соответствующие входы управления. Блок 7 работает в двух режимах, режимы задаются сигналами высокого и низкого уровней, В каждом такте работы устройства в режиме не- рекурсивной фильтрации, равном времени срабатывания двух сумматоров 3 и одного умножителя 2, на первый инфор- ,а мационный вход подается новый входной отсчет. На выходах регистров 1. и 5.1 информация меняется в конце каждого такта работы ЦФ.Первые 3. К/2-1 тактов работы Цф в этом режиме являются "холос- ымиИзобретение относится к вычислительной технике, может быть использовано в системах обработки сейсмических, аккустических, видео и других сигналов и является усовершенстванием цифрового фильтра по авт.св..Р 1314352,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет вы Ополнения рекурсивной Фильтрации,На фиг, 1 - 3 приведена электрическая структурная схема цифровогоФильтра; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие рабату блока синхронизации в режиме рекурсивной фильтрации.Цифровой фильтр содержит К/2 регистров 1, 1, 1.2, ,1,К/2 первойгруппы, К умножителей 2,1,. 2,2 щ2.К, К/2 сумматоров 3.1,3.2. З,К/2первой группы, К/2 сумматоров 4.1,4,2. 4.К/2 второй группы, К/2 регистров 5.1 5.25.К/2 второйгруппы, К/2 регистров 6. 1,6.2, , 256.К/2 третьей группы, блок 7 синхронизации, первый информационный вход8 выход 9, второй информационныйвход 10, вход 11 управления,Блок 7 синхронизации содержит эле рмЕнт ИЛИ 12, триггер 13, первый 14и второй 15 элементы И-НЕ, генератор16 тактовых импульсов,Предполагают, что запись информации в регистры 1.х, 5., 6., а также в триггер 13 осуществляется по переднему Фронту синхроимпульсов. Второй режим работы блока 7, а такжевключение, т.е. передача информациина выход, регистров 5., 6, осуществляется подачей сигнала низкогоуровня на соответствующие входы управления.Блок 7 работает в двух режимах.Первый режим блока 7 задается подачей 45сигнала высокого уровня на вход 11управления. В этом режиме на первоми втором выходах блока 7 устанавливается сигнал высокого уровня, на четвертом выходе - сигнал низкого уров Оня и на третий выход блока 7 в каждомтакте передается синхроимпульс. Этообеспечивается тем, что сигнал высокого уровня, поступающий на вход 11,через элемент ИЛИ 12 поступает наЭ-вход триггера 13, где фиксируетсяв каждом такте работы устройства.При этом сигнал логической "1" сгрямого выхода триггера 13 поступает на второй выход блока 7 и на первыйвход первого элемента И-НЕ 14, разрешая передачу синхроимпульсов, поступающих с инверсного выхода генератора 16 на третий выход блока 7, Сигналлогического "0" с инверсного выходатриггера 13 поступает на четвертыйвыход блока 7 и на первый вход второго элемента И-НЕ 15. При этом блокируется выдача синхроимпульсов на первый выход блока. 7, что обеспечиваетустановку на этом выходе сигнала высокого уровня,Во втором режиме работы блока 7,который задается подачей сигнала низкого уровня на вход 11, на первом выходе блока 7 появляются синхроимпульсы во 2,4,6, тактах работы устрой- .ства, на втором выходе в этих тактахустанавливается сигнал низкого уровня.на третьем выходе появляются синхроимпульсы .в 1,3,5, тактах работыустройства, при этом на четвертом выходе в этих тактах устанавливаетсясигнал низкого уровня, Это обеспечивается тем, что уровень логического"0" на первом входе элемента ИЛИ 12обеспечивает передачу сигнала с инверсного выхода триггера 13 на егоП-вход, что обеспечивает счетный ре-.жим работы триггера 13.Такт, в котором происходит изменение сигнала на входе 11 с высокогоуровня на низкий, является первым тактом работы блока 7 в этом режиме,Поэтому в тактах 1,3,5, на прямомвыходе триггера 13 устанавливаетсясигнал высокого уровня, который поступает на второй выход блока 7, а такжеразрешает передачу синхроимпульсов синверсного выхода генератора 16 черезпервый элемент И-НЕ 14 на третий выходблока 7. В тактах 2,4,6, сигнал высокого уровня устанавливается на инверсном выходе триггера 13, что обуславливает появление его на четвертомвыходе блока 7, а также разрешает передачу в этих тактах синхроимпульсовс инверсного выхода генератора 16 через второй элемент И-НЕ 15 на первыйвыход блока 7.Регистры 5,1, 5,2К/2 второйи 6.1, 6.2, , 6.К/2 третьей группимеют входы управления выходом. Приподаче сигнала высокого уровня навход управления такого регистра наего выходе устанавливается высокоимпедансное состояние, т.е. регистр4084 10 На входы синхронизации регистров 5,1, 5.2.5,К/2 в каждом такте работы устройства поступают синхроимпульсы. На второй информационный вход 10 в этом режиме поступает сигнал нулевого уровня. В каждом такте работы цифрового Фильтра в режиме нерекурсивной Фильтрации, равном времени срабатывания двух сумматоров и одного умножителя, на первый информационный .вход 8 подается новый входной отсчет, На выходах регистров первой 1. ивторой 5,ь групп (д 1, К/2) информация меняется в конце калдого такта работы цифрового Фильтра. В первом такте работы на первый информационный вход 8 поступает отсчет х(1), во втором х(2) и т.д. На первыи вход 1-го умножителя поступает (1=1, К) коэАфициент импульсной характеристики ю(1). Первые К/2-1 тактов работы цифрового фильтра в этом режиме являются "холостыми, так как вычисление полных выходных отсчетов у(п) начинается после того, как на выходе регистра 1.К/2 первой группы появится входнойотсчет х(1). 5 158 отключен. Это позволяет объедиНять выходы этих регистров.При реализации процедуры нерекурсивной цифровой фильтрации устройство должно вычислять выражение вида:ку (п) =.Е и(1) х (п-д.+1), (1).характеристики цифровогофильтра;х(д) - входные отсчеты;у(п) - выходные отсчеты;К - количество коэффициентовимпульсной характеристикицифрового нерекурсивногофильтра.Выражение (1) можно переписать в виде.у(п) - Гс(23-1)х(п+2)+ +И(2 ) х (иФ 1)3(2)При работе устройства в режиме нерекурсивной фильтрации на вход 11 подается сигнал высокого уровня, что обеспечивает первый режим работы блока 7. В этом режиме регистры 6,1, 6,2. 6.К(2 третьей группы отключены сигналом высокого уровня на управляющих входах, а регистры 5,1, 5.2, ,5.К/2 второй . группы включены. 30 35 40 45 50 55 Рассмотрим пример работы цифровогофильтра для случая К=б,Б К/2=3 гакте на входы регистров 1.2 и 1.3 поступают входные отсчеты х(2) и х(3) соответственно. В умножителях 2.5 и 2,6 Формируются произведения х(2)и/(5),х(1)ю(6) и суммируются на сумматоре 3,3 первой группы ипоступают на второй вход сумматора 4.3,В четвертом такте в регистр 5,3 второй группы заносится "частичный" выходной отсчету(б) =х(1)и(б)+х(2)м(5).В этом же такте на входы регистров 1,1, 1.2 и 1,3 поступают входные от-. счеты х(4), х(3) и х(2) соответственно. В умножителях 2.5 и 2,6 формируются произведения х(3)и)(5) и х(2)и(6) соответственно, которые суммируютсяна сумматоре 3.2 и поступают на второй вход сумматора 4.2, на первый вход которого из регистра 5.3 поступает у(6), .В пятом такте в регистры 5,3 и 5,2 записываются частичные" выходные отсчеты у(7) =х(3)ы(5)+х(2)а(6) и у(6),=х(3)сд(4)+х(4)си(3) соответственно.В этом же такте на входы регистров 1,1, 1.2 и 1.3 поступают входные отсчеты х(5), х(4) и х(3) соотретственно. В умножителях 2,5 и 2.6 формиру-ются произведения х(4)со(5) и х(3)ы(6). соответственно, которые суммируются в сумматоре 3.3 и поступают на второй вход сумматора 4.3.В умножителях 2.3 и 2.4 Формируются произведения х(5)в(3) и х(4)ьо(4) соответственно, которье суммируются в сумматоре 3.2 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.2, на первый вход которого из регистра 5.3 поступает у(7), . В умно- жителях 2.1 и 2.2 формируются произведения х(6)ы(1) и х(5)ю(2) соответственно, которые суммируются на сумматоре 3. 1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.1, на первый вход которого из регистра 5.2 поступает у(6).В шестом такте работы устройства в регистр 5.3 заносится "частичный" выходной отсчет у(8), =х(3)(и(6)+ +х(4)Ш(5), в регистр 5.2 у(7)= =х(4)ю(4)+х(5)Ф(3)+у(7)т =х(4)со(4)+ +х(5)ы(3)+х(2)и)(6)+х(3)ы(5), в ре гистр 5.1 заносится первый "полный" выходной отсчет у(б) =у(6)+х(5)Ю(2)++х(4)ы(3)+х(5)оэ(2)+х(6)ю(1), которыйпоступает на выход 9 цифрового Фильтра. В каждом следующем такте работыустройства на выходе 9 Фиксируетсяновый выходной отсчет.При реализации процедуры рекурсив 1 ой цифровой Фильтрации устройстводолжно вычислять выражение вида: 10ку(п) -Е М(з.)х(п-э+1)+гЪ(ь)у(п.+1).-где ю(ь) и Ь(.) - коэффициенты импульсной характеристики. 5При работе устройства в режиме рекурсивной Фильтрации на вход 11 подается сигнал низкого уровня, что обеспечивает второй режим работы блока 7.9 этом режиме работы регистры 6.1, 206.26.К/2 включаются подачей насоответствующие управляющие входы сигнала низкого уровня во 2,4,6 тактах работы устройства и на их входысинхронизации в этих тактах поступают 25синхроимпульсы, Регистры 5,2,5.35.К/2 включаются подачей на входы управления сигнала низкого уровня в1,3,5, тактах работы устройства ина их входы синхронизации в этих тактах поступают синхроимпульсы,В начале работы устройства все регистры устанавливаются в нулевое сос- .тояние (цепи установки в нулевое состояние не показаны),35Входные отсчеты в этом режиме поступают на второй информационный вход10 цифрового Фильтра. При этом первыйинформационный вход 8 отключается.В тактах 2,4,6 на второй информа" 40ционный вход 10 поступают соответственно отсчеты х(1), х(2) ., а в тактах 1,3,5, поступает отсчет, равный нулю. Первый информационный вход8 отключен, а на второй вход умножителя 2,1 информация поступает с выхода регистра 6.1, который в этом режиме находится во включенном состоянии.В регистрах первой 1.1 и второй 5.1групп информация меняется в концекаждого нечетного такта, а в регистрах 6.ь третьей группы - в конце каждого четного такта работы устройства.На первый вход умножителя 2,1(1=1,К)в нечетном такте поступает коэффициент импульсной характеристики цифрового Фильтра, сд(1), а в четном такте11(1), причем на первый вход первогоумножителя 2. 1 в четном такте поступает нУлевой опеРанд (Ь(1)=0), Первые2 К тактов работы устройства являютсяхолостыми так как вычисление полных выходных отсчетов у(п) начинаетсяпосле того, как на выходе регистра1,К/2 появляется сумма х(1)Я 2)+х(2).П р и м е р. Пусть К=4.В первом такте работы устройствапроизводится переключение режима работы и установка всех регистров в начальное состояние,Во втором такте на второй информационный вход 10 поступает входной отсчет х(1), который Фиксируется в конце первого такта в регистре 6.2.В третьем такте ввиду отсутствия инФормации в регистрах состояние схемыне меняется.В четвертом такте на второй информационный вход 10 поступает входнойотсчет х(2), который Фиксируетсявконце этого такта в регистре 6.2. Приэтом отсчет х(1) суммируется с нулевым операндом на сумматоре 4.1 и результат в конце такта фиксируется врегистре 6,1.В пятом такте на умножителе 2.1Формируется произведение х(1)Ф(1)==у(1), которое через сумматоры 3. 1и 4.1 поступает на вход регистра 5. 1,В регистре 5.1 в конце пятого тактаФиксируется первый неполный выходнойотсчет у(1). Отсчет х(1) в конце этого такта зафиксирован в регистре 1.1.В шестом такте на второй информационный вход 10 поступает входной отсчет х(3). В этом такте на умножителях 2.1, 2.2 и 2.3 сформированы соответственно произведения х(1) О,х (1) Ь (2) и х (1) Ь(3) . Первые два произведения суммируются в сумматоре 3,1и результат суммирования поступаетна второй вход сумматора 4.1, где суммируется с входным отсчетом х(2), который поступает с выхода регистра 6.2.Сумма, полученная на сумматоре, равная х(1)Ь(2)+х(2)=А Фиксируется вконце этого такта на регистре 6.1.Произведение х(1)Ь(3) через сумматор3,2 поступает на второй вход сумматора 4,2, где суммируется с входнымоперандом х(. Результат суммирова"ния фиксируется в конце шестого тактана регистре 6.2.В седьмом такте на умножителе 2.1Формируется произведение А,Ю(1), а наумножителях 2,2 и 2.3 соответственнопроизведения х(1)сд(2) и х(1)со(3). Про 1584084изведения Аи/(1) и х(1)о(2) суммируются.на сумматоре 3,1 ирезультат суммирования поступает на второйвход сумматора4. 1, где суммируется с нулевым операндом и результат суммирования, равный А,Ю(1)+х(1)Ю(2)=х(2)ы(1)+х(1)М(2)++у(1)Ь(2)у(2),10в конце седьмого такта фиксируетсяв регистре 5.1. В конце этого тактав регистре 5,2 фиксируется произведение х(1)О)(3). Сумма А,=х(1 В(2)+х(2)в конце седьмого такта зафиксированав регистре 1. 1, а входной отсчетх(1) - в регистре 1,2,В восьмом такте на второй информационный вход 10 поступает входной отсчет х(4), В этом такте на умножителях 2.1 - 2.4 формируются соответственно произведения А О, А,Ь(2),А,Ь(3), х(1)Ь(4). Первые два произведения суммируются на сумматоре 3. 1 25и результат суммирования поступает навторой вход сумматора 4.1, где суммируется с операндом х(1)11(3)+х(3),поступающим с выхода регистра 6.2,Сумма, полученная на сумматоре 4. 1,равная А,Ь(2)+х(1)Ь(3)+х(3) =Аг, фиксируется в конце восьмого такта на регистре 6.1. Произведения А,ЯЗ) их(1)Ь(4).суммируются на сумматоре 3.2и результат суммирования поступаетна второй вход сумматора 4,2, где сум 5мируется с входным отсчетом х(4). Сумма А,Ь(3)+х(1)Ь(4)+х(4), полученная,на сумматоре 4.2, фиксируется в концевосьмого такта на регистре 6.2.В девятом такте на умножителях2.1 - 2.4 формируются соответственнопроизведения А Ю(1), А И(2), А,И(3)и х(1)ад(4). Произведения А со(1) иА,и/(2) суммируются на сумматоре 3. 1 и45результат суммирования поступает навторой вход сумматора 4.1, где суммируется с операндом х(1)со(3), поступающим с выхода. регистра 5.2. Результат суммирования, равный х(1)(4(3)++А ю(1)+А Ю(2)=у(3), в конце девятого50такта фиксируется в,регистре 5.1.В конце этого такта в регистре 5,2фиксируется сумма произведений А,И(3)и х(1)сО(4). Сумма А в конце девятоготакта фиксируется в регистре 1.1,55а А - в регистре 1,2,В десятом такте на второй информационный вход 10 поступает, входной отсчет х(5). В этом такте на умножителях 2. 1 - 2.4 формируются произведения А О, А й(2), АЬ(3), АЬ(4).Первые два произведения суммируютсяна сумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4.1, где суммируется с операндомА,Ь(3)+х(1 В(4)+х(4), поступающим свыхода регистра 6.2. Сумма, полученная на сумматоре 4,1, равная АЬ(2)++А,п(3)+х(1)Ь(4)+х(4)=А, фиксируетсяв конце десятого такта на регистре6,1. Произведения А 1(3) и Л Ь(4)суммируются на сумматоре 3.2 и результат суммирования поступает на второйвход сумматора 4.2, где суммируетсяс входным отсчетом х(5). Сумма /ф(3)++АЬ(4)+х(5), полученная на сумматоре 4.2, фиксируется в конце десятоготакта на регистре 6.2,В одиннадцатом такте на второй информационный вход 10 поступает входной отсчет, равньп нулю, как и вовсех нечетных тактах. В этом тактена умножителях 2.1 - 2.4 формируютсясоответственно произведения А М(1),А со(2), А й(3) и А,Ш(4), Произведения А ы(1) и А Ш(2) суммируются насумматоре 3.1 и результат суммирования поступает на второй вход сумматора 4,1, где суммируется с операндомА,си(3)+х(1)Ф(4), поступившим с выходарегистра 5.2, На сумматоре 4,1 в этомтакте формируется первый "полный"выходной отсчету(4) =А м(1)+А й 2)+А,СО(3)+х,со(4),который в конце такта фиксируетсяв регистре 5.1. В конце одиннадцатого такта в регистре 5.2 зафиксированасумма произведений Асо(3) и А ю(4).1Сумма А э в конце этого такта зафиксирована в регистре 1,1, а А - в регистре 1.2,В конце каждого последующего нечетного такта на регистре 5. 1 зафиксирован новый выходной отсчет.Формула из обретения 1. Цифровой фильтр по авт, св.11314352, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполне- иия рекурсивной фильтрации, введены. К/2 регистров третьей группы, вход и выход д-го из которых, за исключением первого регистра этой группы, соединены с входом и выходом -го регисуравторой группы соответственно, и блок синхронизации, вход которого является Входом управления цифрового Фильтра и соединен с управляющим входом перво 5 1"о регистра третьей группы, вход которого соединен с выходом первого сумматора второй группы, а выход первого регистра третьей группы соединен с входом первого регистра первой групйы, причем входы синхронизации регистров третьей группы соединены с первым выходом блока синхронизации, которой выход которого соединен с управляющими входами регистров третьей 15 друппы, за исключением управляющего входа первого регистра этой группы, третий выход блока синхронизации соединен с входами синхронизации регистров первой и второй групп, четвертый 2 О вход блока синхронизации соединен с управляющими входами регистров втотой группы. 2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок синхронизации содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, первый вход которого является входом блока синхронизации, и триггер, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а также первый и второй элементы И-НЕ, первые входы которых соединены с прямым и инверсным выходами триггера соответственно, и генератор тактовых импульсов, прямой и инверсный выходы которого соединены с входом синхронизации триггера и вторыми входами первого и второго элементов И-НЕ соответственно, причем выходами блока синхронизации с первого по четвертый являются выход второго элемента И-НЕ, прямой выход триггера, выход первого элемента И-НЕ и инверсный выход триггера соответственно.1584084 мнойходТй В Фндерсмиида годРТ Фб Ценой8 афхаду ииеро ВИнберснвййги д7 рцг гера 43ВахойыаненгоИ-НВ ИфасадалементиИ.ИЕ Ф ВоюраоаевифФ 067)ю У Составитель СЛузычукТехред Л.Сердюкова Ко р А.Осауленко Редактор И.Бл 63 Тираж 663 Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 ак В Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород Гагарина, 101