Устройство для цифровой фильтрации

,ЭуДЩ "ф. 8) 00 л)0 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ М АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР 9 758166, кл. С 06 Р 15/353, 1980.КаЬхпег Ь.К. ЯсЬаЕег К.У.Кесцгвдче апй попгесцгвюе геа 1 ыагдоп оЕ йх 81 га 1 Я 1 йегв йев 1 рей Ьу Егеццепсу вашр 1 пя гесЬпщцсв - 1 ЕЕЕ Тгапв, ацйхо, апй е 1 есгго-асо цвЫсв, 1971, ч.АУ, У 3, р.200 207(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и информационноизмерительным системам и может бытьиспользовано в систе:)ах для цифровойобработки сигналов, в частности иэображений. Цель изобретения - повышениеточности работы устройства. Поставленная цель достигается за счет того,что в состав устройства входят сумма"торы 1-4, входной элемент задержки 5,элементы задержки 6,7, группа цифровых фильтров 8 второго порядка, группа умножителей 9, группы сумматоров10,11, блок элементов И 12, вход 13,входы задания коэффициентов 14,15,16,выход 17. 6 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и информационно-измерительным системам и может быть использовано в системах для цифровой обработки сигналов, в частности изображений.Цель изобретения - повьппение точности работы устройства.На фиг.1 представлена структур ная схема устройства; на фиг.2 - схема цифрового фильтра второго порядка;на фиг.З - схема блока элементов И; на фиг.4 - входной элемент задержки; на фиг.5 - элементы эа Г держки; на фиг.б - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит (фиг.1) пер" вый 1, второй 2, третий 3 и четвертый 4 сумматоры, входной элемент 5 20 задержки, первый 6 и второй 7 элементы задержки, группу цифровых фильтров 8 второго порядка, первую группу умножителей 9, четвертую 1 О и пятую 11 группы сумматоров, блок 12 элементов И, вход 13, который является входом устройства, входы 14 - 16 задания коэффициентов устройства первой, второй и третьей групп соответственно, выход 17.Цифровой .фильтр 8 второго порядка содержит (фиг,2) элементы 18, 19 и 20 задержки соответственно первой, второй и третьей групп элементов задержки, умножители 21 и 22 сосьтветст венно второй и третьей групп умножи" телей, сумматоры 23, 24, 25, 26 и 27 первой, второй третьей, шестой и седьмой групп сумматоров соответственно, вход 28 и выход 29.40Блок 12 элементов И (фиг.З) содержит элемент И 30 и группу элементов И 31. 6 ходной элемент 5 задержки (фиг.4) 45 содержит группу сдвиговых регистров 32, группу элементов НЕ 33, тактовый вход 34 и вход 35 сброса. РВ. - вход регистра 32 при сдвиге вправо, Я,1- й-й информационный выход. 50Первый б или второй 7 элемент задержки либо элементы 18-20 задержки первой, второй или третьей группы соответственно элементов задержки (фиг.5 ) содержит регистр 36, группу элементов НЕ 37, тактовый вход 38 и вход 39 сброса. Буквы П и Я обозначают информационные входы и выходы соответственно регистра 36Тактовые входы 38 первого и второго элементов задержки и всех элементов задержки первой, второй и третьей групп элементов задержки объединены. Объединены также входы 39 сброса первого и второго элементов задержки первой, второй и третьей групп элементов задержки.Все сумматоры на фиг.1, 2 являются р-раэрядными, множимое и множитель во всех умножителях - также р-разрядные слова. Связь, перечеркнутая косой чертой, обозначает связь р-разрядов, т.е.первый выход соединен с первым входом, второй выход - с вторым входом р-й вход - с р-м входом.Структурная схема устройства для цифровой фильтрации описывается выражениемВ/1-Н(Е) (1-Е ) (1-Е) а,+ .С. (1-1 Е+Ьъ+ Е ) . (1+р Е)а(,(1+Е)а,13,(1)коэффициенты для которого находятследующим образом:ц 1- 1а,= д 2, Ь(п)Г 3= 2 Ке 1 ЕВсе вычисления в выражениях (2) и (1) при подстановке вместо переменной Е некоторого числа проводятся в кольце целых комплексных чисел по модулю числа 2- 1. Через Г обозначен первообразный корень степени Й из единицы в указанном кольце, т.е. такой элемент, для которого число Й является наименьшим положительным числом с условием= 1, Через Х обозначен элемент, обратный элементу Х в кольце многочленов от переменной Е над кольцом целых комплексных чисел по модулю 2 - 1, Ке 1- действительРная часть числа; Ь(п) - промасштацированные и округленные до целых (действительных) чисел отсчеты импульсной характеристики устройства; Й - длина импульсной характеристики, причем Й - длина импульсной характеристики, причем Й должно делить нацело 2 +1з 13Для того, чтобы на выходе устройствадт(п) =. . Ь(К)Х(п-К)1:ополучалась правильная арифметическая свертка, необходимо, исходя из возможных значений Х(п) и Ь(п) выбрать соответствующий модуль М2 - 1, который выбирается согласно выраже- ниюе63248 5 10 Часть устройства, состоящего из первого сумматора 1 и входного элемента 5 задержки,.реализует передаточную функцию 1-2 , что являетсяс/первым сомножителем в (1, Это равносильно реализации следующего соотношения между входной Х(1) и выходной 11(1) последовательностями для данной части устройства:" оПри выборе модуля согласно (3) 15 результат может находиться в пределах от 0 до М. Число 0 17(М) /2 интерпретируется как положительное число У, а число (М+1)/2 У Мкак отрицательное число - (М-У) . Точно так же должны представляться входные отсчеты и отсчеты импульсной характеристики. Укаэанное представление - это представление в виде р-разрядного обратного кода.25Устройство для цифровой фильтрации работает следующим образом. Перед началом работы производится сброс в нуль входного элемента 5 З 0 задержки, первого 2 и второго 3 зле ментов задержки, элементов 18;19 и 20 .задержки соответственно первой, второй и третьей групп элементов задержки (фиг.б), т.е. принимается, чтоХ(-а)=Х(-1+1)=Х(-а+2) = 35= = (-1 ) =О. 1-й (1=0, 1, 2, ) такт работы устройства начинается с 40приходом на его вход 13 отсчетаХ(1). Далее происходит последовательное срабатывание комбинационныхсхем от входа 13 к выходу 17 устройства. В процессе срабатывания комбинационных схем никакой записи информации в элементы 2,3,5,18,19,20 задержки не происходит. На входы соответствующих комбинационных схем поступают значения с выходов элементов 502,3,5,18,19,20 задержки, записанныев них в (1-1)-м такте (1=1,2,).В случае нулевого такта на выходахукаэанных элементов задержки - нулевые значения после начального сброса. 55Запись информации в элементы задержки осуществляется с помощью тактовых импульсов, подаваемых на входы34 и 38 (фиг.б). Б (1) =Х (1) -Х (1-й )На вход 13 устройства поступает отсчет Х(1). На выходе входного элемента 5 задержки перед началом 1-го такта имеется задержанный отсчет - Х(1-Й). Знак минус реализуется вве" дением группы элементов НЕ 16.Сумматор 1 производит сложение Х(1) и -Х(1-й) по модулю 2- 1. Сложение. происходит эа время, равное последовательному суммированию двух пар слов. Сначала суммируются поступающие числа, причем на выходе переноса сумматора 1 может появиться сигнал логической единицы. Так как вес единицы равен 2, что совпадает с единицей по модулю 2 Р, то выход переноса сумматора 1 связан с его входом переноса. Появившийся перенос прибавляется к результату суммы сумматора 1. Таким образом, на выхо" дах суммы сумматораимеем число П(1) = Х(1) - Х(1-й) по модулю 2 Р, которое поступает на входы второго 2 и третьего 3 сумматоров и цифровых фильтров 8 второго порядка.Далее д:й (3.=2,й/2) цифровой фильтр 8 второго порядка реализует передаточную функщпо (1-у 2 ++ 2 ) (1+ р. 2), что является со" множителем одного из слагаемых вто - рого сомножителя в выражений ( ). Это равносильно реализации следующего соотношения между входной 11(1) и выходной 7(1) последовательностями для цифрового фильтра второго порядка:Ч (1) = у, 7 (1-1) -Ч (1-2)+П (1) ++ А; 11(1-1).На вход 28 цифрового фильтра второго порядка поступает отсчет 11(1) = Х(1)-Х(1-й).На выходе элемента 8 задержки перед началом 1-го тактаются входами задания соответственно первого и с 1/2+1)-го коэффициентов первой группы устройства, входом , задания 1-го коэффициента первой группы которого является первый вход 1-го умножителя первой группы, второй вход которого подключен к выходу -го сумматора второй группы,и соединен с входом -го элемента задерж ки второй группы, вход которого подключен к первому входу -го умножителя второй группы и входу -го элемента задержки третьей группы, выход которого подключен к первому 1 Г, входу -го сумматора третьей группы, выход которого подключен к первому входу -го сумматора второй группы, выход переноса которого подключен к входу переноса д-го сумматора вто. рой группы, выход переноса.-го сумматора третьей группы подключен к входу переноса х-го сумматора треть; ей группы, вторрй вход которого подключен к выходу 1-го сумматора первой 25 группы, выход переноса которого подключен к входу переноса 1-го сумматора первой группы, выход -го элемента задержки первой группы подключен . к первому входу 1-го умножителя тре тьей группы, второй вход которого является входом задания -го коэффициента второй группы устройства, входом задания -го коэффициента третьей группы которого является вто- З 5 рой вход х-го умножителя второй группы, выход переноса первого сумматора подключен к входу переноса первого сумматора, второй вход которого соединен с входом входного элемента за держки и является информационным входом устройства, выходы первого и второго элементов задержки подключены к вторым входам соответственно второго и третьего сумматоров, выхо ды переноса которых подключены к ,входам переноса соответственно второ го и третьего сумматоров, выход переноса и выход суммы д-го сумматорачетвертой группы пОдключены соответственно к входу переноса и первомувходу (+1)-го сумматора четвертойгруппы, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности, внего введены пятая, шестая и седьмаягруппы сумматоров, четвертый сумматор и блок элементов И, выходы старших и младших разрядов 1-го (ь==2,й/2+2) умножителя первой группы подключены соответственно к первому ивторому входам 1-го сумматора цятойгруппы, выход переноса которогоподключен к входу переноса 1-госумматора пятой группы, выход суммыпервого сумматора пятой группы под-,ключен к первому входу первого сумматора четвертой группы, вход переноса которого соединен с первым входомчетвертого сумматора и является входом задания логического нуля устройства, информационным выходом которого является выход блока элементов И,входы которого подключены к выходамсоответствующих разрядов четвертогосумматора, второй вход и вход переноса которого подключены соответственно к выходу суммы и выходу переноса й/2-го сумматора четвертой группы, второй вход 1-го(1=2,й/2+1) сумматора которой подключен к выходу.-х умножителей второй и третьейгрупп подключены соответственно кпервому и второму входам -х сумматоров соответственно шестой и седьмой групп, выходы которых подключенык вторым входам д-х сумматоров соответственно второй и первой групп, авыходы переносов -х сумматоров шес"той и седьмой групп подключены квходам переноса -х сумматоров со"ответственно шестой и седьмой групп.1363248 Гагряй) хйнпгс опсюпп хр,Ииберсные разряды зодеряаннсгс сесчета ц,391363248 Составитель А.Барановкая Техред М,Дидык Корректор В.Гирня дактор А.Ма Заказ 6364/42 Тираж 6 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035- Москв,а Ж, Раушисн хамит ткры д,4/5 ская наШПроизводственно-полиграФическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4