Цифровой фильтр

/3 114 С 0 НИЕ ИЭОБРЕТЕНИ ОПИ К АЗТ ВИ системах циф и обраких и ьзов еских, акус ов. Цель из отки се ругих с прощени ния оставт тофрового филь достигается инсти ьской ехническииликой Октволюции троиств о е ход ационн 5 пос сумма Третьяк янн льство 15/353 ство С 15/353 ССР1983.Р1985. аци яти адресов,1, регистри, выход 14мент НЕ 15,онизации,блока ннои памры онизаци иде С 0 из бл синхро- а Фчи ис сит ся к ожет быт ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТ (57) Изобретение от ,лительной технике и что в состав усгистры 1, 2, инфорумножитель 4, блоамяти коэффициентовлок 7 памяти, инфорблок 9 постояадресные .регист2, блок 13 синхрлока синхрон ации,ыходы 16-20 ока слемент НЕ 21, выходИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработкисейсмических, акустических ч другихсигналов.Целью изобретения является упрощение цифрового фильтра.На Фиг. 1 представлена структурная схема цифрового Фильтра;на фиг,2 .структурная схема блока синхронизации, на фиг, 3 - импульсная характеристика фильтра; на Фиг, 4 - временные диаграммы управляющих сигналовблока синхронизации,Цифровой фильтр (фиг. 1) содержитрегистры 1 и 2, информационный вход3 устройства, умножитель 4, блок 5постоянной памяти (весовых) коэффициентов, сумматор 6, . блок 7 памяти(промежуточных результатов), информационный выход 8 устройства, блок 9постоянной памяти адресов, адресныйрегистр 10, адресный регистр 11, регистр 12, . блок 13 синхронизации,выход 14 блока синхронизации, элементНЕ 15, выходы 16-20 блока синхронизации, элемент НЕ 21, выход 22 блока синхронизации.Блок 13 синхронизации,.(фиг, 2)содержит элемент ИЛИ 23, дешифратор24, первый счетчик 25, второй счетчик 26 и генератор 27 тактовых импульсов.Рассмотрим в качестве примера реализацию цифрового Фильтра с импульсной характеристикой (ИХ), представленной на фиг, 3, Общее число коэффициентов ИХИ=17, В силу симметрииИХ общее число ненулевых коэффициентов равно И = (Н)/2+1=9, а числоразличных ненулевых коэффициентовравно пяти (четыре боковых и одинцентральный). В рассматриваемом случае фильтрация осуществляется с прореживанием данных вдвое, т,е, каждыйвыходной отсчет формируется по получении двух входных отсчетов (четногои нечетного). Пусть на вход устройства поступает нечетный отсчет х.Произведения хи на весовые коэффици.:енты Ь Ь Ь , Ь з используютсядля получения выходных отсчетов у,ув+б бб уСГ+1 л (С уЧЕтОМ СИММЕтрии ИХ), Поэтому при поступлении навход отсчета хв. вычисляются произвелдениЯ хо Ь , хо. Ь, хСс Ь, хб Ьщ изаносятся в блок 7 памяти промежутокных результатов в соответствующие ячейки (ь, - сЫ, (каждое произведение - в две ячейки).При поступлении на вход четногоотсчета х, необходимо умножить его 1только на центральный коэффициентЬ. Полученное произведение х щ Ьтакже как и произведение хб Ь , т.е,предыдущего отсчета, используется 10 для вычисления выходного отсчетаус 2+,2 . Поэтому оно не хранится вотдельной ячейке, а слагается с сощ.держимым ячейки с ки результатзаписывается в эту .же. ячейку, в 15 которой накапливается промежуточныйрезультат выходного отсчета у.66Для адресации блока 7 памяти используется блок 9 постоянной .памятиадресов. .Закон применения адресов 20 в блоке 9 памяти адресов описывается следующей системой рекуррентныхсоотношений;с = (ск, + 1 с) шод(М -1);г 5сК= бс- 1 с) шод(И -1);(о"або.1 - безразличное состояние,ио си ,1 сее. , еще, еСебУЗОгде 1 с = 1 М2 ее (М)/2 е 1 - общее числоненулевых коэффициентовфИ - длина ИХ,К; - содержимое ячейки блока 9памяти с адресом 1(1 = 01,35 , и).Таким образом, в блоке 9 постоян"ной памяти адресов последовательнозаписывается (И -1) последователь-,)ность адресов с ( Ко) = О, 1,М -2.В таблице представлено восемь ва,риантов таких последовательностей(при М =9) и в соответствии с нейвыполняется прошивка блока 9 памятиадресов.В таблице Х - безразличное состоя., ние, но СолаФ(Ы., ,В данном случае счетчик. 25 рабо тает по модулю М(М)/2 + 2, 10и для его реализации требуется ш =11 о 8 11= 4 разряда. Счетчик 26имеет модуль Ь = И -1 = 8, для его реализации используется 1 = 1 1 о 8(И -1) = 3 РазРяда.Прием информации в регистр и умножитель, выдача результата из умно- жителя, переключение счетчиков осуществляются положительным перепадомсинхросерии, выбранному выходу дешифратора 24 соответствует единичное значение, установка в нуль регистра 12 осуществляется уровнем логической единицы на его первом управляющем входе.В блоке 7 памяти промежуточных результатов находятся в активном сос тоянии оба канала А и Б. т,е. постоянно происходит чтение по каналу А по адресу, поступающему на первый адресный вход блока 7, запись по каналам В происходит по адресу, поступающему на второй адресный вход, режиму записи соответствует уровень логической единицы на управляющем входе блока 7. при наличии нуля на этом входе запись не происходит. Кроме того, установка в третье состояние 20 регистров 1 и 2 происходит нулевым уровнем на первых управляющих входах.В исходном состоянии счетчики 25 и 26 установлены в нуль, в регистр 1 25 принимается нечетный отсчет хб, регистр 2 находится в третьем состоянии.Цикл работы устройства составляетИ И = + 2 = 10 тактов или пять З 021тактов работы умножителя 4, так как результаты умножения нечетных отсчетов записываются в две разные ячейки, За цикл работы устройства добавляется по одному слагаемому х;Ь; к формиру 35. емым выходным отсчетам у, уб+у Лля вычисления каждого из них б.нтребуется восемь циклов вычисления, т.е. период работы устройства равен 40 восьми циклам.В первом такте цикла работы регистр 2 находится в третьем состоя-.нии, поэтому значение х, с выхода 45 регистра 1 поступает на первый вход умножителя 4 и принимается в него.По второму входу принимается значение весового коэффициента Ь . Состояние счетчика 25 0001, счетчика 26 000 (не изменяется до 11 такта). В регистр 10 принимается (сс,), считанное по адресу 0000000 иэ блока 9 памяти адресов. В регистр 11 принимается (К ), считанное в последнем такте предыдущего цикла из регистра 10по этому адресу записывается в блок 7 памяти промежуточных результатов результат суммирования значения х Ь, полученного на умножителе 4 в предыдущем такте, со значением, накопленным в ячейке со), которое в этом такте принимается в регистр 12.Во втором такте из умножителя выдается произведение хб Ь. Состояние счетчика 25 0010, В регистр 10 принимается СМ,), считанное по адресу 0000001 иэ блока 9 памяти адресов, а в регистр 11 - со, ) с выхода регистра 10. В регистр 12 принимается накопленное значение у для вычисления выходного отсчета уб, считанное из блока 7 памяти по адресу (М,)в предЫдущем такте уб = хб "Ь 1 + хб 4 Ь 2+ хбЬУ + хб Ь + х 6-6 Это значение накапливается в ячейке по адресу с сс ) за семь предыдущих циклов работы устройства. Полученное значение суммируется в сумматоре 6 с произведением хб Ьо и поступает на выход 8 устройства, а также записьвается в блок 7 памяти по адресу ск,), который находится в регистре 11. Таким образом, во втором такте на выходе 8 цифрового фильтра получаем выходной отсчет+ хбф оВ третьем такте работы в умножитель 4 принимается входной отсчет хб и весовой коэффициент Ь а на выходе остается значение х Ь,Состояние счетчика 25 0011, В регистр 10 принимается СК , считанное по.адресу 0000010 из блока 9 памяти адресов, а в регистр 11 - со,), Регистр 12 в этом такте устанавливается в нуль по сигналу с выхода 19 бло ка 13 синхронизации, который поступает на первый управляющий вход. Полученное на сумматоре 6 значениеу, -хбЬ, +Рзаписьвается в блок 7 памяти по адресу сюс,), который находится в регистре 11.1В четвертом такте нэ умножителя 4 выдается произведение хб Ь,. Состояние счетчика 25 0100. В регистр/6+1 У 6 Фы + Х 6 11 55 1 О принимается см,), считанное поадресу 0000011 иэ блока 9 памяти адресов, а в регистр 11 - и 2) . Врегистр 12 принимается зна"ение у 6считанное из блока 7 памяти по адресу (м 2) в предыдущем такте+ хЬ, + ХР, Ь, + Х 6 п 2 + Значения у, и х 6 Ь поступают соответственно на второй и первый входы сумматора 6. Полученное на сумматоре 6 значение записывается в блок 7 памяти пр адресу С ж 2), который находится в ре" гистре 11.В пятом такте происходит прием в регистр 2 по сигналу с входа 1725 блока 13 синхронизации четного отсчета х , , поступившего на вход 3 цифрового Фильтра. При этом выходы регистра 2 находятся в третьем состоянии уровень логического нуля:на 30 первом управляющем входе), но это не влияет на прием информации, В умножитель 4 принимается входной отсчет х 6 и весовой коэффициент Ь, а на его выходе продолжает присутствовать значение х 6 Ь,. Состояние счетчика 25 0101. В регистр 10 принимается с м ), считанное по адресу 0000100 из блока 9 памяти адресов, а в регистр 11 - см ), В регистр 12 прини мается накопленное значение У 6 считанное.из блока 7 памяти промежуточных результатов по адресу сМ) в предыдущем такте Значение у 6 поступает на второй вход сумматора 6, на первый вход которого поступает произведение х. Ь, с выхода умножителя 4. Полученное на сумматоре б значение записывается в блок 7 памяти по адресу (м который находится в регистре 11,В шестом такте из умножителя 4 выдается произведение х 6 и . Состояние счетчика 25 01 10. В регистр 10 принимается ссс), считанное по адресу 0000101 из блока 9 памяти адресов, а в регистр 11 - с о 4) . В ре гистр 12 принимается накопленное3значение у 6, , считанное из блока 7 памяти по адресу С М 4) в предыдущем такте 1У 6 = 62 з + Х 6- Ь 4. + Х 6 ЗЬ + х 6 6 Ь 2 + хб 8 ЬХ 6 о ЬдЗначения У,4 и хбй поступают на входы сумматора 6, В этом же такте полученное на сумматоре 6 значение поступает на вход блока 7 памятипромежуточных результатов и записыва.ется в него (по сигналу с входа 16блока 13 синхронизации) по адресу(Ф 4), находящемуся в регистре 11.1Ч В седьмом такте в умножитель принимается входной отсчет и весовой коэффициент Ь, а на его выходе находится значение хЬ 2. Состояние счетчика 25 0111. В регистр 10 принимается значение ( 6 ) , а в регистр 11 - с й ), В регистр 12 принимается накопленное значение у , , считанное из блока 7 памяти по адресу (ж,) в предыдущем такте(У 610 = Х 62 Ь + х.+Ь Значения хи хОЬ 2 поступают на входы сумматора б. В этом же такте полученное на сумматоре 6 значение поступает на вход бпока 7 памяти и записывается в него по адресу с ос) который находится на втором адресном входе.В восьмом такте из умножителя выдается произведение х 6 Ь . Состояние счетчика 25 1000. В регистр 10 принимается значение (м 1), а в регистр 11 - с К) . В регистр 12 принимается накопленное значение уб , считанноебаб физ блока 7 памяти по адресусо)в предыдущем тактеУб+64 б-гЬуХбОЬ+ Х 68 Ь, + Хб ЬЗначения уб+в и х 6 Ьпоступают навходы сумматора 6. В этом тактеполученное на сумматоре 6 значениеУ б+У 6+ 6 6записывается в блок 7 памяти промежуточных результатов по адресу (Мв) который находится в ,.регистре 11.Вдевятом такте работы устройства в умножитель принимается значение четного отсчета х, которое в пятом такте принято в регистр 2. Для этого по сигналу с входа 14 блока синхронизации регистр 1 переводится в третье состояние, а регистр 2 - в активное состояние, и значение х , с выхода регистрапоступает на вход умножителя 4. На его другой вход поступает значение центрального весового коэффициента ЬО. На выходе умножителя 4 присутствует . значение х Ь . Состояние счетчика 25 1001. В регистр 10 принимается значение (вв) а в регистр 11 - (Мт)Причем значение ( Ыв ) может быть безразличное, но только (ов Ф (Ос. В противном случае появляется ситуация, в которой возникает попытка писать в .блок 7 памяти и считывать из него по одному и тому же адресу. Результат указанной операции является неопределенньк. В регистр 12 принимаетсянакопленное значение уб, , считанное из блока 7 памяти по адресу с ) в предыдущем тактеIУб+8 б2 6-О6-6 оЗначение Уб, и хб Ьэ постУпают на входы сумматора 6. Полученное на сумматоре значениеУ 6+8 Уб+8 хб Ьз поступает на вход блока 7 памяти и записывается в него по адресу,с 1) который хранится в регистре 11.В десятом такте происходит прием в регистр 1 (по сигналу с входа 16 блока 13 синхронизации) следующего нечетного отсчета, поступающего на вход 3 цифрового фильтра. Из умножителя 4 выдается произведение четного отсчета на центральный весовой коэффициент хб ЬО. Состояние счетчика25 0000, а счетчика 26 - 001. В регистр 10 принимается с ЫО), а в регистр 11 - безразличное содержание(ыб) . Причем (иО) = (ыт), так какпроизведение х , Ь 4 необходимо добавить к значению уб+8 которое 10 хранится по адресу с юс,) в блоке 7памяти.В регистр 12 принимается беэраз;.личное значение, считанное из блока7 памяти по адресу с осв) в предыдущем такте, Результат суммированияэтого значения с произведением хЬ в блок 7 памяти не записывается.В следующем одиннадцатом такте(аналогично первому такту) .в умножи тель принимается значение новогонечетного отсчета, которое в десятомтакте принято в регистр 1. В этотмомент регистр 2 находится в третьемсостоянии (уровень логической едини цы на первом управляющем входе) изначение х 6+ с выхода регистра 1поступает на вход умножителя. На егодругой вход поступает значение весового коэффициента Ь,. На выходе ум;ножителя 4 находится значение хЬСостояние счетчика 25 0001, а счетчика 26 - 001. В регистр 10 принимается значениео,), считанное поадресу 0010000 из блока 9 памятиадресов. В регистр 11 принимаетсяссО), считанное в предыдущем тактеиз регистра 10. В регистр 12 принимается накопленное значение уб+вкоторое записано по адресу с Ы ) в 4 блок 7 памяти в девятом такте, а считано по адресу ( мО = (Ы, ) в предыдущем такте68 = хбЬ + хс а Ьг + хб О Ь 45 + хб ЬоЗначения уб, и хо+, ЬО поступаютна входы сумматора 6. В этом же такте полученное на сумматоре 6 значеуэв уб+а + хб+ ЬОзаписывается в блок 7 памяти промежуточных результатов по адресу ( оО) который находится в регистре 11,В двенадцатом такте (аналогичновторому такту) формируется следующий выходной отсчет:1387015 11111 Старшие разрядыадреса блока 9+ хб,Ь + хуЬ,+ хо,Ь, + Таким образом, в каждом второмтакте цикла на выходе сумматора 6формируется очередной выходной отсчетУ 1Формула изобретения Цифровой фильтр, содержащий первый и второй регистры, сумматор, первый и второй элементы НЕ, умножитель, блок постоянной памяти коэффи-, циентов, блок постоянной памяти адресов, первый адресный регистр, блок памяти и блок синхронизации, первый выход которого подключен к входу управления записью " считыванием блока памяти и тактовому входу перво го регистра, информационный вход которого соединен с информационным входом второго регистра и являетсяинформационным входом фильтра, информационным выводом которого является , выход сумматора, первый вход которого подключен к выходу умножителя; первый вход которого, подключен к выходу блока постоянной памяти коэффитентов, адресный вход которого сое ,;инеи с первым адресным входом блока постоянной памяти адресов и подключен к второму выходу блока синхрони", зации, третий выход которого подкло-. чен к входу разрешения приема нерво" го регистра и входу первого элементй НЕ, вьаюд которого подключен к входу разрешения приема второго регистра,тактовый вход которого подключен кчетвертому выходу блока синхронизации, пятый выход которого подключен к тактовому входу первого адресного регистра, информационный входкоторого подключен к выходу блокапостоянной памяти адресов, второй ад О ресный вход которого подключен кшестому выходу блока синхронизации,старший разряд второго выхода блокасинхронизации цодкпючен к тактовомувходу умножителя и входу второгоэлемента НЕ, выход которого подключенк входу, разрешения приема умножителя,выход первого адресного регистраподключен к первому адресному входублока памяти, информационный. вход 2 О которого подключен к выходу суммато"4ра, о т л и ч а ю щ и й с .я тем,что, с целью упрощения фильтра, онсодержит третий регистр и второй ад-ресный регистр, причем выходы перво го и второго регистров подключены квторому входу умножителя, выход пер-ного адресного регистра подключен кинформационному входу второго адрес. ного регистра, выход которого под- ЗО ключен к второму адресному входу блока памяти, выход которого подключенк информациднному входу третьего регистра, выход которого подключен квторому входу сумматора, тактовыйвход третьего регистра соединен с такто-вым входом второго адресного регистра нподключен к пятому выходу блокасинхронизации, седьмой выход которого подключен К входу разрешения прие О ма третьего регистра. 6, 1, 7, О, Х. О1387015 12 Продолжение таблицы 1 ГТ 1 ьность адресов эаписьлока 7 о следов ат чтенияф 1.а фк фф ф"ф"в фс 0 1 га фсСтараие раэр адреса блока (счетчик 26) 6 5 7 4 О 7 6 О 5. 12 О,3, 1,2, Х, 2 3, Х, 3 77 Ю 741387015 Гф 1) Составитель АВарановТехред А.Кравчук Корректор А, Тяско4 юТираж 70 ПодписноеВНИКНИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Редактор И,Шульга Заказ 1496/49 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4