DE2349227A1

DE2349227A1 - Strukturumschaltung fuer digitale filter

Info

Publication number: DE2349227A1
Application number: DE19732349227
Authority: DE
Inventors: Arild Dipl Ing Lacroix
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-10-01
Filing date: 1973-10-01
Publication date: 1975-04-03

Description

Dozent Dipl.-Ing. Arild Lacroix an der
Technischen Hochschule Darmstadt im
Fachbereich Nachrichtentechnik * '·'·' Fachgebiet Übertragungstechnik

Strukturumschaitung für digitale Filter

Die Erfindung betrifft die Realisierung rein rekursiver und nicht rekursiver digitaler Filter.

Digitale Filter werden für die Filterung zeit- und amplitudenquantisierter Signale verwendet. Rein rekursive digitale Filter sind durch die Übertragungsfunktion

zⁿ

_zn n-1 _{+ +}

δ τ a .ζ τ . . „ -r a« ζ τ a.-.

gekennzeichnet und finden beispielsweise als Tiefpaßfilter Anwendung; nicht rekursive digitale Filter sind durch die übertragungsfunktion

^{z + b}n-1^z ~ + . . . **jZ ⁺ b₀

gekennzeichnet und werden beispielsweise als Echoentzerrer eingesetzt.

Für rein rekursive und nicht rekursive digitale Filter sind aufwandgünstige Strukturen bekannt, die sich als Spezialfälle der 1. oder der 2. kanonischen Struktur digitaler Filter ergeben (Zeitschrift "Archiv der elektrischen Übertragungstechnik" Jahrgang 1968, Heft 8, Seiten 361 bis 367). Rein rekursive und nicht rekursive digitale Filter enthalten jeweils die gleichen Bauelemente (Verzögerer, Multiplizierer, Addierer) und unterscheiden sich nur im Signalfluß. Obwohl rein rekursive und nicht rekursive digitale Filter die gleichen Bauelemente enthalten, erfordern allerdings Anwendungen, bei denen zeitlich nacheinander rein rekursive und nicht rekursive digitale Filter benötigt werden, die Realisierung beider digitaler Filter.

509814/0632

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, rein rekursive digitale Filter und nicht rekursive digitale Filter durch ein einziges digitales Filter zu realisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Struktur des digitalen Filters von "rein rekursiv" auf "nicht rekursiv" umgeschaltet werden kann.

Um bei der Realisierung von digitalen Filtern in Kaskadenform durch die Teilsysteme-Multiplextechnik die Addierer und Multiplizierer des digitalen Filters auch dann zeitlich voll auszunutzen, wenn die Anzahl der von Null verschiedenen Pole und Nullstellen unterschiedlich ist, wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Struktur des digitalen Filters während des Multiplexens der Rechenwerke für die Teilsysteme von digitalen Filtern in Kaskadenform umgeschaltet.

Um bei der Filter-Multiplextechnik bei PCM-Ubertragungsstrecken ein einziges digitales Filter für die Filterung von digitalisierten Analogsignalen und die Echoentzerrung von Datensignalen benutzen zu können₉ wird nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Struktur des digitalen Filters beim Multiplexen des digitalen Filters für verschiedene Kanäle von PCM-Ubertragungsstrecken umgeschaltet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den Aufbau eines einzigen digitalen Filters durch Umschaltung der Struktur sowohl ein rein rekursives als auch ein nicht rekursives digitales Filter realisiert werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Fig. 1 zeigt unter Verwendung der Bauelemente "Addierer" (<+>), "Multiplizierer" ( ® ) und "Verzögerer" ( |z ) die Realisierung eines digitalen Filters, dessen Struktur durch den dargestellten Schalter von "rein rekursiv" auf "nicht rekursiv" umgeschaltet werden kann. Der gezeichneten Schalterstellung entspricht die Struktur "rein rekursiv" und die zu dem rein rekursiven digitalen Filter gehörigen Koeffizienten sind durch die -&Q_t -a^, . . . , -a_n-2» ""^an-1 S^eS®ben. das nicht rekursive digitale Filter sind die b_Q, b.j, . . . , b_n--Koeffizienten.

5098U/0632

In einem weiteren Ausführungsbeispiel soll die Anwendung der soeben beschriebenen Strukturumschaltung bei der Realisierung digitaler Filter in Kaskadenform durch die Teilsystem-Multiplextechnik erläutert werden. Fig. 2 zeigt ein digitales Filter in Kaskadenform, wobei zur Realisierung der Teilsysteme der Kaskade rein rekursive und nicht rekursive digitale Filter zweiten Grades verwendet werden. Das in Fig. 2 dargestellte digitale Filter läßt sich nun dadurch realisieren, daß man die Rechenwerke des in Fig. 1 gezeichneten digitalen Filters für η = 2 für insgesamt N Teilsysteme multiplext und die Struktur während der 1 ersten Teilsysteme auf "rein rekursiv" einstellt, um danach für die Teilsysteme mit dem Index 1+1 bis N auf "nicht rekursiv" umzuschalten; eine· beliebige andere Reihenfolge von rein rekursiven und nicht rekursiven Teilsystemen ist durch entsprechende Steuerung des Strukturumschalters in Fig.1 ebenfalls möglich. Das digitale Filter nach Fig. 2 hat die tlbertragungs funktion

^a(z) ■

ζ + b. .z + b.

i,1^{z a}i,0

Die bisher bekannte Realisierung der zu Fig. 2 gehörigen übertragungsfunktion durch die Kaskadierung von- 1. = max (1, H-I) digitalen Filtern gemäß Fig. 3 ist für 1 / N-I bezüglich der Ausnutzung der Addierer und Multiplizierer nicht so günstig wie die Realisierung nach Fig. 2, da in der zu Fig. 3 gehörigen übertragungsfunktion

G(Z) =

¹I 2
— ζ + b. - ζ + b.

ι» -^Z * ^ai,i ^{z + a}i,o

für 1>N-1 einige der Zählerkoeffizienten b. _1f b. _n und für K.N-1

χ,ι i,u

einige der Nennerkoeffizienten a. «, a. _Q identisch Null sind; somit werden redundante Multiplikationen und Additionen ausgeführt. Nachteilig bei der Realisierung nach Fig. 2 ist, daß n-N (für n=2: 2N) Verzögerer benötigt werden, wohingegen die Realisierung nach Fig. 3 nur n-max (1, N-I) (für n=2: 2max (1, N-I)) Verzögerer erfordert. Die Realisierung nach Fig. 2 ist daher besonders dann

5098U /0632

günstig, wenn sich 1 und N-I voneinander stark unterscheiden, wenn also beispielsweise 1 oder N-I gleich 1 isti Der Mehraufwand für die Verzögerer beträgt dann nur η (für n=2: 2); Die Einsparung an Addier- und Multiplizieroperationen beträgt dagegen je n(N-2) (für n=2: 2(N-2)).

In einem weiteren Ausführungsbeispiel soll die Anwendung der eingangs beschriebenen Strukturumschaltung digitaler Filter bei der Mehrfachausnutzung eines digitalen Filters für mehrere Kanäle von PCM-Ubertragungsstrecken (Filter-Multiplextechnik) erläutert werden. Fig. k zeigt eine PCM-Ubertragungsstrecke mit M Kanälen. Ein digitales Filter mit umschaltbarer Struktur gemäß Fig. 1 wird zeitlich nacheinander für die Filterung der Signale der verschiedenen PCM-Kanäle benutzt. In der Stellung "nicht rekursiv" des digitalen Filters mit umschaltbarer Struktur ist es möglich, die Leitungsechos von m Kanälen für Datenübertragung zu entzerren. In M-m Kanälen für die übertragung von digitalisierten ZeitSignalen, beispielsweise Sprachsignale, ist es möglich, rein rekursive digitale Filter als selektive Filter, beispielsweise zur Tiefpaßfilterung, zu verwenden.

Claims

Patentansprüche:

Realisierung rein rekursiver und nicht rekursiver digitaler Filter,

dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des digitalen Filters von "rein rekursiv" auf "nicht rekursiv" umgeschaltet werden kann.
2. Digitales Filter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des digitalen Filters während des Multiplexens der Rechenwerke für die Teilsysteme von digitalen Filtern in Kaskadenform umgeschaltet wird.
3. Digitales Filter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des digitalen Filters beim Multiplexen des digitalen Filters für verschiedene Kanäle von PCM-Ubertragungsstrecken umgeschaltet wird.

509814/0632

Leerseite