DE2554562C3

DE2554562C3 - Nichtrekursives Digitalfilter mit herabgesetzter Ausgangsabtastfrequenz

Info

Publication number: DE2554562C3
Application number: DE2554562A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Desire Johan Eindhoven Eggermont (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1975-12-04
Publication date: 1978-06-08
Also published as: FR2295648A1; NL173807B; DE2554562B2; SE411822B; NL7416479A; NL173807C; CA1047125A; GB1522169A; DE2554562A1; US4204177A; BE836692A; JPS5186341A; JPS555291B2; FR2295648B1; AU8759075A; SE7514103L

Description

60

t. Gebiet, auf das sich die F rfindung bezieht

Die Erfindung bezieht sich auf ein nichtrekursives < >■ ^italfilter zum Erzeugen mit einer gegebenen sgangsabtastfrequenz (YL) auftretender digital kodier-Ausgangsabtastwerte, die auf eine vorbestimmte Weise auf eine Reihe digital kodierter Eingangsabtastwerte bezogen sind, die mit einer Eingangsabtastfrequenz (f) auftreten, wobei die Eingangsabtastfrequenz ein ganzes Vielfaches (r) der Ausgangsabtastfrequenz ist. welches Filter enthält: eine erste Speichervorrichtung zur Speicherung einer gegebenen Anzahl aufeinanderfolgender Eingangsabtastwerte; einen Eingangskreis, mit dessen Hilfe aufeinanderfolgende Eingangsabtastwerte der genannten ersten Speichervorrichtung zugeführt werden; einen Multiplizierer zum Erzeugen von Produkten einer gegebenen Anzahl (N) Eingangsabtastwerte und einer Anzahl (A/^Gewichtsfaktoren, die der Beziehung zwischen den Eingangs- und Ausgangsabtastwerten entsprechen, sowie einen Addierer, der mit dem genannten Multiplizierer gekoppelt ist und innerhalb einer Ausgangsabtastperiode (1//L) einen Ausgangsabtastwert liefert, der durch die mathematische Summe der innerhalb dieser Periode erzeugten Produkte gegeben wird.

2. Stand der Technik

Nichtrekursive Digitalfilter der obenbeschriebenen Art sind bekannt. Zum Beispiel werden in einem bekannten Filter zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes r Summen von N Produkten gebildet, die durch die Multiplikation von N Eingangsabtastwerten mit N Gewichtsfaktoren erhalten sind. Von den genannten r Summen wird eine ausgelesen, um einen Ausgangsabtastwert zu liefern. Zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes werden in diesem Filter rN Additionen und r/V Multiplikationen in einer Periode

M=Mf₁₁)

durchgeführt, während infolge der Herabsetzung der Abtastfrequenz nur N Summen und Produkte bestimmt zu werden brauchen.

In der DE-Offenlegungsschrift 24 03 233 ist ein Digitalfilter beschrieben, in dem zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes nur N Multiplikationen und N Additionen in einer Periode T_u durchgeführt werden. Insbesondere wird dabei in einem Ausführungsbeispiel als erster Filterabschnitt ein nichtrekursives Digitalfilter verwendet, das einen Zeitdemultiplexer mit r Ausgängen enthält, wobei an jeden Ausgang ein Pufferspeicher angeschlossen ist. Die r Pufferspeicher werden mit einer Frequenz /„ausgelesen, und die gespeicherten Eingangsabtastwerte werden r Multiplizierern zugeführt, die je eine Anzahl von N/r Produkten erzeugen, die nach Summation einen Ausgangsabtastwert liefern. Das hier beschriebene Filter kann, wenn N/r ganz ist, mit Vorteil angewendet werden, aber ein Teil dieses Vorteils geht verloren, wenn N/r nicht ganz ist, weil die Gruppe von N Gewichtsfaktoren zu einem Vielfachen von r ergänzt werden muß, was eine gleiche Anzahl Multiplikationen und Additionen mit sich bringt.

3. Beschreibung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein anderes Konzept der Struktur nichtrekursiver Digitalfilter der obenbeschriebenen Art zu schaffen, bei dem die Ausgangsabtastfrequenz um einen Faktor r niedriger als die Eingangsabtastfrequenz ist und die universell anwendbar ist, wobei ebenfalls zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes nur N Produkte von Eingangsabtastwerten und Gewichtsfaktoren bestimmt zu werden brauchen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß der genannte Eingangskreis eine zweite Speichervorrichtung zur Speicherung einer gegebenen Anzahl von

aufeinanderfolgenden Eingangsabtastwerten enthält und daß im Takte des Auftretens der Ausgangsabtastwerte die Anzahl von Eingangsabtastwerten in die erste Speichervorrichtung eingeschrieben wird.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

4. Beschreibung der AusführungLbeispiele

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 zwei Ausführungsbeispiele eines Filters nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 und 3 die zu Fig. 1 gehörigen Tabellen zur Erläuterung der Wirkungsweise der beschriebenen Strukturen,

F i g. 4 eine erste Ausführungsform des Filters nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Tabelle zur Erläuterung der Wirkungsweije des Filters nach F i g. 4,

F i g. 6 eine zweite Ausführungsform des filters nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Tabelle zur Erläuterung der Wirkungsweise des Filters nach F i g. 6,

F i g. 8 eine besonders günstige Ausführungsform des Filters nach der Erfindung und

F i g. 9 die zu F i g. 8 gehörige Tabelle.

In den Figuren S'H entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Die in den Figuren dargestellten nichtrekursiven Digitalfilter sind zum Erzeugen mit einer gegebenen Ausgangsabtastfrequenz (f_u) auftretender digital kodierter Ausgangsabtastwerte eingerichtet, die auf eine vorbestimmte Weise auf eine Rdhe digital kodierter Eingangsabtastwerte bezogen sind, die mit einer Eingangsabtastfrequenz (f) auftreten, wobei die Eingangsabtastfrequenz ein ganzes Vielfaches (r) der Ausgangsabtastfrequenz ist.

Alle in den Figuren dargestellten Ausführungsformen nichtrekursiver Digitalfilter sind mit einer Steuervorrichtung versehen, die auf übliche Weise das Einschreiben!, Weiterschieben und Auslesen von Abtastwerten sowie die Wirkung von Multiplizierern und Addierern steuert. Diese für den Fachmann auf der Hand liegende Vorrichtung ist in den Figuren nicht gezeigt.

In Fig. la werden die mit einer Periode 7; auftretenden Eingangsabtastwerte x(nT) über den Eingangskreis 1 in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben, die aus einer Verzögerungsleitung mit N Verzögerungsabscnnitten besteht, die je zur Speicherung eines Eingangsabtastwertes eingerichtet sind. Diese Verzögerungsabschnitte sind je über eine Abzweigung mit einem darin aufgenommenen Multiplizierer, welche Multiplizierer zusammen die Multipliziervorrichtung 3 bilden, an eine Addiervorriciitung 4 angeschlossen. Der Multipliziervorrichtung 3 werden auch die N Gewichtsfaktoren a(0) ... a(N— 1), die den Impulsdurchlaßbereich des zu bildenden Filters zu den Abtastzeitpunkten beschreiben, zugeführt Die Addiervorrichtung 4 erzeugt die Summe der Produkte der N gespeicherten Eingangsabtastwerte mit den N Gewicilitsfaktoren.

Wenn über den Eingangskreis 1 ein neuer Abtastwert in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben wird, werdein die gespeicherten Eingangsabtastwerte um eine Stelle nach rechts verschoben, wobei der älteste Abtastwert verschwindet. Nachdem die Addiervorrichtung 4 in ihre Nullage zurückversetzt worden ist, wird die Summe der Produkte der neuen Reihe von N gespeicherten Eingangsabtastwerten mit den N Gewichtsfaktoren erzeugt Ein Ausgangsabtastwert wird dadurch erhalten, daß die Addiervorrichtung 4 mit einer Periode T₁₁ = rT, ausgelesen wird.

Fig. Ib zeigt eine der nach Fig. la entsprechende Ausführungsform, bei der die Speichervorrichtung 2 aus einem Umlaufschieberegister besteht, während die Gewichtsfaktoren a(0) ... a(N—\) ebenfalls in einem Umlaufschieberegister 5 gespeichert sind.

ίο Die Multipliziervorrichtung 3 besteht aus einem einzigen Multiplizierer, der die N Produkte von Eingangsabtastwerten und Gewichtsfaktoren nacheinander in einer Zeit Ti bestimmt. Ein Ausgangsabtastwert wird dadurch erhalten, daß die Addiervorrichtung 4 einmal pro Ausgangsabtastperiode T₁₁ ausgelesen wird.

In den Fig. 2 und 3 wird die Wirkungsweise der in den Kig. la und Ib veranschaulichten Strukturen in an sich klaren Tabellen erläutert. Dabei gibt die Spalte 1 den Auftrittszeitpunkt eines Eingangsabtastwertes x(n),

ίο Spalte Il den Inhalt der Speichervorrichtung 2 zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, Spalte I/I den Zustand der Addiervorrichtung 4 und Spalte IV den Auftrittszeitpunkt eines Ausgangsabtastwertes an.

Beispielsweise werden für die Zusammensetzung der

2s unterschiedlichen Tabellen ein Herabsetzungsfaktor der Abtastfrequenz r— 2 und eine Anzahl Gewichtsfaktoren Λ/= 5 gewählt.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Filters nach der Erfindung dargestellt, bei dem die mit einer Periode T, auftretenden Eingangsabtastwerte χ(πΤ,) in die Speichervorrichtung 6, die in den Eingangskreis 1 aufgenommen ist, eingeschrieben werden. Wenn in die Speichervorrichtung 6 eine Anzahl von r neuen Eingangsabtastwerten eingeschrieben worden ist. wer-

.15 den diese Abtastwerte schnell nacheinander in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben, während zu gleicher Zeit die in der Speichervorrichtung 2 vorhandenen Abtastwerte sich um /"Stellen verschieben und die ältesten r Abtastwerte verschwinden. Jedem der Multiplizierer in der Multipliziervorrichtung 3 wird ein bestimmter Gewichtsfaktor aus der Gruppe von Gewichtsfaktoren a(0) ... a(N—\) zugeordnet. Um in der Multipliziervorrichtung 3 die N Produkte zu erzeugen, die einen Ausgangsabtastwert bestimmen, ist nun eine Zeit rT,= T_u verfügbar; die N in der Speichervorrichtung 2 gespeicherten Eingangsabtastwerte bleiben nämlich zur Verfügung, bis in die Speichervorrichtung 6 wieder r neue Eingangsabtastwerte eingeschrieben sind. Einmal pro Ausgangsabtastperiode T_u erzeugt die Addiervorrichtung 4 die Summe der berechneten Produkte und liefert so einen Ausgangsabtastwert y(nT_u).

Fig.5 ist eine nähere Erläuterung in Form einer Tabelle der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach F i g. 4, wobei die Bedeutung der Spalten I bis IV die gleiche wie in den F i g. 2 und 3 ist, mit dem einen Unterschied, daß hier die Spalte Il A den Inhalt der Speichervorrichtung 6 und die Spalte II B den inhalt der Speichervorrichtung 2 angibt

Während in der Ausführungsform nach Fig.4 die Eingangsabtastwerte zeitlich nacheinander, d. h. in Reihe, in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben werden, werden in F i g. 6 die in der Speichervorrichtung 6 gespeicherten Eingangsabtastwerte stets nach

''5 der Berechnung eines Ausgangsabtastwertes zugleich in die ersten r Speicherelemente der Speichervorrichtung 2 eingeschrieben.

In der Tabelle nach F i e. 7 wird die Wirkunesweise

des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 erläutert. Die Spalten I bis IV haben die vorgenannte Bedeutung, und auch hier ist für die Anzahl Gewichtsfaktoren /V= 5 und für das Verhältnis zwischen der Eingangs- und der Ausgangsabtastfrequenz / = 2 gewählt.

Es sei bemerkt, daß sich die Erfindung nicht auf die in den Fig.4 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die dargestellten Strukturen, bei denen eine Speichervorrichtung 2 Anwendung findet, die aus einer Verzögerungsleitung mit Λ/ Verzögerungsabschnitnen besteht, die an je einen Multiplizierer der Multipliziervorrichtung 3 angeschlossen sind, kann mit gleichem Vorteil durch eine Struktur ersetzt werden, bei der ein Umlaufschieberegister als Speichervorrichtung verwendet wird, wie oben bereits in Fi g. Ib angegeben ist. Die Mullipliziervorrichtung 3 besteht dann aus einem einzigen Multiplizierer, der an den Ausgang des Schieberegisters angeschlossen ist. Die Gewichtsfaktoren a(0) ... a(N-\) können dabei ebenfalls in einem Umlauf schieberegister oder in einem ROM gespeichert sein. Auch ist es möglich, als Speichervorrichtung einen RAM7M verwenden, wobei die nacheinander auftretenden Eingangsabtaslwerte x(nT!) mit Hilfe einer Adresse an der richtigen Stelle in den RAM eingeschrieben werden.

Wenn im Beispiel nach Fig.4 die Speichervorrichtung 2 als ein Umlaufschieberegister ausgebildet wird, kann noch eine erhebliche Herabsetzung der benötigten Anzahl Elemente erhalten werden. Fig. 8 zeigt dieses sehr günstige Ausführungsbeispiel des nichtrekursiven Digitalfilters nach der Erfindung. Dabei besteht die Speichervorrichtung 2 aus einem Umlaufschieberegister, das nur N — r Schiebcregistcrabschnittc enthalt. Die Anzahl Abschnitte, aus der die Speichervorrichtung 6 bestellt, ist von Λ/ abhängig. Wenn nämlich N und r derartig sind, daß N>r⁷-r ist, braucht die Anzahl Selektionen nur r- 1 zu betragen, während im anderen Fall, wenn N< r² - r ist. die Speichervorrichtung 6 aus r Abschnitten besteht.

Bei dieser Ausiührungsform nach 1-" i g. 8 laufen am Anfang eines Rechenzyklus, an dem ein Ausgangsabtastwert bestimmt wird, die ältesten r Eingangsabtastwerte, nachdem sie mit den richtigen Gewichtsfaktoren multipliziert worden sind, nicht in dem Schieberegister um, so daü sie sofort nacheinander aus dem Schicberegister herausgeschoben werden, während zu gleicher Zeit die in der Speichervorrichtung 6 gespeicherten Abtastwerte nacheinander in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben werden. Das Schieberegister wird erst zu einem Umlaufschieberegister, wenn die Speichervorrichtung 6 leer ist

Fig. 9 ist in Form einer Tabelle eine nähere Erläuterung der Wirkungsweise des Digitalfilters nach F i g. 8, wobei N— 5 und r= 2 ist, so daß die Bedingung N>r²—r erfüllt ist. Die Speichervorrichtung 2 besteht nun aus einem Umlaufschieberegister mit /V-r=3 Abschnitten, und die Anzahl Abschnitte, aus der die Speichervorrichtung 6 besteht, beträgt r—1 = 1. Die Spalte I gibt wieder den Auftrittszeitpunkt eines Eingangsabtast wertes x(n), die Spalte I! A den Inhalt eier Speichervorrichtung 6 und die Spalte II B den Inhalt der Speichervorrichtung 2 zu aufeinanderfolgender Zeitpunkten an, während die Spalte III den Zustand dei Addiervorrichtung 4 und die Spalte IV den Auftrittszeit punkt eines Ausgangsabtastwertes angibt.

Es wird dem Fachmann klarsein, daß auf Grund dei beschriebenen Ausführungsbeispiele noch zahlreicht Strukturen des nichtrekursiven Digitalfilters mit herab gesetzter Ausgangsabtastfrequenz gebildet werden können, bei denen das Prinzip der vorliegender Erfindung angewandt wird.

Hierzu 7 Blatt Zcichnuncen

ZEICHNUNGEN BLATT 2

Int Cl²: H 03 H 11/00

Bekanntmachungstag: 4. August 1977

O it

X O

I X

"ro

CN

X CN

"ro

fO

πι

CSI

cn

^^ 6 ro

CN

cn Ll

ro

CN X

52 X

CN

δ «; %s_J

O
"x

CM

EICHNUNGEN BLATT 3

Int Cl 2: H 03 H 11/00

Bekanntmachungstag: 4. August 1977

CN
I

Γ

3

CN

if

δ

. _

^»

δ

.-.

t

I

O

X

"x

,_,

X

ro

X

δ

ο χ

X

j*

X

*"ΐ

><

*x

O X

X

(M

ro

ίη

O)

CN

χ

vj

δ

CN

δ
*^
ro

"χ

CM

vj

ro

75

To

75

Ll

75

ro

75

δ

ro

75

+

X
O
75

Jt.

δ

jh

+

I

X

75

.X

δ

CN

-'·

O

CN

cn

re
I I

cn
I

5

X

^_

+

*x

X
O
75

*~,

X

CN

X

^ ^c

I

X X

X

CN

75

CM

χ

CN

X

cn

75

vj

<-~

vj

δ

75

X

ro

Vj

75

•75

ro

ro ro

ro

75

X

Sj

75

ro

+

Te

XX
CNCN
I ι

X

CN
I

CN

I

To

X

cn
I

' X

OJ

CN
I

*x

O

X

CN

sr
I

CN CN

X

δ

X

cn

X

sr

75

X

7575

sr

Te

CN

sr

75

CN

ro

sr

XX

ro

X

ro

£

75

OO

ro

ro ro

cn
I

cn

CN
I

χ χ

X

75

X

cn

st

+

Vj

X

75

ι
χ

cn ro

Γ0

cn cn
I ·

ce

cn

+

^^

ro ro

χ ο X

Te

cn

XX

vj vj

i

X

75

sr sr
I I

ro ro

CN

sr

nt

X X

X

ro

ι υ

vjsy

vj

O O

χ χ

ro ro

3 X X

vj vj

re ce

Te 75

vj
I

cn
I

(M
I

I

O

Vj

ro
I

CN

·-;

δ

^*

ro

CN
I

X
CD

σ

«-

CM

I

O

,—

CN

ro

I

O

,-

CM

I

X
CN
I

X
I

X
O

X
vj

X
cn

X
CN

X

X
O

X

X
cn

X
CM
I

X

X
CN

X
CM

'S

X
CD

X

X
CN

X
cn

X

X
O

X

X
CN

X

"x

X

XXXX

δ ^

3 ο 3

xx"xx"xx

5 ScSc^sBgOs s r

x^>x"x"x'x'x"x'x'x"x"x"3<'x'

Claims

Patentansprüche:

1. Nichtrekursives Digitalfilter zum Erzeugen mit einer gegebenen Ausgangsabtastfrequenz (f_u) auf- ■> tretender digital kodierter Ausgangsabtastwerte, die auf eine vorbestimmte Weise auf eine Reihe digital kodierter Eingangsabtastwerte bezogen sind, die mit einer Eingangsabtastfrequenz (f) auftreten, wobei die Eingangsabtastfrequenz ein ganzes Vielfaches (r) ic der Ausgangsabtastfrequenz beträgt, welches Filter enthält: eine erste Speichervorrichtung zur Speicherung einer gegebenen Anzahl aufeinanderfolgender Eingangsabtastwerte; einen Eingangskreis, mit dessen Hilfe aufeinanderfolgende Eingangsabtastwerte is der genannten ersten Speichervorrichtung zugeführt werden; eine Multipliziervorrichtung zum Erzeugen von Produkten einer gegebenen Anzahl (N) Eingangsabtastwerte und einer Anzahl (N) Gewichtsfaktoren, die der Beziehung zwischen den Eingangs- und Ausgangsabtastwerten entsprechen, sowie eine Addiervorrichtung, die mit der genannten Mullipliziervorrichtung gekoppelt ist und innerhalb einer Ausgangsabtastperiode (Mf_u) einen Ausgangsabtastwert liefert, der durch die mathematische Summe der innerhalb dieser Periode erzeugten Produkte gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Eingangskreis (1) eine zweite Speichervorrichtung (6) zur Speicherung einer gegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden }o Eingangsabtastwerten enthalt und daß im Takte des Auftretens der Ausgangsabtastwerte die Anzahl von Eingangsabtastwerten in die erste Speichervorrichtung (2) eingeschrieben wird.

2. Nichtrekursives Digitalfilter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Eingangsabtastwerten nacheinander in die erste Speichervorrichtung (2) eingeschrieben werden.

3. Nichtrekursives Digitalfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Eingangsabtastwerten parallel in die erste Speichervorrichtung (2) eingeschrieben werden.

4. Nichtrekursives Digitalfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Speichervorrichtung (2 bzw. 6) je ein Schieberegister aus einer ersten bzw. einer zweiten gegebenen Anzahl von Schieberegisterabschnitten enthalten, wobei diese Abschnitte je zur Speicherung eines Eingangsabtastwertes eingerichtet sind, und daß ein Umschalter den Eingang der ersten Speichervorrichtung (2) mit dem Ausgang der zweiten Speichervorrichtung (6) verbindet, um die in der zweiten Speichervorrichtung (6) gespeicherte Anzahl in die erste Speichervorrichtung (2) zu übertragen, und daß der Umschalter dennoch den Eingang der ersten Speichervorrichtung mit ihrem Ausgang verbindet.