DE3121310A1

DE3121310A1 - Digitales filter

Info

Publication number: DE3121310A1
Application number: DE19813121310
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt Wischermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1982-12-16
Also published as: GB2099652B; GB2099652A; DE3121310C2; US4488251A

Description

Rl.-Nr. 1991/81

FE/PLI/Go/Vt

Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart 1 Digitales Filter

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem digitalen Filter nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein digitales Filter bekannt, bei welchem n+1 Abtastwerte eines digitalen Signals derart zu einer Mittelwertbildung

herangezogen werden, daß das digitale Signal

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1991/81 -έ-

n-mal "tun jeweils eine Abtastperiode verzögert wird, daß das unverzögerte digitale Signal und die verzögerten digitalen Signale jeweils durch n+1 geteilt n+1 Eingängen einer Addierschaltung zugeführt werden. Das "bekannte digitale Filter ist jedoch insbesondere im Hinblick auf die Addierschaltung, welche unter Umständen über recht viele Eingänge verfügt, recht aufwendig. Da ferner die Grenzfrequenz von der Anzahl der gemittelten Abtastwerte abhängt, lassen sich einstellbare Filter mit Hilfe der bekannten Anordnung nur schwierig realisieren.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße digitale Filter mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sich der Schaltungsaufwand bei Filtern hoher Ordnung ganz erheblich reduziert. Weiterhin lassen sich gemäß der Erfindung einfache digitale Filter mit variabler Ordnung bzw. variabler Grenzfrequenz aufbauen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen digitalen Filters möglich.

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Rl.-Fr. 1991/81

Bezeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein bekanntes digitales Filter,

Fig. 2 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes digitales Filter,

Fig. 3 eine Schaltung für digitale Apperturkorrektur in Ergänzung des erfindungsgemäßen digitalen Filters.,

Fig. 4 eine Schaltung mit mehreren digitalen Filtern und

Fig. 5 den Frequenzgang einer praktisch ausgeführten Anordnung nach Figur 4, und

Fig. 6 ein erfindungsgemaßes digitales Filter, welches als Hochpaß ausgelegt ist.

Beschreibung der Erfindung

Der bekannten Anordnung nach Fig. 1 herden bei 1 die zu filternden digitalen Signale zugeführt. Sie werden jeweils um die Dauer einer Abtastperiode T mit Hilfe der Vorzögerungselemente 21 bis 2n verzögert. Die Zahl der Verzögerungs-

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Hl.-Nr. 1991/81 -/

einriclrtmngen n richtet sich danach, welche ^Ip

Ordnung das Filter aufweisen soll. Das in ^

Fig. 1 dargestellte Filter ist ein Tiefpaß, ^

dessen Grenzfrequenz davon abhängt, wieviele . ·'?,'

Abtastwerte gemittelt werden. Zur Mittelung

der Abtastwerte werden das unverzögerte · :.-.

Signal sowie die verzögerten Signale zunächst in Dividierschaltungen JO, Jl, 32, 3 (n-1) und 3n durch n+1 dividiert und n+1

Eingängen einer Addierschaltung 4- zugeführt. _;

Am Ausgang 5 stehen dann die gefilterten ' ... \.

digitalen Signale zur Verfügung. Die Funktion ' if

sowie die technische Realisierung derartiger ;^?'^;'.

Filter ist in der Literatur ausreichend beschrieben und braucht im Zusammenhand mit der

vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert ■ .-""-

zu werden. ·'

¥ie eingangs erwähnt, ist ein derartiges Filter ,

- insbesondere höherer Ordnung - recht aufwendig wegen der großen Anzahl von Dividierschaltungen und wegen der komplizierten Addierschaltung. Dieses tritt besonders erschwerend in Erscheinung, wenn die Zahl η einstellbar sein solle

Derartige Filter für digitale Signale könneu überall dort verwendet werden, wo auch im analogen Bereich Filter eingesetzt werden, also

zur Beeinflussung des Frequenzganges von '

Video-, Audio-, oder anderen Signalen. Fig. 2 -

stellt ebenfalls als Blockschaltbild ein erfindungsgemäßes digitales Filter dar, welches

Rl.-Nr. 1991/81 -£- ^

genau die gleiche Funktion wie das bekannte digitale Filter nach Fig. 1 jedoch mit erheblich geringerem Aufwand erfüllt. Mit 1 ist wiederum der Eingang des digitalen Filters bezeichnet und mit 5 ebenfalls der Ausgang.

Die der Anordnung nach Fig. 2 zugeführten Signale werden einerseits direkt und andererseits über eine Verzögerungseinrichtung 2 den Eingängen einer Subtrakt ions schaltung 6 zugeführt. Die Verzögerung der Einrichtung 2 beträgt das n+1-fache der Abtastperiode der digitalen Signale. An den Ausgang der Subtraktionsschaltung 6 ist eine Dividierschaltung 3 angeschlossen, deren Ausgang wiederum mit einem Eingang einer Additionsschaltung 7' verbunden ist. Der Ausgang der Additionsschaltung 7 ist über einen später nach näher zu erläuternden Schalter 8 mit einer Verzögerungseinrichtung 9 verbunden, welche die Ausgangssignale der Addierschaltung 7 um eine Abtastperiode verzögern.

Die Addierschaltung 7 stellt zusammen mit der Verzögerungseinrichtung 9 einen Akkumulator dar, mit dessen Hilfe sämtliche nacheinander auftretenden Abtastwerte akkumuliert werden. Dadurch, daß die um n+1 Abtastperioden verzögerten Abtastwerto mit Hilfe der ßubtraktions schaltung 6 von den unverzögerten Abtastwerten

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Rl. -Nr. 1991/81 ~«Γ-

abgezogen werden, verbleibt im Akkumulator lediglich die Summe von n+1 Abtastwerten bzw. unter Berücksichtigung der Wirkung der Dividierschaltung 3 der Mittelwert von n+1 Abtastwerten.

Der von der Addierschaltung 7 und der Verzögerungseinrichtung 9 gebildete Akkumulator könnte überlaufen, wenn durch auftretende Störungen beispielsweise in der Subtraktionsschaltung 6 nicht genau die gleichen verzögerten Abtastwerte subtrahiert v/erden, welche unverzögert addiert wurden. Deshalb hat es sich als günstig herausgestellt, beispielsweise bei der Verwendung des erfindungsgemäßen digitalen Filters für digitale Fernsehsignale innerhalb des zeilenfrequenten Austastintervalls den Akkumulator zurückzusetzen. Dieses kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß zwischen den Ausgang der Addierschaltung 7 und die Verzögerungseinrichtung 9 ein steuerbarer Schalter 8 angeordnet ist, welcher mit Hilfe eines bei IO zugeführten Impulses während des Austastintervalls kurzzeitig in den nichtleitenden Zustand gebracht .wird·

Das Filter gemäß Fig. 2 besitzt folgendes Übertragungsverhalten:

- η · const für die Phase.

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Rl. -Nr. 1991/81 -/>-

Diese Frequenzgänge weisen jedoch ein relativ schlechtes Dämpfungsverhalten im Sperrbereich auf (ca. 10 dB). Bessere Ergebnisse erhält man durch die Serienschaltung von zwei Filtern der Ordnung η und n+1. Auf diese Weise läßt sich ■ eine Sperrdämpfung von minimal 26 dB erreichen.

Durch eine nachgeschaltete digitale Aperturkorrektur läßt sich die Filtercharakteristik derart verbessern, daß ein steilerer Übergang vom Durchlaßbereich in den Sperrbereich stattfindet. Eine Schaltung dazu zeigt Fig. J.

Es handelt sich hierbei um einen GOS-Entzerrer, der dem Eingangssignal den zweiten Differentialquotienten hinzuaddiert. Das digitale Signal wird zweimal über ein Verzögerungsglied 11, 12 geleitet, Jeweils mit einem Faktor (-■£— bzw. + in den Multiplizierern 13, 14, 15 bewertet. Der Addierer 16 bildet dann aus den bewerteten Signalen den zweiten Differentialquotienten, dessen Amplitude mit Hilfe des Multiplizierers

17 eingestellt werden kann und der im Addierer

18 dem Signal hinzugefügt wird.

Die Größe der Apertur bzw. der Frequenzganganhebung wird über den Faktor oc eingestellt. Über die einstellbare Verzögerung m.r"kann der Frequenzbereich., in dem die Anhebung erfolgen soll, eingestellt werden.

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Rl .-Kr. 1991/81 -/-

Fig. 4 zeigt eine Schaltungsanordnung, bestehend aus zwei Tiefpaßfiltern TP 1 und TP 2 der Ordnung η und n+1 und der Aperturstufe 20.

Der Koeffizientengenerator 19 erzeugt in Abhängigkeit von der Zahl K die für die Filtersteuerung erforderlichen Koeffizienten n, (n+1), m und

In Fig. 5 ist exemplarisch ein Frequenzgang angegeben für die Parameter:

η = 14, n+1 = 15, m - 16, <* * 1/3

Durch Subtraktion des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters von dem entsprechend verzögerten Eingangssignal kann gemäß der Erfindung auch ein Hochpaßfilter verwirklicht werden. So ist in Fig. 6 ein Hochpafilter dargestellt, boi welchem einem Tiefpaßfilter n-ter Ordnung 41 nach Fig. 1 über einen Eingang 1 Signale zugeführt werden. Diese Eingangssignale werden um -g· in der Verzögerungsschaltung 42 verzögert und von den Ausgangssignalen des Tiefpaßfilters in der Subtraktionsschaltung 43 abgezogene Am Ausgang 44 stehen dann Signale zur Verfügung, bei welchen die Anteile unterhalb der Grenzfrequenz unterdrückt sind*

Leerseite

Claims

EL.-Nr. 1991/81

25.5»!SOI FE/PLI/Go/Vt

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

Digitales Filter bei welchem n+1 Abtastwerte eines digitalen Signals zu einer Mittelwertbildung herangezogen sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen jeweils einom AbtasWert und einem um n+1 Abtastperioden verzögerten Abtastwert und einer Einrichtung zur Akkumulierung der Differenzwerte .

2ο Digitales Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des digitalen Filters direkt mit einem ersten Eingang einer Subtraktionsschaltung und über eine Verzögerungseinrichtung mit einem zweiten Eingang der Subtraktionsschaltung verbunden ist und daß an den

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Ausgang der Subtraktionsschaltung ein erster Eingang einer Additionsschaltung angeschlossen ist, deren Ausgang über eine weitere Verzögerungseinrichtung mit dem zweiten Eingang der Additionsschaltung verbunden ist.

3· Digitales Filter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Division eines digitalen Signals durch n+1. ■ ■ .

4. Digitales Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Subtraktionsschaltung und dem ersten Eingang der Additionsschaltung eine Divisionsschaltung zur Division durch n+1 angeordnet ist.

5- Digitales Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Additionsschaltung und dem Ausgang des digitalen Filters eine Divisionsschaltung zur Division durch n+1 zwischengeschaltet ist.

6. Digitales Hochpaßfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung der Differenz zwischen den Abtastwerten des digitalen Signals und den akkumulierten Differenzwerten.

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RL-Nr. 1991/81 -3- .·. ,ί

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7." Digitales Hochpaßfilter nach Anspruch 2, ■*■ „

dadurch gekennzeichnet, daß-ein erster . ^"1^

Eingang einer weiteren Subtraktionsschal- -.'-»■>■

tung mit dem Ausgang der Additionsschal- ·· «_s

tung verbunden ist und der zweite Eingang ._%\ ".;

der weiteren Subtraktionsschaltung - ge- ■

; gebenenfalls über eine Einrichtung zum -^. Laufzeitausgleich - an den Eingang des ■

digitalen Filters angeschlossen ist. '.

8. Digitales Filter nach einem der vorange- .

gangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl η einstellbar ist.

9· Digitales Filter nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulierung der Differenzwerte - vorzugsweise in periodischen Abständen rücksetzbar ist.

10. Digitales Filter nach Anspruch 1, dadurch- · gekennzeichnet, daß mehrere Filter, gegebenenfalls mit verschiedenen Werten

für η, hintereinander geschaltet sind.

11. Digitales Filter nach einem der vorher- , gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung zur Bildung des zweiten Differentialquotienten und eine weitere Additionsschaltung nachgeschaltet ist.