RU1780089C - Цифровой фильтр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано всистемах цифровой обработки информации. Цель изобретени  - повышение быстродействи . Фильтр содержит регистры пам ти, сумматор, мультиплексоры, умножитель, элементы ИЛИ, элемент НЕ, регистр, блок синхронизации, две группы компарато- роз, группу реверсивных счетчиков, ключи, блок ключей и накапливающий сумматор. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки информации.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  цифрового фильтра путем обеспечени  вычислени  пор дковых статистики скольз щего среднего за 2 такта работы устройства.

На чертеже представлена структурна  схема цифрового фильтра,

Цифровой фильтр содержит блок 1 пам ти из п т-разр дных регистров пам ти 1.1, 1.2, ..., 1.П, первую группу 2 из п компраторов 2,1, 2,22.п, группу 3 из п реверсивных счетчиков 3,1, 3,2 З.п, вторую

группу 4 из п компараторов 4,1., 4,14л,

блок 5 синхронизации, первую группу 6, вторую группу 7, третью группу 8, четвертую группу 9 выходов блока синхронизации, первый 10, второй 11 и третий 12 отдельные выходы блока синхронизации, накапливающий сумматор 13, сумматор 14, мультиплексоры 15-17, регистр 18 номера статистики. блок 19 пам ти коэффициентов, умножитель 20, ключи 21, 22, блок 23 ключей, элементы ИЛИ 24, 25, элемент НЕ 26, элемент НЕ 26, вход 27 задани  режима, информационный вход 28, вход 29-синхронизации, выход 30,

Фильтр осуществл ет в общем случае нелинейную цифровую фильтрацию входного сигнала. Так, например, рангова  фильтраци  входного сигнала реализуетс  по формуле:

,Rj(XK-n+iХк),

где Р,(Хк-п-иХк) - j-  пор дкова  статистика текущих отсчетов (выборок) входного сигнала Хк-п+1,...,Хк:

YK - значение К-го отсчета сигнала на выходе фильтра;

р коэффициент усилени . Если j (п + 1)/2, где п - нечетное, то предпопагаемый фильтр осуществл ет медианную фильтрацию сигнала. Если определить /3 1/п при j О, то реализуетс  операци  скольз щего усреднени  по формуле

Хк-1+1.

Устройство работает следующим образом .

Перед началом работы цифрового фильтра двоичный код весового коэффициента усилени  / записываетс  в блок 19 пам т1 коэффициентов, номер j пор дковой статистики текущих выборок входного сигнала записываетс  в регистр 18 номера статистики . Регистры блока 1 пам ти, счетчики группы 3, накапливающий сумматор 13 устанавливаютс  в нулевое состо ние, блок 5 синхронизации устанавливаетс  в исходное состо ние с нулевыми сигналами на выходах .

В режиме вычислени  пор дковых статистик на входе 27 задани  режима устанавливаетс  нулевой сигнал, ключ 22 запираетс , информационный сигнал с выхода накапливающего сумматора 13 на вход умножител  20 не поступает и состо ние сумматора 13 не учитываетс . На информационный вход 28 фильтра поступает перва  выборка Xi входного сигнала, а на вход 29 синхронизации поступает первый тактовый импульс. Блок 5 синхронизации формирует единичный импульс на выходе 6.1 и единич-. ный сигнал на выходе 7,1 групп б и 7 соответственно , причем на выходе 7.1 сигнал фиксируетс  в течение времени 2г, где гдлительность одного такта работы устройства фильтра. Мультиплексор 15 при поступлении единицы с выхода 7.1 блока 5 формирует на выходе слово, соответствующее состо нию двухступенчатого регистра 1.1 блока 1 пам ти, Слово с выхода мультиплексора 15 поступает на вторые информационные входы компараторов первой группы 2. На первый информационный вход j-ro. 1 1.,.n, компараторз группы 2 поступает слово, соответствующее состо нию -го двухступенчатого регистра блока 1 пам ти. На первом выходе компаратора 2.J, j 1...П группы 2 формируетс  единичный сигнал, если слово, поступающее на второй информационный вход, больше слова, поступающего на первый информационный вход. На инверсном втором выходе компаратора 2.J формируетс  единичный сигнал, если слово на втором информационном входе меньше или равно слову на первом информационном входе компаратора. Сигналы на выходах формируютс  при поступлении единичного импульса на управл ющий вход компаратора 2-J, j 1..п, с третьего отдельного выхода 12 блока 5 синхронизации. Сумматор 14 формирует число, соответствующее весу кода, устанавливающемус  на вторых выходах компараторов группы 2. Сигнал с первого выхода компаратора 2 j, j 1.,.n группы 2 поступает на вход пр мого счета соответствующего счетчика 3.k группы 3. Сигнал с выхода сумматора 14 поступает на входы параллельной записи кода всех счетчиков группы 3, Запись кода в счетчик 3 j, J 1,,,n группы 3 осуществл етс  с поступлением на вход синхронизации счетчика единичного импульса с выхода 8,j группы 8 блока 5 синхронизации, После записи

выборки Xi в регистр 1,1 по импульсу с выхода 6,1 группы 6 блока 5 синхронизации и сн ти  импульса на выходе 6,1 блок 5 синхронизации формирует на втором такте работы единичные импульсы на выходе 8.1 руппы 8 и третьем отдельном выходе 12, В результате компараторы 2.J, j 2, 3,..,,п группы 2 формируют единичные сигналы на первых выходах и счетчики 3., j 2, 3п

0 группы 3, суммиру  со своим содержимым единицу на входе пр мого счета, устанавп- ваютс  в состо ние 1. На первом и втором информационных входах компаратора 2.1 устанавливаетс  слово, представл ющее

5 выборку XL В результате единичный сигнал формируетс  на втором выходе компаратора 2.1. Второй сумматор 14 формирует число 1, которое по импульсу с выхода 8.1 блока 5 синхронизации в параллельном коде записываетс  в счетчик 3.1 группы 3. При поступлении на информационный вход 28 фильтра выборки Xi , i 2...n, а на вход 29 синхронизации i-ro, 1 2...п, тактового импульса блок 5 синхронизации формирует

5 единичный импульс на выходе 6.1 группы 6 и единичный сигнал длительностью 2т на выходе 7. группы 7. По импульсу на выходе 6.1 выборка Xi записываетс  в регистр l.i блока 1 пам ти. В соответствии с управл ю0 щиМ сигналом-на выходе 7.1 мультиплексор 15 формирует на выходе слово, соответствующее состо нию регистра 1.1. По окончании. записи выборки Xi в регистр 1.i и сн ти  импульса с выхода 6,i блок 5 синхронизации

5 формирует единичные импульсы на выходе 8.1 группы 8 и на третьем отдельном выходе 12. Компараторы 2.J, j 1.,,п, по импульсу с выхода 12 формируют на своих выходах результаты сравнени  выборки Xi , поступающей с выхода мультиплексора 15, с содержанием Xj регистра 1.J, Если Xi Xj, то формируетс  единичный сигнал на первом выходе компаратора 2.j и, поступа  на вход пр мого счета счетчика 3.J, увеличивает его

5 содержимое на +1. Тем самым увеличиваетс  номер статистики дл  выборки Xj, наход щейс  среди множества анализируемых выборок, если эта выборка Xj оказываемс  меньше очередной записываемой выборки Xi, Если дл  некоторого j, j i, окажетс  Xi Xj, то компаратор 2.j формирует единичный сигнал на втором выходе. Ввиду того, что компаратор 2.J сформирует единичный сигнал на втором выходе, В этом случае

5 сумматор 14 сформирует число п; $ i, отражающее номер статистики дл  поступившей выборки Xi. размеща  ее тем самым после всех выборок, превышающих или равных выборке Х, Разрешающим импульсом с выхода 8.1 блока 5 синхронизации число щ в 11прал сльг;ог-: коде записываетс  ij счйгчич 3.1 гругты i;. Сосгго ми очь.чикой 3.J pa3hL-.:e, и iid втором выходе о/дкого и только одного 13 KCf-mapaiopoa ч. сформируетс  ади-ичнь:; СИ1НЯЛ Е оазульта ге по этому ,у .nbт ;1плаксор 1 фор;-1/рует на выходе сло-зо X ;оотс8тст;;;ую;.ч(г состо ник; оэгис-рм 1 .J олока 1 пйм т;., Элемент НЕ 26 по пулевому ма сходе 27 задами реж/;д с цмфрового с|,ипьтрз формирует на зыход з еди| ич:ь|й .1;г1:ал. по -которому опсрывает .-/,. ключ, (,;1С8О X С р 11хода мулI-тиГ;Лбкгюр  1ij. ройд  ключ 2 элемент 24 ИЛИ по::туп;;ет из nep-iba: к- орг/ациоштый в-тщ viv;перг:0со отдел:;|-ого чь;хода 10 блок,Ь :.:::hxpoH .ScVini: у.ч-i с .re ль 20 форгирует :,рок ,,,еде:-п1е YK /лХ -/) .К;(Хк-п-д Хк-пч;Хчч которое nccTViiaer на вьгход 30 цмфрсрого ( Ь: льтра. 3 рр;-киг1е 31.Ч:;слен;1Я с:ольз ш.чгс ч- на входе чддами  ./:а ус гаi -талийзетс  c,-;iis-;ii ;-44i сигма/, ;;о которо а 26 форм.,руйтсй гнал, млоаюмл/й ключ 21. В ре L г; ... Ль-Ч;-т по::/дк(. стика X - R ;Ч: 3 :--(Х;(-1. ч Хг-гм-ч, .. Х;;; ;ui первый Мг;т;ор;,;аии .лччый вход учч:о;: е/1Я 20 но псступ.:,е; и ч:умкц1101-чро;; чнь & счетчиков рунп-ч 2. |1.л1:т;г. iioiT-vnaeT перчч  выбоек- );; их-дсос чхгнплх, X) ,:х вхоч 22 CH;-ixpOHt;3:,iix Ч; мОс ryrjfce i;i:p4c,x:; ;чч.Т1хчй импулкч Ьхо/-: 5 Ci- ixf;oii/;:7x,n/ dx:pr-4.,i:yeT ед-;и;/чн;:;Х хч.-пулы; .-;ч |лч;;:о,:д:1 г2 с i едх1п;1Ч|; |3 4 сгиа.ч дхигi ;чх и:;тгЧч: 2 V на ч ходе 7 ; 7. Ivy; :,т ч .хчксор 15 ПО с:Гч;)х с 1ыход.а 721 ол л 5 ХЧ-ччронпзации ч-чХ.чх LI/X h,4 B4;X,J.;: XXfj (.) COGTBeTCTxyiOL Xe (XjX :x. x 4/i;x . Д yxxx гу.Чг:г:ччтого . ,: 4 ОЧОХП . i4X.XV,X, Гх Х:.;::уЛЬСу с всХХОД-- хХ . СЬ ПЫбООК ; Xi Ч рсх з пмс-; obiXOpKv. формируем .хчигчхч oxi выходе 12 котор1чЧ 5 ;: .())Xx . X с;/и:-ч: XX ч;,1 хг;;/: -/.С1нхронизац; .: i-ro, i 2...n тактового имр льс  блок 6 смнхронизации формирует ;д;-;и 5чнь й мкпульс ма выходе 6.: группы 6 и единич11Ь й сигнзу длительностью 2г на tвь1ходз . группы 7, По ир пульсу на выходе 6,1 выборка Xi записываетс  в регистр 1.1 бтокз 1 пам ти. По сигналу на выходе 7.i олокэ 5 мультиплексора 15 формирует на выходе слово, соотсетствующее состо нию 1ирегистра 1.i блока 1. По окончании записи йыоорк /; Xj в регистр 1.i и сн ти  импульс  с ь;:-ода 6.i блок 5 синхронизации формируОТ вдинмчиый импульс нз отдсльном выходб 12, который поступает на второй управл ю5IIHIK вход сумматора 13. По этому сигналу сумматор 13 сум.мирует слово нз информаii/iOHHOivi входе со своим содержимым. В результате гз сумматоре. 13 окажетс  запмс .чтныг. Z; 7 iXc, i 2...П. Ч/Пои постугшенми на информационный вход 28 фильтра выборки Хк, К а -n+i, i .$: п, а 1.2,..., и на вход 29 синхронизации К-го такТОБОГО лмпульса блок 5 смнхронизации форммрует единичный импульс на выходе 6.1 5ipynnbi 6, на втором отдельном выходе 11 и едиггичный длительностью 2 т на выхсде 7.i группь; 7. i1o импульсу с выхода 6.1 еыборки Хк эаписызаетс  в регистр 1 .i блокз пзм и-к По С1-1Г; алу с выхода 7.1 мульти2плоксор 15 формиоуст на выходе слово, соотватстзующее состо нигО регистра 1.1. В ,ьт5те на (2i - .такте работы цифрочого фильтра нз выходе мультиплексора 15 Аор:-чируетс  слезе Х;;-п. соответствующее .:y содер):(1--ому регистра 1 л, на(2К)-м 1г(те формируете- слово Хк- соответствуючдс;е нопому содер;-;1;х ому регистра 1.i. По ч;лчту;:ьсу с выхода i 1 блока Б синхронизаичх поступающему --la первый управл ю0щхз вход сумматора 13, в сумматоре :;yчJecтБл e1C  сыч;-танме слова на 1 нфорххцмочном входе из содержимого. 3 ре ..т-ютат-е в сум;.ьгоре 13 сформируетс  HC/iC ZK-Г 2к-- - - .2, Хс. К-П + 1 По окончан; -; ,хаписи выборки Хк в ре:-Р Xi и снлт; ч им тульса С выхода 11 и с 0чьч;од  3.1 группы 5 блок 5 синхронизации x opf-r-pveT ед.1:-;.;хнь:е иыпульсь на первом ;0 i; 12 отд5льнь х выходах. По имхм-су с в,,хода 12, 1хзстуг аюидему. нз втоXXX -ч разл юх.;-;й вход сумматора 13, в 2Сч:.ххз10рэ исхч.це Лилйетс  сложение слова ма ;-;чсхормадмо ;;1С х входе с содержимым. К результате к сумматоре 13 форм фуетс 

Единичный сигнал на выходе 27 задани  режима цифрового фильтра открывает ключ 22 и слово ZK с выхода накапливающего сумматора 13 через ключ 22 и элемент 24 ИЛИ поступает на первый информационный вход умножител  20. С выхода блока 19 пам ти коэффициентов на второй информационный вход умножител  20 поступает сло30 1/п. По импульсу с первого отдельного выхода 10 блока 5 синхронизации умножитель 20 формирует на выходе цифрозого фильтра скольз щее среднее

ZK

-.1 V

Хк-сч-1

п т

Claims (1)

1. Формула изобретен и   Цифровой фильтр, содержащий п регистров пам ти (п- - размерность анзлмзируемого окна), сумматор, два мульшплексора, два элемента ИЛИ, умножитель , регистр, элемент НЕ и блок синхронизации , при ем информационный вход фильтра соединен с информационными входами регистров пам ти, выход умножител   зл етс  выходом фильтра, первый информационный вход умножител   вл етс  входом задани  коэффициента усилени  флпьтра, первый выход блока синхронизаЦи:и подключен а тактовому входу умножител , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него введены две группы из п компараторов, группа из п реверсивных счетчиков, два ключа, блок ключей, накапливаьощий сумматор и третай мультиплексор, причем выход J-ro Q 1,п) регистра пам ти подключен к j-м информационным входам первого и второго мультиплексоров и к первому информационному входу -го компаратора первой группы, выход первого мультиплексора соединен с вторыми информационными входами компараторов первой группы и с информационным входом накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом первого ключа, выход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму информационному входу умножител , выход второго мультиплексора соединен с информационным входом второго ключа.

   выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход Больше j-ro компаратора первой группы подключен к суммирующему входу j-ro реверсивного

   четчика группы, выход которого соединен с первым информационным входом j-ro компаратора второй группы и cJ-M информационным входом третьего мультиплексора, выход которого подключен к первому входу

   второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторыми информационными входами компараторов второй группы, выход Меньше -го компаратора второй группы подключен к j-му информационному входу

   блока ключей группы, j-й выход которого подключен k вычитающему входу j-ro реверсивного счетчика группы, выход Меньшеравно j-ro компаратора первой группы соединен с j-м входом сумматора, выход которого соединен с установочными входами реверсивных счетчиков группы, выход Равно j-ro компаратора второй группы соединен с входом j-ro разр да адресного входа второго мультиплексора,тактовый вход блока синхронизации  вл етс  входом синхронизации фильтра, j-й выход первой группы выходов блока синхронизации подключен к тактовому входу j-ro регистра пам ти, j-й выход второй группы выходов блока синхронизации соединен с -м разр дом адресного входа первого мультиплексора, j-й выход третьей группы выходов блока синхрониза-. ции соединен с тактовым входом j-ro реверсивного счетчика группы, j-й выход

   четвертой группы выходов блока синхронизации соединен с j-м разр дом адресного входа третьего мультиплексора, второй выход блока синхронизации соединен с входом установки в исходное состо ние

   накапливающего сумматора и с управл ющим входом блока ключей, третий выход блока синхронизации подключен к тактовым входам накапливающего сумматора и компараторов первой группы, вход задани 

   режима работы фильтра соединен с управл ющим входом первого ключа и через элемент НЕ - с управл ющим входом второго ключа, первый выход блока синхронизации соединен с тактовым входом регистра, йнформационный вход которого  вл етс  входом задани  номера статистики фильтра, выход регистра подключен к второму входу второго .элемента ИЛИ.