RU2024183C1 - Digital filter - Google Patents

Digital filter

Info

Publication number
RU2024183C1
RU2024183C1 SU4847143A RU2024183C1 RU 2024183 C1 RU2024183 C1 RU 2024183C1 SU 4847143 A SU4847143 A SU 4847143A RU 2024183 C1 RU2024183 C1 RU 2024183C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
address
memory
read
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Б. Бакеев
С.Н. Елисеев
С.Д. Лютов
Е.А. Муштаков
В.В. Шайхутдинов
Original Assignee
Бакеев Владимир Борисович
Елисеев Сергей Николаевич
Лютов Станислав Дмитриевич
Муштаков Евгений Алексеевич
Шайхутдинов Валерий Васильевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бакеев Владимир Борисович, Елисеев Сергей Николаевич, Лютов Станислав Дмитриевич, Муштаков Евгений Алексеевич, Шайхутдинов Валерий Васильевич filed Critical Бакеев Владимир Борисович
Priority to SU4847143 priority Critical patent/RU2024183C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2024183C1 publication Critical patent/RU2024183C1/en

Links

Landscapes

  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

FIELD: computer engineering. SUBSTANCE: known device having first address counter 6, second address counter 10, and third address counter 11 whose address inputs are connected to outputs of reference generator 7 and outputs of first and second address counters are connected, respectively, to first and second address inputs of first read-only storage unit 8, and also input register 3 whose data input functions as digital filter input, output of device being output of output register 2, is provided in addition with second read-only storage unit 9, main storage 4, and multiplying accumulator 1, all inserted between output of third address counter 11 and data input of output register 2, as well as ratio storage unit 5 connected between output of third address counter and data input of multiplying accumulator 1, its other address input being combined with other address input of second read-only storage unit 9 and with first address input of first read-only storage unit 8 whose control output is connected with control inputs of main storage, input and output registers, and multiplying accumulator and its address input is connected to other address input of main storage; output of multiplying accumulator 1 is combined with output of input register 3 and with main storage input/output. EFFECT: improved speed. 1 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов. The invention relates to computer technology and can be used in digital signal processing systems.

Известно устройство, предназначенное для выполнения цифровой фильтрации, содержащее формирователь импульсов, адресный счетчик, блок памяти рангов коэффициентов отсчетов, мультиплексор, блок синхронизации. Фильтрация сигналов производится по формуле свертки [1]. A device is known for performing digital filtering, comprising a pulse shaper, an address counter, a memory block of ranks of sample coefficients, a multiplexer, a synchronization block. Filtering the signals is carried out according to the convolution formula [1].

Это устройство обладает узким кругом функциональных возможностей, низкой степенью унификации, значительными аппаратными затратами. This device has a narrow range of functionality, a low degree of unification, significant hardware costs.

Известно также устройство, предназначенное для выполнения цифровой фильтрации, содержащее входной и выходной регистры, адресные счетчики, опорный генератор, постоянное запоминающее устройство, микропроцессорные секции со схемой ускоренного переноса [2]. Also known is a device designed to perform digital filtering, containing input and output registers, address counters, a reference generator, read-only memory, microprocessor sections with an accelerated transfer circuit [2].

Это устройство обладает широким кругом функциональных возможностей и высокой степенью унификации. This device has a wide range of functionality and a high degree of unification.

Процесс перестройки и адаптации алгоритма вычислений под конкретный алгоритм ЦОС в этом устройстве обеспечивается посредством соответствующих изменений программы, не затрагивающих схемы соединений и структуры процессора в целом. Однако данное устройство обладает низким быстродействием, что обусловлено программной, а не аппаратной реализацией процедуры вычислений. Любая операция в таком процессоре требует несколько микрокоманд, каждая из которых представляет собой элементарные логические операции, операции сдвига, извлечения из памяти, пересылки и т.д. ПЗУ микрокоманд содержит как адрес того, где находятся операнды, так и информацию о том, какие операции нужно с ними произвести. Следовательно вычисление одного отсчета, например, по формуле свертки может потребовать выполнения от нескольких десятков до нескольких сотен микрокоманд. Достижимая частота дискретизации у данного устройства составляет порядка единиц килогерц при порядке НЦФ десятки. The process of restructuring and adapting the calculation algorithm to a specific DSP algorithm in this device is ensured by appropriate program changes that do not affect the connection diagrams and the structure of the processor as a whole. However, this device has a low speed, which is due to the software, and not the hardware implementation of the calculation procedure. Any operation in such a processor requires several microcommands, each of which represents elementary logical operations, shift operations, memory retrieval, transfer, etc. The micro-ROM ROM contains both the address of where the operands are, and information about what operations you need to perform with them. Therefore, the calculation of a single sample, for example, according to the convolution formula, may require the execution of several tens to several hundred microcommands. The achievable sampling rate for this device is on the order of units of kilohertz with dozens of NFCs.

Цель изобретения - повышение быстродействия. The purpose of the invention is improving performance.

Это достигается тем, что в устройство цифровой фильтрации, содержащее первый, второй и третий адресные счетчики, адресные входы которого подключены к выходам опорного генератора, а выходы первого и второго из которых подключены соответственно к первому и второму адресным входам первого блока постоянной памяти, а также входной регистр, информационный вход которого является входом устройства цифровой фильтрации, выходом которого является выход выходного регистра, между выходом третьего адресного счетчика и информационным входом выходного регистра включены последовательно второй блок постоянной памяти, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и умножитель-накопитель, между выходом третьего адресного счетчика и информационным входом умножителя-накопителя включен блок памяти коэффициентов, другой адресный вход которого объединен с другим адресным входом второго блока постоянной памяти и с первым адресным входом первого блока постоянной памяти, управляющий выход которого соединен с управляющими входами ОЗУ, входного и выходного регистров и умножителя-накопителя, а адресный выход - с другим адресным входом ОЗУ, при этом выход умножителя-накопителя объединен с выходом входного регистра и входом-выходом ОЗУ. This is achieved by the fact that in the digital filtering device containing the first, second and third address counters, the address inputs of which are connected to the outputs of the reference generator, and the outputs of the first and second of which are connected respectively to the first and second address inputs of the first block of read-only memory, and an input register, the information input of which is the input of a digital filtering device, the output of which is the output of the output register, between the output of the third address counter and the information input of the output In the second register, a second read-only memory unit, random access memory (RAM) and a storage multiplier are connected in series, a coefficient memory unit is connected between the output of the third address counter and the information input of the storage multiplier, another address input of which is combined with another address input of the second read-only memory unit and with the first address input of the first block of read-only memory, the control output of which is connected to the control inputs of RAM, input and output registers and the storage multiplier, and address output - with another address input of RAM, while the output of the storage multiplier is combined with the output of the input register and the input-output of RAM.

Предлагаемое устройство содержит минимальное число типов элементов: адресные счетчик, оперативно запоминающее устройство (ОЗУ), блоки памяти адреса ОЗУ, памяти коэффициентов, реализованные на постоянных программируемых запоминающих устройствах (ППЗУ), умножитель-накопитель, регистр, предусматривает возможность реализации при помощи такого устройства различных устройств цифровой обработки, например нерекурсивного цифрового фильтра (НФЦ), рекурсивного цифрового фильтра (РЦФ), каскадного включения фильтров, систем ступенчатого преобразования частоты дискретизации, многоканального цифрового фильтра, дискретных преобразователей Фурье и обеспечивает высокое быстродействие. The proposed device contains a minimum number of types of elements: address counter, random access memory (RAM), memory blocks of RAM address, coefficient memory implemented on read-only programmable memory devices (ROM), multiplier-drive, register, provides for the possibility of using various such devices digital processing devices, for example, a non-recursive digital filter (NFC), a recursive digital filter (RCF), cascading filters, step-by-step conversion systems sampling frequency, multichannel digital filter, discrete Fourier converters and provides high performance.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от известного тем, что между выходом третьего адресного счетчика и информационным входом выходного регистра включены последовательно второй блок постоянной памяти ОЗУ и умножитель-накопитель, а между выходом третьего адресного счетчика и информационным входом умножителя-накопителя включен блок памяти коэффициентов. A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed device differs from the known one in that between the output of the third address counter and the information input of the output register, the second RAM unit and the storage multiplier are connected in series, and between the output of the third address counter and the information input of the multiplier drive included block memory coefficients.

Таким образом, предложенное устройство соответствует критерию изобретения "новизна". При анализе известных и заявляемого устройств установлено, что у заявляемого устройства появляются свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, поэтому оно обладает существенными отличиями. Thus, the proposed device meets the criteria of the invention of "novelty." When analyzing the known and claimed devices, it was found that the claimed device has properties that do not coincide with the properties of known solutions, therefore, it has significant differences.

На чертеже изображена функциональная схема устройства. The drawing shows a functional diagram of the device.

Устройство цифровой обработки сигналов содержит умножитель-накопитель 1, выход которого подключен к входу выходного регистра 2, к выходу входного регистра 3, к входу-выходу оперативно-запоминающего устройства отсчетов входного сигнала ОЗУ и к первому информационному входу умножителя-накопителя 1, второй информационный вход которого соединен с выходом блока 5 памяти коэффициентов, реализованного на ППЗУ, группы адресных входов которого соединены с выходами адресного счетчика 6, вход которого соединен с выходом опорного генератора 7, первый и второй блоки 8, 9 постоянной памяти, реализованные на ППЗУ, адресные выходы которых подключены к адресным входам оперативно запоминающего устройства отсчетов входного сигнала, а управляющие выходы первого блока 8 постоянной памяти соединены с входами управления оперативно-запоминающего устройства 4, входного и выходного регистров 3, 2, умножителя-накопителя 1, первая группа адресных входов первого блока 8 постоянной памяти соединена с выходами первого адресного счетчика 6 и с первой группой адресных входов второго блока 9 постоянной памяти, вторая группа адресных входов первого блока 8 постоянной памяти соединена с выходами второго адресного счетчика 10, вход которого соединен с вторым выходом опорного генератора 7, вторые группы адресных входов второго блока 9 постоянной памяти и блока 5 памяти коэффициентов подключены к адресным выходам третьего адресного счетчика 11, вход которого соединен с третьим выходом опорного генератора 7. The digital signal processing device comprises a storage multiplier 1, the output of which is connected to the input of the output register 2, to the output of the input register 3, to the input-output of the random access memory of the samples of the input signal of the RAM and to the first information input of the multiplier-drive 1, the second information input which is connected to the output of the coefficient memory unit 5 implemented on the EEPROM, the group of address inputs of which are connected to the outputs of the address counter 6, the input of which is connected to the output of the reference generator 7, first the second and second blocks 8, 9 of permanent memory implemented on the ROM, the address outputs of which are connected to the address inputs of the random access memory of the samples of the input signal, and the control outputs of the first block 8 of constant memory are connected to the control inputs of the random access memory 4, input and output registers 3, 2, of the storage multiplier 1, the first group of address inputs of the first block 8 of constant memory is connected to the outputs of the first address counter 6 and with the first group of address inputs of the second block 9 of constant memory hi, the second group of address inputs of the first block 8 of constant memory is connected to the outputs of the second address counter 10, the input of which is connected to the second output of the reference generator 7, the second group of address inputs of the second block 9 of constant memory and block 5 of the coefficient memory are connected to the address outputs of the third address counter 11, the input of which is connected to the third output of the reference generator 7.

Описание работы устройства. Description of the operation of the device.

Организация адресации ячеек ОЗУ 4 и ППЗУ 5, 8, 9 коэффициентов алгоритма обработки при реализации свертки вида
Yj=

Figure 00000002
hix(t-i), (1) где hi - коэффициенты импульсной характеристики (КИХ);
x(t-i) - отсчеты входного сигнала, осуществляется посредством сдвига адреса ячеек ОЗУ 4 входных отсчетов относительно адреса ППЗУ коэффициентов 5 ИХ (КИХ) синхронно с вычислением каждого выходного отсчета. Адрес ОЗУ 4 линии задержки и ППЗУ 5 КИХ задается счетчиком 6, коэффициент пересчета (число состояний) которого К1 выбирается из условия К1 ≥N. Один полный цикл работы счетчика 6 соответствует вычислению одного отсчета сигнала Yj. Коды состояний счетчика 10 разбивают адресное пространство ПЗУ 8 на К2сектора, где К2 ≥N - коэффициент пересчета счетчика 10. В каждом секторе записываются последовательности адресов ОЗУ, причем к-я последовательность адресов, соответствующая к-му состоянию счетчика 10 (К=0, К2-1), отличается от (К-1)-й последовательности циклическим сдвигом элементов (адресов ОЗУ) на одну позицию. Таким образом, смена состояния счетчика 10, происходящая после вычисления каждого отсчета сигнала Yj, вызывает циклическое смещение адресов ячеек ОЗУ относительно адресов ячеек ПЗУ коэффициентов (смещение сигнала в линии задержки), обеспечивая тем самым выполнение операции свертки.Organization of addressing RAM cells 4 and ROM 5, 8, 9 coefficients of the processing algorithm when implementing convolution of the form
Y j =
Figure 00000002
h i x (ti), (1) where h i are the impulse response coefficients (FIR);
x (ti) - samples of the input signal, carried out by shifting the address of the RAM cells 4 input samples relative to the address of the ROM coefficients 5 of them (FIR) synchronously with the calculation of each output sample. The address of the RAM 4 of the delay line and the ROM 5 of the FIR is set by the counter 6, the conversion factor (number of states) of which K 1 is selected from the condition K 1 ≥N. One full cycle of the counter 6 corresponds to the calculation of a single sample signal Y j . The status codes of counter 10 divide the address space of ROM 8 into K 2 sectors, where K 2 ≥N is the conversion factor of counter 10. In each sector, sequences of RAM addresses are written, and the k-th address sequence corresponding to the k-th state of counter 10 (K = 0, K2-1), differs from the (K-1) -th sequence by a cyclic shift of elements (RAM addresses) by one position. Thus, the change of state of the counter 10, which occurs after calculating each sample of the signal Yj, causes a cyclic shift of the addresses of the RAM cells relative to the addresses of the cells of the ROM coefficients (signal shift in the delay line), thereby ensuring the convolution operation.

При реализации многоканальных (n-канальных) устройств, устройств с параллельным включением и рекурсивных или нерекурсивных цифровых фильтров, а также при выполнении преобразований, требующих многократного выполнения однотипных операций, используются счетчик 11 с коэффициентом пересчета n, и второй блок постоянной памяти 9, посредством которых поле адресов ОЗУ разбивается на n "страниц", смена которых производится при изменении состояния счетчика 11, осуществляемого при переходе от одного из параллельных устройств к другому или при переходе от одной однотипной операции к следующей. При этом на счетный вход счетчика 6 от опорного генератора поступает последовательность импульсов с частотой F, определяемой сложностью реализуемых устройств (например, фильтров) и предельным быстродействием блоков, входящих в состав устройства, прежде всего временем умножения УН1. На счетный вход счетчика 11 поступает последовательность импульсов с частотой F/К1, на вход счетчика 10 - с частотой F/К1 ˙n.When implementing multi-channel (n-channel) devices, devices with parallel connection and recursive or non-recursive digital filters, as well as when performing transformations that require multiple operations of the same type, a counter 11 with a conversion factor n and a second read-only memory block 9 are used, by means of which the RAM address field is divided into n "pages", the change of which is done when the state of the counter 11 changes when moving from one of the parallel devices to another or when changing e from one operation of the same type to the next. In this case, a pulse sequence with a frequency F, determined by the complexity of the devices (for example, filters) and the maximum speed of the units included in the device, primarily the time of multiplication of UN1, is supplied to the counting input of the counter 6 from the reference generator. A sequence of pulses with a frequency of F / K 1 is supplied to the counting input of the counter 11, and a frequency of F / K 1 ˙n is supplied to the input of the counter 10.

При реализации каскадного включения ЦФ на данном устройстве, например, для случая ступенчатого преобразования частоты дискретизации достаточно соответствующим образом изменить программу ППЗУ 8, 9 адреса ОЗУ 4 ЛЗ и задать новый кратный периоду отдельных звеньев период обновления адреса ОЗУ 4 с помощью счетчика 11. When cascading the DF on this device is implemented, for example, for the case of stepwise conversion of the sampling frequency, it is sufficient to appropriately change the program ROM 8, 9 of the RAM address 4 LZ and set a new multiple of the period of individual links update period of the RAM address 4 using counter 11.

Посредством изменения программы ППЗУ 8 и 9 осуществляется реализация рекурсивных алгоритмов ЦОС. Управление режимом работы умножителя-накопителя 1, его тристабильным выходным каскадом, а также ОЗУ и входным и выходным регистрами осуществляется также с помощью ППЗУ 8, куда для этих целей записывается управляющая программа. By changing the program EEPROM 8 and 9, recursive DSP algorithms are implemented. The operation mode of the multiplier-accumulator 1, its tristable output stage, as well as RAM and input and output registers are also controlled by the ROM 8, where the control program is written for these purposes.

Высокое быстродействие в предлагаемой структуре обеспечивается за счет аппаратной реализации основной процедуры ЦОС умножения с накоплением с помощью умножителя-накопителя УН1 и возможности организации конвейерного режима работы. При этом в ПЗУ 5 хранятся коэффициенты обработки (например КИХ), а в ПЗУ 8, 9 - непосредственно адрес ячеек ОЗУ 4, памяти входных отсчетов обрабатываемого сигнала при реализации НЦФ, а также и выходных отсчетов для РЦФ или промежуточных результатов при реализации других алгоритмов ЦОС. High performance in the proposed structure is ensured by the hardware implementation of the basic DSP multiplication with accumulation using the multiplier-accumulator UN1 and the possibility of organizing a conveyor mode of operation. At the same time, processing coefficients are stored in ROM 5 (for example, FIR), and in ROM 8, 9 there is directly the address of RAM cells 4, the memory of the input samples of the processed signal when implementing the NCF, as well as the output samples for the RCF or intermediate results when implementing other DSP algorithms .

Конвейерный режим работы организуется посредством одновременного формирования адреса ОЗУ, выборки требуемого отсчета из ОЗУ и коэффициента обработки из ПЗУ, а также выполнения операции алгоритма ЦОС. The conveyor mode of operation is organized by simultaneously generating the RAM address, fetching the required sample from the RAM and the processing coefficient from the ROM, and also performing the operation of the DSP algorithm.

Так, например, при реализации НЦФ порядка N по выражению (1) максимально возможная частота дискретизации фильтра равна
Fд=

Figure 00000003
=
Figure 00000004
или для случая многоканального режима работы
Fд=
Figure 00000005
=
Figure 00000006
где tзад - большее из времен формирования адреса ОЗУ, формирования адреса ПЗУ КИХ, выборки содержимого ОЗУ, одного умножения с накоплением;
tRg - время записи в выходной регистр.So, for example, when implementing a NFC of order N by expression (1), the maximum possible filter sampling frequency is
F d =
Figure 00000003
=
Figure 00000004
or for the case of multi-channel operation
F d =
Figure 00000005
=
Figure 00000006
where t ass is the larger of the times the RAM address is formed, the FIR ROM address is generated, the RAM contents are sampled, one multiplication with accumulation;
t Rg is the time of writing to the output register.

Реально tзад определяется временем умножения с накоплением. Достижимые частоты дискретизации при этом составляют порядка сотен килогерц при порядках НЦФ десятки.Actually, t ass is determined by the time of multiplication with accumulation. The achievable sampling frequencies in this case are of the order of hundreds of kilohertz for dozens of NFCs.

Предложенное устройство цифровой фильтрации позволяет по сравнению с прототипом повысить быстродействие устройства. The proposed digital filtering device allows, in comparison with the prototype, to increase the speed of the device.

Claims (1)

ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий первый, второй и третий адресные счетчики, адресные входы которых подключены к выходам опорного генератора, а выходы первого и второго счетчиков - соответственно к первому и второму адресным входам первого блока постоянной памяти, а также входной регистр, информационный вход которого является входом цифрового фильтра, выходом которого является выход выходного регистра, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, между выходом третьего адресного счетчика и информационным входом выходного регистра включены последовательно второй блок постоянной памяти, оперативной запоминающее устройство и умножитель-накопитель, между выходом третьего адресного счетчика и информационным входом умножителя-накопителя включен блок памяти коэффициентов, другой адресный вход которого объединен с другим адресным входом второго блока постоянной памяти и с первым адресным входом первого блока постоянной памяти, управляющий выход которого соединен с управляющими входами оперативного запоминающего устройства, входного и выходного регистров и умножителя-накопителя, а адресный выход - с другим адресным входом оперативного запоминающего устройства, при этом выход умножителя-накопителя объединен с выходом входного регистра и входом-выходом оперативного запоминающего устройства. DIGITAL FILTER containing the first, second and third address counters, the address inputs of which are connected to the outputs of the reference generator, and the outputs of the first and second counters, respectively, to the first and second address inputs of the first block of read-only memory, as well as an input register, the information input of which is an input digital filter, the output of which is the output of the output register, characterized in that, in order to improve performance, between the output of the third address counter and the information input of the output register and a second block of read-only memory, random-access memory and a storage multiplier are connected in series, between the output of the third address counter and the information input of the storage multiplier, a coefficient memory unit is included, the other address input of which is combined with another address input of the second read-only memory block and with the first address input the first block of read-only memory, the control output of which is connected to the control inputs of random access memory, input and output registers, and intelligently Ithel storage, and an address output - to another address input of the random access memory, the output of multiplier-accumulator is combined with the output of the input register and input-output of a random access memory.
SU4847143 1990-07-02 1990-07-02 Digital filter RU2024183C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4847143 RU2024183C1 (en) 1990-07-02 1990-07-02 Digital filter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4847143 RU2024183C1 (en) 1990-07-02 1990-07-02 Digital filter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2024183C1 true RU2024183C1 (en) 1994-11-30

Family

ID=21525304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4847143 RU2024183C1 (en) 1990-07-02 1990-07-02 Digital filter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2024183C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 904201, кл. H 03H 18/04, 1980. *
2. Рекурсивные фильтры на микропроцессорах. Под ред. А.Г.Остапенко. М.: Радио и связь, 1988, с.64-65, рис.3.1. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0022302B1 (en) Decimation, linear phase, digital fir filter
US3900721A (en) Serial-access linear transform
US4057756A (en) Signal processors
AU689439B2 (en) Digital filter having high accuracy and efficiency
US5262972A (en) Multichannel digital filter apparatus and method
US4766561A (en) Method and apparatus for implementing multiple filters with shared components
EP0373468B1 (en) A pipelined processor for implementing the least-mean-squares algorithm
US5805479A (en) Apparatus and method for filtering digital signals
US5710729A (en) Filtering method and digital over sampler filter with a finite impulse response having a simplified control unit
JPS6336572B2 (en)
RU2024183C1 (en) Digital filter
US4313195A (en) Reduced sample rate data acquisition system
CA1192315A (en) Systolic computational array
Pelkowitz Frequency domain analysis of wraparound error in fast convolution algorithms
RU2460130C1 (en) Method for digital recursive band-pass filtering and digital filter for realising said method
JPH0767063B2 (en) Digital signal processing circuit
US5148384A (en) Signal processing integrated circuit
SU877787A1 (en) Programme-controlled digital filter
SU1146798A1 (en) Digital filter
RU2097828C1 (en) Programmable digital filter
SU1621045A1 (en) Device for digital filtering
JP2622962B2 (en) Zooming device for FFT analyzer
SU674033A1 (en) Digital band-pass filter with finite duration function
JP2000124773A (en) Digital filter
SU1697086A1 (en) Device for computing fast fourier transformation