SU1146798A1 - Цифровой фильтр - Google Patents

Abstract

1. ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий первый накапливающий сумматор, первый блок пам ти, блок синхронизации и последовательно соединенные первый регистр сдвига, первый мультиплексор и второй накапливающий сумматор, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  быстродействи , в него введены последовательно соединенные и включенные между выходами второго и входами первого накапливающих сумматоров первый блок элементов И, второй регистр сдвига, второй блок элементов И, второй блок пам ти и второй мультиплексор , вторые информационные входы которого подключены к выходам первого блока пам ти , вторые информационные входы первого мультиплексора объединены с его п рвыми информационными входами, причем информационный вход, соответствующий i-му (i 1,2, ...,п) разр ду первых информационных входов, соединен с информационным вхо дом, соответствующим (i-Ь 1)-му разр ду вторых информационных входов, первый информационный вход которого, соответствующий младшему разр ду, соединен с общей щиной, информационные входы первого блока пам ти соединены с выходами первого блока элементов И, с первого по шестой выходы блока синхронизации подключены к входу управлени  первого мультиплексора , к входу управлени  второго накапливающего сумматора, к объединенным входам управлени  первого блока элементов И и первого блока пам ти, к входу управлени  второго регистра сдвига, к объединенным входам управлени  второго блока элементов И и второго блока пам ти и к входу управлени  второго мультиплексора соответственно , при этом входь первого регистра сдвига  вл ютс  входами, а выходы перkn вого накапливающего сумматора - выходами цифрового фильтра. 2. Фильтр по п. 1, отличающийс  тем, что блок синхронизации содержит генератор импульсов, первый и второй таймеры, первый , второй, третий и четвертый делители частоты, входы которых соединены с выхо- , дом генератора импульсов, выхрй первого делител  частоты  вл етс  первьш выходом блока синхронизации, выход .второго делиО5 тел  частоты подключен к входам первого и второго таймеров и  вл етс  вторым выхо ;о дом блока синхронизации, а выходы перво00 го , третьего делител  частоты, второго таймера и четвертого делител  частоты  вл ютс  третьим, четвертым, п тым и щестым выходами блока синхронизации соответственно .

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике и может быть использовано в системах цифровой обработки информации. Известен цифровой фильтр, содержащийнакапливающий сумматор, ВЬЕХОД которого  вл етс  выходом цифрового фильтра, последовательно соединенные и подключенные к входу цифрового фильтра первые регистры сдвига, между выходами которых и первыми входами накапливающего сумматора включены первые блоки пам ти, последовательно соединенные и подключенные к выходу накапливающего сумматора, вторые регистры сдвига, между выходами которых и вторыми входами накапливающего сумматора включены вторые блоки пам ти 1. Недостатком этого цифрового фильтра Явл етс  большой требуемый объем пам ти каждого блока пам ти. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные формирователь импульсов, адресньш счетчик, первый блок пам ти, второй регистр сдвига, умножитель, первый накапливающий сумматор, выход которого  вл етс  выходом цифрового фильтра, последовательно соединенные второй блок пам ти, комбинационный сумматор, третий блок пам ти , первый регистр сдвига, мультиплексор и второй накапливающий сумматор, вход управлени  которого подключен к выходу формировател  импульсов, а выход соединен с другим входом умножител , а также дещифратор, вход которого подключен к первому выходу второго блока пам ти, а выход соединен с входами управлени  третьего блока пам ти и мультиплексора, вторые информационные входы которых Ъбъединены и  вл ютс  входом цифрового фильтра, блок синхронизации, первый выход которого через первый адресный счетчик подключен к второму информационному входу комбинационного сумматора, второй выход блока синхронизации через второй адресный счетчик соединен с входом второго блока пам ти , второй выход которого подключен к входу формировател  импульсов 2. Однако известный цифровой фильтр обладает недостаточно высоким быстродействием . Цель изобретени  - повыщение быстродействи  цифрового, фильтра. Цель достигаетс  тем, что в цифровой фильтр, содержащий первый накапливающий сумматор, первый блок пам ти, блок, синхронизации и последовательно соединенные первый регистра сдвига, первый мультиплексор и второй накапливающий сумматор, введены последовательно соединенные и включенные между выходами второго и входами первого накапливающих сумматоров первый блок элементов И, второй регистр сдвига, второй блок элементов И, второй блок пам ти и второй мультиплексор, вторые информационные . входы которого подключены к выходам первого блока пам ти,-вторые информационные входы первого мультиплексора объединены с его первыми информационными входами, причем информационный вход, соответствующий i-му (i 1, 2,..., п) разр ду первых информационных входов, соединен с информационным входом, соответствующим (i + 1)-му разр ду вторых информационных входов, первый -информационный вход которого, соответствующий младщему разр ду, соединен с общей щиной, информационные входы первого блока пам ти соединены с выходами первого блока элементов И, с первого по шестой выходы блока синхронизации подключены к входу управлени  первого мультиплексора, к входу управлени  второго накапливающего сумматора, к объединенным входам управлени  первого блока элементов И и первого блока пам ти, к входу управлени   второго регистра сдвига, к объединенным входам управлени  второго блока элементов И и второго блока пам ти и к входу управлени  второго мультиплексора соответственно, при этом входы первого регистра сдвига  вл ютс  входами, а В1|1ходы первого накапливающего сумматора - выходами цифрового фильтра. Блок синхронизации содержит генератор импульсов, первый и второй таймеры, первый , второй, третий и четвертый делители частоты, входы которых соединены с выходом генератора импульсов, выход первого делител  частоты  вл етс  первым выходом блока синхронизации, выход второго делител  частоты подключен к входам первого и второго таймеров и  вл етс  вторым выходом -блока синхронизации, а выходы первого таймера, третьего делител  частоты, второго таймера и четвертого делител  частоты  вл ютс  третьим, четвертым, п тым и щестым выходами блока синхронизации соответственно . На фиг. 1 приведена структурна  электрическа  схема цифрового фильтра; на фиг. 2 - диаграмма, по сн юща  его работу. Цифровой фильтр содержит первый регистр 1 сдвига, первый мультиплексор 2, второй накапливающий сумматор 3, первый блок 4 элементов И, второй регистр 5 сдвига , второй блок 6 элементов И, второй блок 7 пам ти, второй мультиплексор 8, первый накапливающий сумматор 9, первый блок 10 пам ти, блок 11 синхронизации, который состоит из генератора 12 импульсов , первого и второго таймеров 13 и 14, первого, второго, третьего и четвертого делителей 15-18 частоты. Цифровой фильтр работает следующим образом. Текуща  входна  выборка сигнала в виде цифрового параллельного кода поступает на вхоД регистра 1 сдвига, где она запоминаетс  до прихода следующей выборки. За врем  at дискретизации входного фильтрируемого процесса в цифровом фильтре осуществл етс  формирование произведений входной выборки на все возможные значени  коэффициентов. В общем случае значени  коэффициентов можно представить в виде р да натуральных чисел от О до Q, где Q 2 , а q - разр дность кода представлени  коэффициентов. Произведени  формируютс  косвенно, т.е. не непосредственно путем умножени  кода входной выборки на коды коэффициентов.

Произведени  кода входной выборки на нечетные коэффициенты формируютс  во втором Накапливающем сумматоре 3 путем потактного прибавлени  к коду выборки удвоенного значени  кода, поступающего во второй накапливающий сумматор 3 через второй информационный вход первого мультиплексора 2. В результате во втором накапливающем сумматоре 3 образуютс  коды: после поступлени  кода входной выборки - код соответствующий парному произведению входной выборки на коэффициент 1, после суммировани  данного кода с удвоенным значением кода входной выборки - код соответствующий парному произведению входной выборки на коэффициент 3 и т.д. Таким образом, половина парных произведений получаетс  путём выполнени  такого же количества более простых и более .быстродействующих операций суммировани  во втором накапливающем сумматоре 3. Коды парных произведений по мере их формировани  поступают с выхода второго накапливающего сумматора 3 через первый блок 4 элементов И в первый блок 10 пам ти дл  запоминани  произведений кода входной выборки на нечетные коэффициенты и на информационный вход второго регистра 5 сдвига. Код, поступивший на параллельный информационный вход второго регистра 5 сдвига потактно сдвигаетс  по разр дной сетке, т.е. с каждым тактом осуществл етс  сдвиг кода, который можно интерпретировать , -как выполнение операции умножени  на число 2, где j - число тактов сдвига. На фиг. 2 представлена последовательность формировани  парных произведений входной выборки Xi на коэффициент фильтрации. Втора  половина парных произведений получаетс  путем выполнени  операций сдвига кодов по разр дной сетке второго регистра 5 сдвига. При этом операции , выполн емые на втором накапливающем сумматоре 3 и во втором регистре 5. сдвига, могут выполн тьс  одновременно. С выхода второго регистра 5 сдвига код чисел , соответствующих парным, произведени  м кода выборки на четные коэффициенты, записываетс  через второй блок 6 элементов И во второй блок 7 пам ти. В первом

и втором блоках 10 и 7 пам ти -накаплива .ютс  парные произведени  входных выборок на коэффициенты фильтрации. При помощи блока 11 синхронизации осуществл етс  считывание парных произведений из первого и второго блоков 10 и 7 пам ти через второй мультиплексор 8 в первый накапливающий сумматор 9, в котором осуществл етс  суммирование парных произведений дл  получени  очередного отсчета свертки . Дл  повторной фильтрации одной и той же реализации входного сигнала не требуетс  выполнение дополнительных операций умножени , необходимо лищь изменить при помощи первого и второго таймеров 13 и 14 режимы управлени  первым и вторым блокамй 10 и 7 пам ти.

Первый и второй таймеры 13 и 14 осуществл ют также согласование во времени процедур вычислени  (формировани ) парных произведений и перезаписи парных произведений из второго накапливающего сумматора 3 во второй регистр сдвига 5.

В известном фильтре повыщение быстродействи  достигаетс  лищь за счет того, что устран етс  избыточность при повторных умножени х одного значении выборки (числа) на одинаковые значению коэффициенты , то в предлагаемом устройстве повыщение быстродействи  достигаетс  и за счет устранени  избыточности при выполнении операции умножени  - произведение, полученное в предыдущем такте, используетс  как исходное число дл  формировани  произведени  в насто щем такте. Кроме того , предусматриваетс  возможность одновременного формировани  двух произведений (произведени  на нечетный и четный коэффициенты ).

На формирование N произведений входного отсчета на массив коэффициентов требуетс 

NtyM 0,5Nt5,-f 0,5NtcR, где iytt - врем , требуемое на выполнение операции умножени ;

ts -врем , требуемое на выполнение

операции суммировани ; tcfl.- врем , требуемое на выполнение

операции сдвига

при последовательном формировании произведений , а при параллельном

NtvH - 0,5N (ty,,, или в среднем на одну операцию умножени 

ty 0,5(t +tejt) И

tyM 0,5 max {ty,,, tcgjl

соответственно.

Практически, как показали испытани , среднее врем  на выполнение операции умножени  определ етс 

0,5 (tg+ tce),5max{t,t

Таким образом, по сравнению с известным фильтром операции умножени  (как наиболее трудоемкие) замен ютс  в два раза меньшим количеством более быстродействующих операций суммировани  и таким же количеством сверхбыстродействующих (особенно при использовании приборов с зар довой св зью) операций сдвига по разр дной сетке. Кроме того, устройство позвол ет совмещать во времени выполнение этих операций. При использовании данного устройства в системах многоканальной фильтрации , получаемые устройством коды путем соответствующих накоплений можно использовать дл  осуществлени  многополосовой

фильтрации. Промежуточные результаты с выхода фильтра могут регистрироватьс  в любых устройствах пам ти с произвольным доступом к информации. Дополнительна  эффективность от использовани  в многоканальных устройствах фильтрации пр мо пропорциональна количеству каналов.

Использование предлагаемого устройства позвол ет существенно повысить быстродействие цифровых фильтров без ограничени , накладываемого на вид частотной характеристики .

l.

bi

hi

Ihi

I

f

5Xi ... (K-;;Xt .

гЧх..- zfe-i xt..

2-5Щ.. Z4lK-i))(L..

/5xt...2(.-.

.2

Claims (2)

1. ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий первый накапливающий сумматор, первый блок памяти, блок синхронизации и последовательно соединенные первый регистр сдвига, первый мультиплексор и второй накапливающий сумматор, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия, в него введены последовательно соединенные и включенные между выходами второго и входами первого накапливающих сумматоров первый блок элементов И, второй регистр сдвига, второй блок элементов И, второй блок памяти и второй мультиплексор, вторые’информационные входы которого подключены к выходам первого блока памяти, вторые информационные входы первого мультиплексора' объединены с его первыми информационными входами, причем информационный вход, соответствующий i-му (i = 1,2, ...,п) разряду первых информационных входов, соединен с информационным входом, соответствующим (i + 1)-му разряду вторых информационных входов, первый информационный вход которого, соответствующий младшему разряду, соединен с общей шиной, информационные входы первого блока памяти соединены с выходами первого блока элементов И, с первого по шестой выходы блока синхронизации подключены, к входу управления первого мультиплексора, к входу управления второго накапливающего сумматора, к объединенным входам управления первого блока элементов И и первого блока памяти, к входу управления второго регистра сдвига, к объединенным входам управления второго блока элементов И и второго блока памяти и к входу управления второго мультиплексора соответственно, при этом входы первого регист- о ра сдвига являются входами, а выходы пер- ~ вого накапливающего сумматора —· выходами цифрового фильтра.

2. Фильтр по π. 1, отличающийся тем, что блок синхронизации содержит генератор импульсов, первый и второй таймеры, пер- g вый, второй, третий и четвертый делители частоты, входы которых соединены с выхо- , дом генератора импульсов, выхрф. первого делителя частоты является первым выходом блока синхронизации, выход второго делителя частоты подключен к входам первого и второго таймеров и является вторым выходом блока синхронизации, а выходы первого тацмера, третьего делителя частоты, второго таймера и четвертого делителя частоты являются третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока синхронизации соответственно.