SU1357976A1 - Цифровой фильтр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области вычислительной техники и может быть использовано в системах цифровой обработки сейсмических, акустических и других сигналов. Цель изобретени  - увеличение быстродействи . Поставленна  цель достигаетс  за счет того, что в состав устройства вход т счетчик 1 адреса, блок 2 пам ти адресов, адресные регистры 3, 4, блок 5 пам ти промежуточных результатов, регистр 6, сумматор 7, выходной регистр 8, счетчик адреса 9, блок 10 пам ти весовых коэффициентов, умножитель 11, накапливающий сумматор 12, регистр 13, коммутатор 14, информационный выход 15 фильтра, блок 16 пам ти входных отсчетов, информационный вход 17 фильтра, счетчик 18 адреса, выход 19 блока 20 синхронизации, выходы 21-28 блока 20 синхронизации. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сейсмических,: акустических и других сигналов.

Формула свертки, реализуема  .фильтром, имеет вид:

(1)

V-n.

где h- - весовые коэффициентыj

X. - отсчеты входного сигнала.

1

Дл  реализации этого алгоритма «еобходимо, очевидно, обращение к (пам ти входных отсчетов. Симметрич- ность импульсной характеристики позвол ет сократить число умножений, если входные отсчеты, которые должны умножатьс  на симметричные коэффи- циенты, предварительно просуммироват и затем умножить на соответствующий

:коэффициент. Но в этом случае в известном устройстве не повышаетс  быстродействие системы, так как на

.одно умножение приходитс  дважды об- ращатьс  к пам ти входных отсчетов. Кроме того, структура известного устройства, не позвол ет распараллелить процесс вычислени .

Цель изобретени  - повьшение быстродействи  цифрового фильтра.

На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового фильтра; на фиг. 2 - блок- схема блока синхронизации; на фиг.З .импульсна  характеристика фильтра; ;на фиг. 4 - временные диаграммы уп равл ющих сигналов, вьфабатываемых блоком синхронизации.

,

Цифровой фильтр (фиг. 1) содержит

счетчик 1 адреса, блок 2 пам ти адресов , адресные регистры 3 и 4, блок 5 пам ти промежуточных результатов, регистр 6, сумматор 7, выходной ре- гистр 8, счетчик 9 адреса, блок 10 пам ти весовых коэффициентов, умножитель 11, накапливающий сумматор 12, регистр 13, коммутатор 14, информационный выход 15 цифрового фильтра блок 16 пам ти входных отсчетов, информационный вход 17 цифрового фильтра , с четчик 18 адреса, выход 19 блока 20 синхронизации и выходы 21-28 блока 20 синхронизации.

Блок синхронизации 20 (фиг. 2) содержит счетчики 29 и 30 посто нной пам ти и генератор 31 тактовых импульсов .

0

g Q

5

Q

0

g

5

Дл  иллюстрации работы устройства рассмотрим в качест)зе примера реализацию цифрового фильтра с импульсной характеристикой, представленной на i фиг. 3. Общее число коэффициентов равно 11. В силу симметрии характеристики общее число ненулевых коэффициентов равно (N+0/2+1 7, а число различных ненулевых коэффициентов равно 4 (3 боковых и 1 центральный). Дл  сокращени  времени получени  выходного отсчета у по формуле (1) предлагаетс  результаты умножени  hpX, .,. i , , запоминать и накапливать, так к;ак в силу симметрии h, h, h , h h.j,...) полученные промежуточные результаты будут использованы соответственно при получении следующих выходных отсче ° V., Уv.J-2 V.

Цроизведение входньпс отсчетов на центральный коэффициент не хранитс , так как они принимают участие в вычислени х только один раз. Вместо (N-1)/2+1 обращений к пам ти входных отсчетов (с учетом симметричности импульсной характеристики) дл  вычислений по формуле (1) их потребуетс  в два раза меньше.

Рассмотрим вычисление v-ro результирующего отсчета фильтра у при длине импульсной характеристики ,N 11, В этом случае счетчик 18 адреса работа- ет по модулю М, (N+1), счетчик 9 адреса - по модулю М (М1+1)/2 4, счетчик 1 адреса - по модулю М . С целью упрощени  описани  работы цифрового фильтра будем считать, что прием информации во все регистры, умножитель, накапливающий сумматор, переключение счетного триггера и счетчиков осуществл етс  положительным перепадом синхроимпульсов , режиму записи в блоки 5 и 16 пам ти соответствует нулевое значение на управл ющем входе, а режиму чтени  - единичные; сигналу переноса счетчиков соотнетствует нулевое значение на вьпсоде переноса; нулевое значение на управл ющем входе блока 5 пам ти соответствует чтению по адресу на первом адресном входе и записи по адресу на втором адресном входе . Адресаци  блока 16 пам ти входных отсчетов обеспечиваетс  счетчиком 18 и блоком 20. Наблюдаетс  последовательность адресов, формируемых дл  записи входных отсчетов в

313579764

этот блок, а также дл  чтени  исход- В остальных тактах в сумматоре 12 ных данных из него.происходит последовательное накапДл  адресации блока 10 пам ти ве- ливание следующих произведений (ум- совых коэффициентов используетс  вто- ножение на нулевые коэффициенты не рой счетчик 9 адреса, который измен - выполн етс ): ,, Ь,х , h х , ет свое состо ние по сигналу 22 бло- Ь.х.

ка 20 синхронизации. Дл  адресации В третьем такте по сигналу 21 блока 5 пам ти промежуточных резуль- блока 20 синхронизации происходит татов используетс  блок 2 пам ти ад- установка в нуль регистра 6. По сиг- ресов, в котором хран тс  адреса за- 10 налу 28 блока 20 синхронизации зна- писи получаемых промежуточных резуль- чение с выхода регистра 13 проходит татов и адрес чтени  накопленного через коммутатор 14 на второй вход

сумматора 7. Полученна  сумма у ЬдХ + (2 выхода сумма- 15 тора 7 поступает на информационный вход блока 5 пам ти промежуточных результатов и записываетс  в блок 5 пам ти по адресу, хран щемус  в регистре 4 адреса. По этому адресу бупромежуточного результата у. Производитс  прошивка блока 2 пам ти адресов . Адрес записи из второго регистра 4 адреса поступает на второй адресный.вход блока 5 пам ти. Адрес чтени  принимаетс  в первый регистр 3 адреса и поступает на первый адресный вход этого же блока. Дл  адреса- 20 дет хранитьс  накапливающийс  проме- ции блока 2 пам ти адресов исполь- жуточный результат вычислени 

V-f-ro выходного отсчета у . Б четвертом

зуютс  первьш 1 и второй 9 счетчики адреса. Необходимо учесть, что прошивка блока 2 пам ти адресов выполне3- 25

на со сдвигом на один адрес по отно- ведени  h х на выходе накапливаюшению к адресам блока 16 пам ти входных отсчетов и блока 10 весовых коэффициентов дл  согласовани  длины цепочки формировани  слагаемых у h,x.+ ./и у;

щего сумматора 12 и регистра 13. В это врем  в сумматор 12 и регистр 1 принимаетс  произведение , выданное из умножител  з предыдущем 30 такте. В сумматоре 12 получаем сумму у ЪдХ + h X . Произведение h Ху.с выхода регистра 13 через коммутатор 14 поступает на второй вход сумматора 7. На первый вход этого

дл  получени  выходного отсчета у :

щего сумматора 12 и регистра 13. В это врем  в сумматор 12 и регистр 13 принимаетс  произведение , выданное из умножител  з предыдущем 30 такте. В сумматоре 12 получаем сумму у ЪдХ + h X . Произведение h Ху.с выхода регистра 13 через коммутатор 14 поступает на второй вход сумматора 7. На первый вход этого

пам ти накопленное значение промежуточного результата Уу+ дл  вычислени  выходного отсчета Уу+. На сумУМ Уу + y v

Цикл вычислени  выходного отсчета составл ет 6 тактов. В исходном состо нии счетчики 1 и 9 установлены 35 сумматора поступает прин тое в пре- в нулевое состо ние, а счетчик 18 - дьщущем такте в регистр 6 из блока 5 в состо ние 001.

В первом такте работы фильтра в умножитель 11 по сигналу 22 блока 20

синхронизации принимаетс  входной 40 маторе 7 выполн етс  сложение отсчет х и весовой коэффициент h.

Во втором такте произведение выдаетс  из умножител  11 и поступает на входы накапливающего сум- В шестом такте произведение h х вы- матора 12 и регистра 13. В этом же 45 даетс  из умножител  11, значение такте в умножитель 11 принимаютс  ,,.принимаетс  в сумматор 12 и ре- входной отсчет весовой коэффи- гистр 13. В сумматоре 12 происходит циент Ьд.накопление суммы

у у + h х„,.

V-ffe 1 V-t

50

В третьем такте в умножитель 11 принимаютс  значени  х и h, произведение h X принимаетс  в накапли- - вающий сумматор 12 и в регистр 13 (по управл ющему сигналу 22 блока 20 синхронизации). Причем накапливающий „ сумматор 12 находитс  в режиме без накоплени  (на управл ющем выходе 24 блока 20 синхронизации уровень логического нул ).

20 дет хранитьс  накапливающийс  проме- жуточный результат вычислени 

25

V-f-ro выходного отсчета у . Б четвертом

fo

такте происходит прием значений х j. и h в умножитель 11 и выдачи произ ведени  h х на выходе накапливающего сумматора 12 и регистра 13. В это врем  в сумматор 12 и регистр 13 принимаетс  произведение , выданное из умножител  з предыдущем такте. В сумматоре 12 получаем сумму у ЪдХ + h X . Произведение h Ху.с выхода регистра 13 через коммутатор 14 поступает на второй вход сумматора 7. На первый вход этого

сумматора поступает прин тое в пре- дьщущем такте в регистр 6 из блока 5

пам ти накопленное значение промежуточного результата Уу+ дл  вычислени  выходного отсчета Уу+. На сумсумматора поступает прин тое в пре- дьщущем такте в регистр 6 из блока 5

маторе 7 выполн етс  сложение

е 7 выполн етс  сло

том такте произведе   из умножител  11, принимаетс  в сумма 13. В сумматоре 12 ление суммы

у у + h х„,.

V-ffe 1 V-t

у; ь,х -f .

с вькода регистра 13 значение , через коммутатор 14 поступает на второй вход сумматора 7, на котором суммируетс  с прин тым в четвертом такте в регистр 6 из блока 5 пам ти накопленным промежуточным результатом у ,,. дл  вычислени  выходного отсчета

v l . V45у;; , v, + v-4

1357976

регистра 6. На выходе сумматора по- ,лучают выходной отсчет

В этом же п том такте происходит запись в блок 5 пам ти промежуточного значени  yJL по адресу, прин тому во второй регистр 4 адреса из блока 2 пам ти адресов. В шестом такте значение Ь X , полученное на умножителе 11 в предыдущем такте, принимаетс  в сумматор 12 и регистр 13. В сумматоре 12 накапливаетс  сумма

у Ь„х + Кх . + h.x

а V-Z

+ h,x

у V-5

По сигналу 28 блока 20 синхронизации коммутатор 14 пропускает значе;ние у с выхода накапливающего сумматора 12 на второй вход сумматора

7. На первый вход этого сумматора поступает полное промежуточное значение у дл  вычислени  выходного отсчета , прин тое в предьщущем такте в регистр 6 из блока 5 пам ти промежуточных результатов. Таким образом, на сумматоре 7 получают значение выходного отсчета

У У V - V

В седьмом такте это значение принимаетс  в выходной регистр по сигналу 23 блока 20 синхронизации.

Запись исходньпс данных в блок 16 ;пам ти входных отсчетов происходит ;в п том такте по сигналу 19 блока 20 синхронизации по адресу, сформированному на счетчике 18 адреса. По сигналу 25 блока 20 синхронизации на управл ющем входе счетчика 18 его состо ние увеличиваетс  на две единицы , а по сигналу 26 - на единицу.

Таким образом, в шестом такте происходит считывание из блока 16 пам ти входных отсчетов значени  х,, а из блока 10 пам ти весовых коэффициентов - значени  п дл  вычислени  следующего выходного отсчета У.,. В седьмом такте значени  h и х,принимаютс  в умножитель 11 и цикл вычислений повтор етс  аналогичным образом . В двенадцатом такте результат из накапливающего сумматора 12

Уу 4Xv-4+

череэ коммутатор 14 поступает на второй вход сумматора 7, на первый вход которого поступает значение у(, из

V+1

у, у.

который в следующем такте принимаетс  в выходной регистр 8. Таким образом , завершаетс  второй цикл вычислений .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Цифровой фильтр, содержащий первый счетчик адреса, информационный

   выход которого подключен к первому адресному входу блока пам ти адресов, выход KOTopoi o подключен к информационному входу первого адресного ре- гистра, выход которого подключен к

   информационному входу второго адресного регистра, выход первого регистра подключен к первому входу сумматора , выход которого подключен- к информационному входу выходного регистра , выход которого  вл етс  информационным выходом фильтра, второй счетчик адреса, информационный выход которого подключен к адресному входу блока пам ти весовых коэффициентов,

   выход которого подключен к первому входу умножител , выход которого подключен к информационному входу накапливающего сумматора, второй регистр , блок пам ти входных отсчетов,

   информационный вход которого  вл етс  информационным входом фильтра, блок синхронизации, первый и второй выходы которых подключены соответственно к входу записи/чтени  блока

   пам ти входных отсчетов к установочному входу первогорегистра, третий выход блока синхронизации подключен к счетному входу второго счетчика адреса , тактовым входом умножител ,

   накапливающего сумматора, первого и второго регистров, первого и второго адресных регистров, четвертый и п тый выходы блока синхронизации подключены к установочным входам соответственно выходного регистра и накапливающего сумматора, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  быстродействи ,в него введены коммутатор, третий счетчик адреса и блок пам ти промежуточных

   результатов, первый и второй адресные входы которого подключены к информационным выходам соответственно первого и второго адресных регистров.

   . ,71

   выход блока пам ти промежуточных результатов подключен к информационному входу первого регистра, первый информационный вход коммутатора подключен , к выходу накапливающего сумматора , выход умножител  подключен к информационному входу второго регистра , выход которого,подключен к второму информационному входу комму- татора, выход которого подключен к информационному входу блока пам ти промежуточных результатов, информационный выход третьего счетчика адреса подключен к адресному входу бло ka пам ти входных отсчетов, выход

   8

   которого подключен к второму входу умножител , выход переноса второго счетчика адреса подключен к счетному входу первого счетчика адреса, информационный выход второго счетчика адреса подключен к второму адресному входу блока пам ти адресов, шестой и седьмой выходы блока синхронизации подключены соответственно к входу обнулени  и установочному входу третьего счетчика адреса, а восьмой и дев тый выходы блока синхронизации подключены к управл ющим входам соответственно блока пам ти промежуточных результатов и коммутатора.

   фиг. Z

   Такты

   /9

   28

   Ртг.

   Редактор Е.Папп

   Составитель А.Баранов Техред М.Ходанич

   Заказ 6001/51 Тираж 671Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

   Корректор В.Бут га