SU1716606A1 - Цифровой фильтр с линейной дельта-модул цией - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике. Его использование дл  цифровой фильтрации случайных сигналов позвол ет повысить быстродействие и упростить фильтр. Последний содержит регистр 1 сдвига, счетчик 2 импульсов, буферные регистры 3.1...3(М+1), двоичные сумматоры 4.1...4.М (М -длина импульсной характеристики фильтра), накапливающий сумматор 6 и источник 7 посто нного кода. Положительный эффект достигаетс  благодар  введению двоичного сумматора 4(М + 1) и перемножителей 5.1...5.М. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  цифровой фильтрации случайных процессов , в частности, в спектроанализаторах параллельного действи  с использованием формата линейной дельта-модул ции (ЛДМ) , дл  представлени  входного сигнала,

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и упрощение фильтра.

На чертеже приведена структурна  .схема цифрового фильтра с линейной дельта- модул цией.

Цифровой фильтр с линейной дельта-: модул цией содержит регистр 1 сдвига, счетчик 2 импульсов, буферные регистры 3.1 ...3.(М+ 1); двоичные сумматоры 4.1...4.(М+ 1), перемножители 5.1...5.М, где М - длина импульсной характеристики фильтра, накапливающий сумматор 6, источник 7 посто нного кода, информационный вход 8, тактовый вход 9, вход 10 сброса, входы 11.1...11.М задани  весовых коэффициентов импульсной характеристики и выход 12 цифрового фильтра с линейной дельта-модул цией .

Информационный вход регистра 1 сдвига  вл етс  информационным входом 8 фильтра, тактовый вход регистра 1 объединен со счетным входом счетчика 2 и  вл етс  тактовым входом 9 фильтра, вход обнулени  регистра 1 сдвига объединен с входами обнулени  счетчика 2 импульсов, накапливающего сумматора 6, буферных регистров 3.1...3(М+ 1) и  вл етс  входом обнулени  10 фильтра, выходы регистра 1 сдвига соединены с информационными входами буферного регистра 3.(М+1), выходы которого соединены с входами двоичного сумматора 4.(М+1). Выход счетчика 2 импульсов подключен к входам разрешени  записи всех буферных регистров 3 и накапливающего сумматора 6, выходы которого  вл ютс  выходами 12 фильтра. Выходы источника 7 посто нного кода подключены к первым входам двоичного сумматора 4,1. выходы двоичного сумматора 4.i, i 1.M соединены с информационными входами буферного реON

О

Ю

iO

гистраЗ-i. Выходы буферного регистра 3.J, J: 1, М-1 подключены к первым входам сумматора 4.Q+ 1). Вторые входы сумматора 4.i, i 1,M подключены к выходам перемножител  5.I, первые входы которого  вл ютс  входами 11.1 задани  весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра, Выходы двоичного сумматора 4.(М+1) соединены со вторыми входами всех перемножителей 5.1, выходы двоичного сумматора 4.М соединены с информационными входами накапливающего сумматора 6.

Цифровой фильтр с линейной дельта- модул цией работает следующим образом.

В предлагаемом устройстве производитс  обработка входного ЛДМ-сигнала с использованием формата импульсно-кодо- вой модул ции (ИКМ) дл  весовой последовательности , с частотой дискретизации, характерной дл  этого вида модул ции.

Выходной сигнал этого фильтра представлен в формате ИКМ с частотой дискретизации , в q раз меньшей частоты дискретизации входного сигнала, причем по сравнению с прототипом сн ты вс кие ограничени  на коэффициент прореживани  q выходного сигнала, что позволило увеличить быстродействие фильтра путем соответствующего увеличени  частоты дискретизации , а также упрощен фильтр за счет уменьшени  объема используемой пам ти. Последнее достигаетс  путем установлени  логарифмической зависимости между разр дностью частичных сумм (М+ 1)-го двоичного сумматора и коэффициента прореживани  q. Отметим также, что исползуе- ма  весова  последовательность в формате ИКМ позвол ет получить любую наперед заданную разрешающую способность фильтра путем изменени  разр дности коэффициентов импульсной характеристики (ИХ).

Работа фильтра начинаетс  с прихода установрчного импульса на вход обнулени  10 фильтра. В результате воздействи  этого импульса на входы обнулени  счетчика 2, регистров 3.1...3.М и накапливающего сумматора 6 на выходах указанных блоков и на выходе 11 фильтра устанавливаетс  нулевое значение сигнала. В регистры 1 и 3.(М+1) при этом необходимо занести последовательность из чередующихс  нулей и единиц (0; 1).

На информационный вход 8 фильтра поступает входной сигнал в формате ЛДМ, обладающий спектром, ограниченным частотой в виде {Ln(x)}, n 0, Ln(x) (еп(х)+ + 1)/2, Ln(x)c-. {0,1}, enW {-1,1}, который сопровождаетс  импульсами

дискретизации Тд

-1

с частотой на тактовом входе 9,

0

5

. Сигнал Lrr по этим импульсам записываетс  и продвигаетс  в регистре 1 сдвига. Одновременно тактовые импульсы поступают на счетный вход счетчика 2 с коэффициентом пересчета, равным коэффициенту прореживани  q выходного сигнала фильтра. Импульс переполнени  с выхода счетчика 2 поступает на тактовые входы регистров 3.1-З.М+1 и накапливающего сумматора 6. В регистре 3.(М+1) фиксируетс  q-разр дное слово, образованное последовательными значени ми входного сигнала {Ln-q+r }, r 1,q. В сумматоре 4.(М+1) формируетс  сумма этих значений в позиционном коде:

Rn(x4 I LnV

г 1

20

- -о- Л 6n-q+rM+ -7, .

О)

Последнее равенство имеет место, по- скольку en(x) 2Ln{x)-1.

Эта сумма поступает на вторые входы всех перёмножителей 5.i, i 1,M на первые входы которых с входов 11,i подано значение весового коэффициента в формате импульсно-кодовой модул ции hM-i. На выходе перемножител  5.I формируетс  значе- ние произведени  Rn hM-i, которое складываетс  в сумматоре 4.i со значением (И):, вычисленным в сумматоре 4.(i-1) в (k-1)-M такте времени Tn qTfl, h kq.

С учетом того, что на вход сумматора 4.1- подан сигнал посто нного значени  с источ

ника 7, равный У hm на выходе

регистра 3.i формируетс  значение сигнала

45

Sk+(i-1)(i) Z Rn-m(xWm + D.

m - 1

Дл  i-M-го регистра 3 число слагаемых этой суммы равно М, а значение

. м - 1

sr( )vyk, rflep:yk 2 hmRk-m + D - перва 

m 0

разность, формируема  на выходе регистра З.М из последовательности произведений . С учетом выражени  (1) и значени . D значение первой разности равно

м - 1 .. п

vyk E Г1т( 2 en-q+rM +

m 0

г : 1

V-9-)-f-Vhm

m 0

1 У h -9-- 2/ nm А

.M

TJ- , i m , вп-q-t-r m 0. r 1

прореживани  входного сигнала фильтра. При одинаковой частоте следовани  входных и выходных сигналов сравниваемых устройств , т.е. р q, предлагаемое устройство имеет преимущество перед устройством- прототипом в меньшем, объеме используемой пам ти уже при q 4:

Таким образом, на выходе регистра З.М формируетс  последовательность значений {vyk}, k 0,-котора  поступает в накапливающий сумматор 6, формиру  на выходе последнего прореженный в q раз выходной сигнал цифрового фильтра с линейной дельта-модул цией в формете И КМ с частотой

г-1

дискретизации Тп

-1

Т

-1.

М - 1 q - 1

Уп+ q-1 Уп + 2) - hm X ей- n-mM ; m 0 i 0

П + Q - 1 M- 1

r 1

2 hmer-m(x).

m о

ДУ Тд

что позвол ет

При случайных сбо х, например по питанию , нормальна  работа цифрового фильтра с линейной дельта-модул цией восстанавливаетс  подачей сигнала на вход обнулени  10 фильтра.

Затраты времени на вычисление одного значени  первой разности

vyk равны t - tsivn +tn + tsM2, где tn- врем  выполнени  операции умножени  в блоке 5, tsMi, tsM2 - соответственно врем  выполнени  операции суммировани  в блоках 4.i n 4.(М+1) i 1,М. Период частоты дискретизации входного сигнала соответствует перио- Tn t

q q

обрабатывать входной сигнал с соответствующим спектром.

Перемножитель 5.i дл  одного заданного значени  весового коэффициента hM-i может быть выполнен на посто нном запоминающем устройстве (ПЗУ), число адресных входов которого соответствует величине Iog2q. Требуемый объем пам ти одного ПЗУ в этом случае равен Qi 2logiq - q, а суммарный объем пам ти, используемый в фильтре, соответствует значению QЈ MQi Mq  чеек.r

Сравним этот объем пам ти, с объемом пам ти, используемым в устройстве- прототипе. Дл  устройства-прототипа объем пам ти одного преобразовател  кода равен 0- 2Р, а суммарный объем

пам ти 021 - 2Р, где Р - коэффициент

Mg ().

Поскольку дл  ЛДМ-формата входного сигнала значение q 1, а аппаратурные затраты сравниваемых цифровых фильтров

примерно пропорциональны используемому обьему пам ти, предлагаемое устройство существенно проще по сравнению с прототипом ..

Одновременно, за счет логарифмической зависимости между разностью выходного сигнала сумматора 2 и коэффициентом прореживани  q выходного сигнала фильтра, практически сн ты ограничени  на величину q. Например, в предлагаемом устройстве легко реализуетс  значение q 64, в то врем  как в фильтре-прототипе это требует применени  преобразовател  кода с 64 входами, что  вл етс  трудно реализуемым . Сн тие этого ограничени  позвол ет значительно увеличить частоту дискретизации , а значит соответственно увеличить быстродействие фильтра.

Дополнительно отметим, что наличие в фильтре входов 11.i, i 1,М задани  значений весовых коэффициентов позвол ет использовать предлагаемое устройство в системах с быстрой перенастройкой передаточной характеристики, например, при осуществлении адаптивной фильтрации, в

то врем  как в устройстве-прототипе дл  перенастройки фильтра необходимо полно стью заменить записанную в преобразовател х кода информацию., что требует значительно большего времени.

Поэтому введением в известное устройство сумматора 4.(М+ 1) и перемножителей 5.1...5.М с соответствующими св з ми достигнута поставленна  цель - увеличено быстродействие путем сн ти 

вс ких ограничений на увеличение коэффициента прореживани  q выходного сигнала и упрощена схема фильтра за счет уменьшени  объема, используемой пам ти , достигаемого путем установлени  логарифмической зависимости между разр дностью частичных сумм блока 4.(М+ 1) и коэффициента прореживани  q. Остальные блоки могут быть выполнены аналогично прототипу.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Цифровой фильтр с линейной дельта- модул цией, содержащий регистр сдвига, информационный вход которого  вл етс  информационным входом фильтра, тактовый вход регистра сдвига объединен со счетным входом счетчика импульсов и  вл етс  тактовым входом фильтра, вход обнулени  регистра сдвига объединен с входами обнулени  счетчика импульсов, накапливающего сумматора и первого - (М+1)-го буферных регистров (М - длина импульсной характеристики фильтра) и  вл етс  входом обнулени  фильтра, выходы регистра сдвига соединены с информационными входами (М+1)-го буферного регистра, первый -М-й двоичные сумматоры и источник посто нного кода, выходы которого подключены к пер-, вым входам первого двоичного сумматора, выходы i-ro двоичного сумматора (i 1, М-1) соединены с информационными входами i- го буферного регистра, выходы которого подключены к первым входам (i+ 1)-го дво0

   5

   0

   ичного сумматора, выходы М-го двоичного сумматора соединены с информационными входами М-ro буферного регистра, выходы которого подключены к информационным входам накапливающего сумматора, выход счетчика импульсов соединен со входами разрешени  записи всех буферных регистров и накапливающего сумматора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и упрощени  фильтра, в него введены (М+1)-й двоичный сумматор и первый-М-й перемножители, первые входы которых  вл ютс  соответственно первыми -М-ми входами задани  весовых коэффициентов импульсной характеристики фильтра, выходы (М+1)-го буферного регистра соединены с входами (М+1)-го двоичного сумматора , выходы которого подключены к вторым входам всех перемножителей, выходы каждого из которых соединены с вторыми входами одноименного двоичного сумматора, выходы накапливающего сумматора  вл ютс  выходами фильтра.