SU830636A1 - Нерекурсивный цифровой фильтр - Google Patents

Description

(54) НЕРЕКУРСИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к вычислительной технике, более конкретно к линейной цифровой фильтрации сигналов , и может быть использовано в системах св зи -и управлени , системах передачи и обработки дискретйой информации , гидро- и радиолокации, а также в других устройствах, где требуютс  нерекурсивные цифровые фильтры с повышенными требовани ми к про изводительности, под которой понимаетс  число отсчетов сигнала, поступающих на -вход фильтра в единицу вре мени . Известен фильтр т-го пор дка, содержащий (т+1) входных регистров, умножитель, сумматор, регистр накапливающего сумматора, -блок регистров дл  хранени  коэффициентов фильтра, причем входом фильтра  вл етс  вход первого регистра,выход которого подключен ко входу m последовательно со единенных регистров,выход (т+1)-го р гистра подключен ко входу второго ре гистра и к перЪому входу умножител , выход блока регистров хранени  коэффициентов подключен ко второму входу умножител , выход которого соединен со входом сумматора , выход которого соединен с регистром накапливающего сумматора, выход которого  вл етс  выходом фильтра 1 . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  фильтр т-го пор дка, содержащий арифметическое устройство (АУ), имеющее (т+1) вход и один выход,включающее в себ  (т+1) умножитель, (т+1) регистр, (т+1) входовое устройство суммировани , причем i-м входом АУ  вл етс  вход i-ro умножител , где т+1, выход которого через i-й регистр соединен с i-м входом суммирующего устройства, выход которого  вл етс  выходом АУ, распределительное устройство, включающее в себ  ш последовательно соединенных регистров, причем вход первого ре- гистра  вл етс  входом фильтра, выход i-ro регистра, где m, соединен с (i+l)-M входом АУ, а первый вход АУ - со входом фильтра. Данна  структура позвол ет получить наибольшую производительность фильтра за счет одновременного выполнени  всех операций умножени , необходимых дл  вычислени  одного выходного отсчета фильтра, что обеспечиваетс  наличием отдельного умножител  на каждую операцию умножени . Кроме того, в этом фильтре одновременно с выполнением умножений, необходимых дл  вычислени  п-го отсчета выходного сигнала, ,1,2, в суммирующем устройстве выполн етс  операци  суммировани  произведений, полученных на предыдущем такте работы фмльтра и  вл ющихс  операндами дл  вычислени  (n-I)-ro выходного отсчета фильтра. Описанна  организаци  вычислений  вл етс  методом поточно обработки информации и обеспечиваетс  наличием регистров задержки в А включенных между выходами умножителе и входами суммирующего устройства. Множительна  производительность (f) рассмотренного фильтра равна min,.i,, (1) где f - производительность умножител  ; f - производительность устройства сложени ; f, - производительность распределительного устройства. В таком фильтре производительност всегда определ етс  величинами f , f т.е. производительностью устройства так как производительность f реального распределительного устройства всегда во много раз вьлие 2 . Недостатком данного устройства  вл етс  то, что в соответствии с формулой (1) производительность филь тра не может превышать производитель ности содержащихс  в нем умножителей и сумматоров, Это ограничивает область применени  таких-фильтров. Цель изобретени  - повышение производительности фильтра посредством совершенствовани  его структуры при той же производительности содержащихс  в нем умножителей и сумматоро Поставленна  цель достигаетс  те что в нерекурсивном цифровом фильтр содержащем блок синхронизации, вход ное распределительное устройство, которое содержит m регистров, арифметическое устройство, содержащее сумматор, (mfl) регистров, (т+1) ум ножителей, приэтом выход i-ro умно жител  (, т+1)соединен со входом 1-го регистра, выход которого подкл чен к 1-ому входу сумматора, в него введены, (к-1) арифметических устройств и выходное распределительно устройство, содержащее М регистров, входы которых соединены с выходами сумматоров всех и арифметических ус тройств, а выходы М регистров  вл ютс  выходами фильтра, при этом вхо ное распределительное устройство дополнительно содержит (т+2к-1) регистров , выход 1-го (, к+т-2) ре гистра подключен ко входу 1-гр реги стра и входу (к+т+1)-го регистра, вход первого регистра объединен со входом (к+т-1)-го регистра, и  вл етс  ВХОДОМ фильтра, выход к+т-1регистра подключен ко входу 2(т+ +K)-I -го регистра, причем вход д-го (, т+1)умножител  1-го (,к) арифметического устройства подключен к выходу .(K+m+j)-го j.i+(g-l) регистра входного распределительного устройства, при этом первый выход блока синхронизации соединен с синхронизирующими входами первых к+т-1 регистров входного распределительного устройства и управл ющими входами регистров выходного распределительно- . го устройства, второй выход блока синхронизации подключен к синхронизирующему входу 1-го (,2(к+т)-1) регистра входного распределительного устройства и синхронизирующим входам регистров выходного распределительного устройства. Совокупность отличительных признаков предлагаемого устройства обеспечивает такую организацию вычислительного процесса, при которой оказываетс  возможным одновременное вычисление выходных отсчетов, в к. независимых АУ. Распределительное устройство на входе фильтра обеспечивает подачу на входы каждого АУ тех входных отсчетов, которые необходимы дл  вычислени  соответствующих выходных отсчетов, распределительное устройство на выходе обеспечивает последовательное во времени по вление отсчетов на выходе фильтра, в то врем  как на выходах арифметических устройств к выходных отсчетов по вл ютс  одновременно. С увеличением к наступает такой момент, когда максимальна  производительность f фильтра окажетс  ограниченной величиной --mivi,,,f4, (2) гд f - производительность РУ 1; f - производительность РУ
2. 2. На чертеже представлена структурна  нерекурсивного цифрового фильтра второго пор дка (т--2) дл  случа  , . Фильтр содержит входное распределительное устройство (РУ) 1 арифметическое устройство (АУ) 2-4, выходное распределительное устройство 5, блок 6 синхронизации, последовательно включенные параллельные регистры 7-10, регистры 11-15, входы умножителей 16-18, 19-21, 22-24 через регистры 25-27, 28 - 30, 31-33 соединены со входами суммирующих устройств 34 - 36, входы 1-го разр да параллельно-последовательных регистров 3739 соединены с выходами разр дов 1-3 суммирующего устройства, вход 40 фильтра, выходы 41 - 45 РУ 1, выходы 46-48 разр дов сумматоров, выход 49 фильтра, первый 50 и второй 51 выходы блока синхронизации. При подаче на синхронизирующие входы регистров 37-39 пр моугольного импульса в них происходит запись информации параллельным кодом, если на управл ющие входы этих регистров по дана единица, в противном случае пр исходит последовательный сдвиг информации . Рассмотрим работу устройства во времени. Дл  удобства описани  работы устройства используют указанные букве ные обозначени  параметров ,m,k,M, а не их конкретные числовые значени На выходах 50 и 51 блока синхрониза формируютс  сигналы U. (Ъ)и и о (t) , равные если (t) 4Vo , в противном случае, И It) Л PTi+&T Q. tVo /В противном случае/ -номер отсчета фильтр ,1,2,3 и т.д; -период следовани  вход ных отсчетов, p entier 1 ,Т kT; Vj и VQ - уровни, соответствующие логической единиц и логическому нулю; Д.Т - минимальна  необходима длительность синхроимпульсов дл  надежной работы регистров. На вход 40 фильтра подаетс  последовательность отсчетов входного сигнала х п , где п-0,1,2 и т.д., на выходах 41-45 РУ 1, соответствующих , k-frm, образуетс  последовательность отсчетов 1 р-0-|), (3) где- p entier , ,l,2 и т.д. Эти последовательности поступают на входы АУ 2-4, на выходах 46-48 к торых, соответствующих ,k, получаетс  последовательность отсчетов rxp-(i-i)-4dl-- S а„ ЧрЧ1-0-(-Ка1 (4) I-J i. J; где ,l,2 и т.д. и a - коэффициенты фильтра; cj,0,m,d - количество периодов Т проход щих между подачей на входы А входных отсчетов, и по влением соответствующего им результата на выход Этот параметр зависит от степени ис пользовани  метода поточной организации вычислений в умножител х и сум маторах. Если этот метод не используетс  в этих устройствах, то . Последовательности отсчетов с выходов 46-48 поступают на соответствующие входы РУ 2, на выходе которого получаем последовательность отсчетов n-(Vl)-Kd, , где ,1, 2. и т.д., котора   вл етс  выходным сигналом дл  фильтра. Из описани  алгоритма работы устройства видно, что на входы каждого АУ поступают последовательности отсчетов с периодом следовани  Т , который в К раз больше периода еледовани  отсчетов на входе фильтра. Следовательно, производительность работы фильтра получаетс  в К раз выше производительности работы арифметического устройства. Таким образом, совокупность отличительных- признаков предлагаемого устройства- обеспечивает увеличение производительности фильтра в К раз по сравнению с наиболее- совершенным по этому показанию известным фильтром . Единственным принципиальным ограничением производительности предлагаемого устройства в соответствии с формулой (2)  вл етс  производительность распределительных устройств РУ 1 и РУ 2, котора  равна производительности вход щих в них регистров и может быть сделана очень высокой. За счет высокой производительности предлагаемого нерекурсивного цифрового фильтра существенно расшир етс  область возможного применени  этих фильтров. Увеличение производительности предлагаемого фильтра по сравнению с известным в К раз увеличивает сложность фильтра менее чем в К раз, что достигаетс  таким построением РУ 1, при котором вход щие -в него регистры совмещают выполнение двух функций. В соответствии с заданным пор дком фильтра обеспечивают необходимое распределение Входных отсчетов между несколькими входами каждого из АУ и обеспечивают работу всех АУ в соответствии с алгоритмом параллельного вычислени  К выходных отсчетов. Применение предлагаемого устройства может оказатьс  эффективным в сх-едующих случа х. Если использованы все возможности дл  повышени  производительности умножителей и суммирующего устройства, то единственным путем дальнейшего повышени  производительности фильтра  вл етс  построение фильтра в соответствии с предлагаемым изобретением . В устройствах с переменной - структурой , где, например в зависимости от условий, необходимо иметь либо некоторое количество фильтров с невысокой производительностью, либо меньшее число фильтров с повышенной производительностью . . В случа х, когда ria основе стандартного набора арифметических устройств необходимо создать фильтры с различной производительностью. Это особенно важно, так как единственным путем создани  недорогих и надежных цифровых фильтров  вл- етс  использование специально разработанного набора интегральных умножителей и сумматоров. Формула изобретени  Нерекурсивный цифровой фильтр, содержащий блок синхронизации, вход