Устройство для цифровой фильтрации

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ФШ1ЬТРА 1ИИ, содержащее N умножителей , (N-1) сумматоров и (N-1) регистров, причем выход -го (i 1,N-1) регистра подключен к первому входу -го сумматора, второй вход которого подключен к выходу ((+1)-го умножителя, первый вход которого является

СОЮЗ CQBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

Ъ 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ г

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ него введены К-ый регистр, k -ый сумматор, группа из k регистров, блок элементов И, дешифратор, счетчик и генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу синхрониэации ш-ro (в=1, М ) регистра, к входам синхронизации регистров группы и счетному входу счетчика, информационный выход которого подключен к входу дешифратора, первый выход которого подключен к установочному входу в-го регистра, входы записи регистров группы подключены к второму выходу дешифратора, при этом вывод первого умножителя подключен к первому входу

g-го сумматора, выход которого подключен к информационному входу пер.вого регистра и.информационному

I входу первого регистра группы, второй вход hl -ro сумматора подключен к выходу k-ro регистра, информацион ный вход которого подключен к выходу блока элементов И, первый вход которого соединен с установочным входом счетчика и является входом запуска устройства, выход 1-го (1=1, N --1) сумматора подключен к первому информационному входу (i+I)-ro регистра группы, выход i-ro (i=1, H -1) регистра группы подключен к второму информационному входу (i +1)-го регистра группы, а выход k-го регистра группы является информационным выходом устройства, выход (N-1)-го сумматора подключен к второму входу блока элементов И.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3760882/24-24 (22) 26.06.84 (46) 07.12.85. Бюл. ))- 45 (71) Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Роман Выжиковски (FL), Ю,С.Каневский и В.И.Лозинский (53) 681.32(088.8) (56) Патент США и - 3980873, кл. С 06 F 15/332, опублик. 1978.

Уильямс Ф. Цифровая интегральная схема для фильтрации видеосигналов.—

Электроника, 1983, Ф 20, с. 74-79, рис. 4. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ

ФИЛЬТРАЦИИ, содержащее k умножителей, (N-1) сумматоров и (N-1) ре-. гистров, причем выход i-ro (i=

=1, Й -1) регистра подключен к первому входу i-ro сумматора, второй

-вход которого подключен к выходу (1+1)-ro умножителя, первый вход которого является (1+1)-ым входом задания коэффициента устройства, вторые входы К умножителей объединены и являются информационным входом устройства, а первый вход первого умножителя является первым входом задания коэффициента устройства, вывод j-ro (j=1, И -2) сумматора подключен к информационному входу (j+1) регистра, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет выполнения преобразования Фурье, в (51) 4 С 06 F 15/332; Í 03 Í 17/04;

G 06 F 15/353

S 1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки радиолокационных, сейсмических, гидроакустических, видео и других сигналов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет выполнения дискретного преобразования Фурье.

На фиг.1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг..2 — блок-схема алгоритма работы устройства при вычислении дискретного преобразования Фурье.

Устройство для цифровой фильтрации содержит H умножителей 1. 1 (Р =1,8), сумматоры 2.Р, регистры

3.), 4.i, блок элементов И 5, счетчик 6, генератор 7 тактовых импульсов, дешифратор 8. Счетчик б имеет коэффициент пересчета, равный H. Регистры 4 должны принимать информацию с двух направлений. Дешифратор

8 дешифрирует нулевое M(N-1)(состояние счетчика 6.

Работа устройства при вычислении дискретного преобразования Фурье.

Устройство должно вычислять следующее выражение:

Я-1

Р(Р(= x(nlw, Oxx

Фурье для Р/ =5.

В исходном состоянии регистры

З.i обнулены, на управляющий вход устройства поступает сигнал логической единицы, разрешающий прохождение информации через блок элементов И 5 и разрешаклций счет для счетчика 6. Условимся, что информация в регистры 3 и 4 принимается по заднему фронту синхросигнала. При описании работы устройства уразу учитывать, что %, = Ф (к ((Рк) w(o и

В первом такте на вход устройства поступает х(0), На вход всех умножителей 1 поступает ((/ . В конце такта в каждый регистр 3.1записывается значение х(0) Ф/ .

196894 ит только в том, что при вычислении (2) на вторые входы умножителей 1 будут подаваться действительные часги 4,„, при вычислении (3) — мни к( мые части Ж",". Порядок следования входных данных и весовых коэффициентов для выражений (2) и (3) идентичен. Поэтому в дальнейшем будем рассматривать только выражение (2), 1О,а для компактности записи считать

Х(к) и Ф/ Н действительными числами.

Р(К

На второй вход умножителя 1.1 подаются весовые коэффициенты (((/"„; умножителя 1.2 - 9/(„", ""1"; умножите(Р("2+n 1п ля 1.3 — Wk, умножителя 1.HW(„, . Для примера рассмотрим вы((+n) n числение дискретного преобразования где x(n) — элементы исходной после35 довательности длины H

Х(к) — элементы преобразованной последовательности;

nÊ

Щ, — весовые коэффициенты;

40 ьК

-Р2Т(—

Ф„=е / 347

k-1

Рр Р(Р(2 x(nlRXW ()вО

k-1

Кп

1 Р(к(Х x(nl(„W„ лО (а2

Очевидно, что разница между вычислением выражения (2) и (3) состо/

Будем рассматривать только наибо" лее распространенный случай, когда 45

x (n ) — последовательность действитель= ных чисел. Тогда выражение (1) можно переписать в виде

Во втором такте на вход устройства поступает х(1). На вход умножителя 1. 1 поступает Щ, умножителя 1.2 — Ф ; умножителя 1.3 — %, о, 4 умножителя 1.4 — Ж, умножителя

1.5 - Ф . На сумматоре 2.1 форми° $ Р руется сумма: x(1) VI у +х(0) W,n на сумматоре 2.2 — х(1)% +х(0) w на сумматоре 2.3 — х(1) М +х(0) Ф, на сумматоре 2.4 - х(1) Ч(/ < +х(0) Р((/ ; на сумматоре 2.5 — х(1)% +х40) W . .

В третьем такте на вход устройства поступает х(2). На вход умножителя 1.1 поступает Ф4, умножи« теля 1.2 -Ф ; умножителя 1.3 - Р"/; умножителя 1. 4 - Щ ; умножителя 1 . 5Ф . На сумматоре 2.1 формируется сумма: х(2) Ю +х(1) i((/ +x(0)% ; на сумматоре 2.2 — х(2) 1М +х(1)% +

+х(0) Ф, на сумматоре 2.3 — х(2)

®з+ (1) N,o +x(0) N

2.4 - х(2) Щ +х(1) Ф +х(0/ф на сумматоре 2. 5 — х (2) WZ +x (1) Щ: +

x(O) ф

3 11

В четвертом такте на вход устройства поступает х(3). На вход умножителя 1. 1 поступает М умножителя 1.2 — Й5, умножителя 1.3—

Ф умножителя 1.4 — Ф умножите5 "

° у ля 1.5 — W На суммамиnpe 2.1 формируется сумма: х(3) Ф +х(2) Ф +

+х(1) ф +х (О) W на сумматоре 2. 2 х(3) W +х(2) % +х(1) W +х(0) Ф ; на сумматоре 2. 3 — х(3) % +х(2) Фl +

+х(1)% +х(0) %, на сумматоре 2.4х(3) а +x(2) % +x(1) W +x(0} % ; на сумматоре 2.5 - х(3) щ +х(2) щз».

+x(1) W <+x(0) W

В пятом такте на вход устройства поступает х(4). На вход умножителя

1. 1 поступает Ф5, умножителя 1.2—

ЧЧ5 . умножителя 1.3 — 1Ч умножи5 теля 1 ° 4 — W z, умножителя 1. 5 — W .

На сумматоре 2.1 формируется преобразованный отсчет Х(4)=х(4)W<+х(3)» ъф +х(2) W +х(1)% +х(0) % ; на сумматоре 2.2 — преобразованный отсчет X(3)=x(4) +х(3) W<+x(2)W<+

+х(1) g +х(0) 1N на сумматоре 2.3 -.

5 преобразованный отсчет Х(2) =x(4) gal +

+x(3) W5 +х(2) % +х(1) Ф +х(О) 54 на сумматоре 2.4 — преобразованный отсчет Х(1)=х(4) %5+õ(3) Ж +х(2) %5+

+х(1) е +õ(0) W ; на сумматоре 2.5— преобразованный отсчет X(0)=x(4)W

+х(3) W +х(2) Щ +х(1)% +x(0) w .

Сигнал второго выхода дешифратора 8 разрешает прием в регистры 4 информации, поступившей на их первые информационные входы. По отрицательному перепаду синхроимпульса, поступившего с выхода генератора 7, в конце пятого такта в регистры 4. 1-4.5 принимаются значения Х(4)-Х(О) соответственно.

В шестом (И+1) такте на вход устройства поступает нулевой отсчет новой последовательности Х (О). С первого выхода дешифратора 8 поступает сигнал обнуления регистров 3. На входы умножителей 1 поступают весовые коэффициенты, как в первом такте работы устройства. На выходах всех сумматоров появляется х (0)Щ,. Сигнал с второго выхода дешифратора 8 разрешает прием в регистры 4 информации, поступающей на их второй информационный вход. В конце такта в ре9Ь894 4 гистр 4.2 записывается Х(4), в регистр 4.3 — Х(3); в регистр 4.4-Х(2) ,в регистр 4.5 -Х(1) .

В седьмом такте на вход устройства поступает х (i). На входы умножителей 1 поступают такие же весовые коэффициенты, как во втором такте, и продолжается вычисление преобразованных отсчетов новой последователь- . ности Х (к). В конце такта в регистр 4.5 принимается Х(2); в регистр 4.4 .

Х(3) в регистр 4.3 — Х(4).

В дальнейшем вычисления повторяются с периодом, равным пяти тактам.

На фиг.2 приняты следующие условные обозначения: P 3 =0 — обнуление

1" 1 ,регистров 3,3 ; — результат, вычисленный на 1-м умножителе 1.i; С„,,- результат, вычисленный на -м сумматоре 2. ; св" - результат, вычисленный на i --м сумматоре 2. 1 в к-м такте; P4 = - в регистр 4.< принимается

) 1 число, которое не будет использовано при.вычислении; (к) — к-й преоб25 разованньй отсчет P-той входной по1 следовательности.

11ри реализации процедуры цифровой фильтрации устройство должно вычислять выражение вида

k-1

X(

n=o где h (n) — коэффициенты импульсной

35 характеристики, x(i ) — отсчеты входного сигнала.

При работе устройства в режиме цифрового фильтра на вход запуска устройства подается сигнал логичес40 кого нуля, разрывающий обратную связь между выходом сумматора 2.Й и входом регистра 3. 1. Этот же сигнал устанавливает счетчик Ь в (N-1)-е состояние, тем самым разрешая прием

4 в регистры 4 информации, поступающей на их первые информационные входы.

На вход умножителя 1. 1 постоянно поступает коэффициент S(Я- i). Вычисление проходит непрерывно. В 0 каждом такте на вход устройства поступает новый отсчет входного сигнала х(к). В конце к-го такта в регистр 4 принимается значение отфильтрованного отсчета Х(к).

1196894

1196894

Составитель А. Баранов

Редактор Аг.Шандор Техред Л.Мартяшова Корректор Е.Рошко

Заказ 7566/49 Тирам 709 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ушгород, ул. Проектная, 4