Цифровой рекурсивный фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике . Цель изобретения - повьшение точности фильтрации. Цифровой рекурсивный фильтр содержит оператив ff 7 ный запоминающий блок (ОЗБ) 1, два многовходовых коммутатора 2 и 3, два сумматора 4 и 5, N+M сумматоров-вычитателей (СВ) 6, N+M регистров 7, N+ +М коммутаторов 8, блок памяти 9 кодов коммутации и блок управления (БУ) 10. Фильтр реализован по канонической форме, в котором по ф-лам вычисляются текущие промежуточные данные и выходные отсчеты. Для формирования коэффициентов используется свойство кодов в избыточных .системах счисления , позволяющих производить последовательную обработку слов данных, начиная со старшего разряда. Цель достигается введением СВ 6, регистров 7 и коммутаторов 8, с помощью которых совместно с ОЗБ 1 и коммутатором 3 производится умножение промежуточных результатов на коэффициенты. |Фильтр по ПП.2, 3 и 4 отличается вычполнением ОЗБ 1, БУ 10 и СВ 6, даны их ил. 3 з.п.ф-лы, 7 ил. (С сл at.f

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК (19) (1!) А1 (5!) 4 Н Н 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (.21) 3927635/24-09 (22) 08 ° 07,85 (46) 07.08.87. Бюл. У 29 (53) 621.394,14 (088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (72) С.Л.Титов, !0.Н,Бочков, В.П,Малиночка и П.В.Козлюк (56) Патент CIIIA Ф 4356559, кл. Н 03 Н 17/04, 1982.

Методы и микроэлектронные средства цифрового преобразования и о6работки сигналов. Тезисы докладов конференции — Рига. Институт электроники и вычислительной техники

AH Латв. ССР. 1983, с.260, рис.2. (54) ЦИФРОВОЙ РЕКУРСИВИЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения — повышение точности фильтрации. Цифровой рекурсивный фильтр содержит оперативный запоминающий блок (ОЗБ) 1, два многовходовых коммутатора 2 и 3, два сумматора 4 и 5, Б+М сумматоров-вычитателей (СВ) 6, N+M регистров 7, Н+

+M коммутаторов 8, блок памяти 9 кодов коммутации и блок управления (БУ)

10. Фильтр реализован по канонической форме, в котором по ф-лам вычисляются текущие промежуточные данные и выходные отсчеты. Для формирования коэффициентов используется свойство кодов в избыточных .системах счисления, позволяющих производить последовательную обработку слов данных, начиная со старшего разряда. Цель достигается введением СВ 6, регистров 7 и коммутаторов 8, с помощью которых совместно с ОЗБ 1 и коммутатором 3 производится Умножение промежуточных результатов на коэффициенты.

Фильтр по пп.2, 3 и 4 отличается sic полнением ОЗБ 1, БУ 10 и СВ 6, даны

3 S,IIiô-лы, 7 HB

132892 м

Y(n) = 2 :. а.ы (n-i), ia0

Изобретение относится к радиотех— нике и может быть использовано в устройствах цифровой обработки сигналов с поразрядной обработкой информации °

Цель изобретения — повышение точности фильтрации.

На фиг.1 представлена электрическая структурная схема цифрового рекурсивного фильтра; на фиг,2 — схема orie-1g ративного запоминающего блока на фиг.3 — схема блока управления, на фиг.4 — схема сумматора- вычитателя, на фиг.5 - схема умножителя; на фиг.6схема многовходового коммутатора; на фиг.7 — временные диаграммы, поясняющие работу цифрового рекурсивного фильтра.

Цифровой рекурсивный фильтр (фиг. 1) содержит оперативный запоминающий 1 2р блок 1, первый и второй многовходовые коммутаторы 2 и 3, первый и второй сумматоры 4 и 5, N+M сумматороввычитателей 6-1 — 6-(И+М), N+M регистров 7-1 — 7-(N+M) N+M коммутато- 25 ров 8-1 — 8-(N+M) блок 9 памяти кодов коммутации, блок 10 управления, первый и второй выходы 11 и 12 оперативного запоминающего блока I информационный вход 13 цифрового рекур- зр сивного фильтра, информационный выход 14 цифрового рекурсивного фильтра, вход 15 управления коэффициентами цифрового рекурсивного фильтра, тактовый Вход 16 цифрового рекурсивного фильтра, маркерный вход 17 цифрового рекурсивного фильтра, маркерный выход 18 цифрового рекурсивного фильтра, являющиеся первым выходом блока 10 управления, второй и третий синхрони- 40 зирующие выходы 19 и 20 блока 10 управления.

Оперативный запоминающий блок 1 . (фиг.2) содержит первую, вторую и третью группы регистров 21-1 — 21(И-1), 22-1 — 22-И, 23-1 — 23-М.

Блок 10 управления (фиг.3) содержит счетчик 24 и дешифратор 25.

Сумматор-вычитатель (фиг.4) содержит последовательный сумматор 26 и умножитель 27 на +1.

Умножитель 27 на +1 (фиг.5) содержит первый и второй коммутаторы 28 и 29.

Многовходовый коммутатор (фиг.6) содержит коммутаторы 30- t — 30-L (L=

=И для первого многовходового коммутатора 2, L=M для второго многовходового коммутатора).

5 2

Цифровой рекурсивный фильтр работает следующим образом.

Цифровой рекурсивный фильтр реализован по канонической форме, в котором текущие промежуточные данные

ы(п) вычисляются по формуле

a(n) =Х(п) — . Ъ. (n-i), i=i где X(n) — значение текущего входного отсчета, ur!n — 1) — промежуточные значения про. цесса вычисления.

Выходные отсчеты вычисляются по формуле где Y(n) — значение текущего выходного отсчета, М,N — число выборок (коэффициентов) нерекурсивной и рекурсивной частей цифрового рекурсивного фильтра.

Для формирования коэффициентов а. и Ъ. использовано следующее свой-1

1 1 ство кодов в избыточных системах счисления, позволяющих производить последовательную обработку слов данных, начиная со старшего разряда, например знакоразрядного кода.

В избыточных системах счисления, производящих операцию поразрядного сложения двух операндов, начиная со старших разрядов, сигнал переноса распространяется, как правило, как в сторону старших разрядов, так и в сторону младших разрядов результата суммирования. Но если в сторонумладших разрядов перенос распространяется практически бесконечно, то в сто— рону старших разрядов перенос распространяется на ограниченное количество разрядов результата (как правило на два — четыре разряда) . Поэтому результат последовательного суммирования в избыточных системах счисления отстает от входных операндов на несколько тактов вычисления P число которых определяется количеством разрядов, на которые может распространиться сигнал переноса в сторону старших разрядов. Поэтому, если последовательное суммирование числа в избыточной системе счисления начинается со старших разрядов и производится с числом, полученным в результате

4 представленные в кодах избыточной системы счисления и поступающие с информационного выхода 14 предыдущего

5 цифрового рекурсивного фильтра или с информационного выхода устройства— источника цифрового сигнала. С выходов первой группы регистров 21-1

21-(N-1) оперативного запоминающего блока 1 на информационные входы второй группы регистров 22-1 — 22-(И-1) начинают поступать последовательные слова промежуточных результатов ы (u-i). Посредством второй группы реги15 стров 22- 1 — 22-N первого многовходового коммутатора 2, сумматоров-вычитателей 6-1 — 6-N регистров 7-1

7-N и коммутаторов 8-1 -8-(N+M) производится умножение промежуточных

20 результатов 11(п-i) на коэффициенты

Ь е

Формирование знака произведений .осуществляется сумматорами-вычитателями 6-1 — 6-(N+M), куда знак ко25 эффициента поступает со знакового выхода блока 9 памяти кодов коммутации, а знак промежуточного значения слова 0.1(n-1) — по информационному входу. Знак произведений формируется

З0 на выходе умножителя 27, производящего умножение на +1, Для знакоразрядного кода умножение на отрицательный коэффициент приведет к перемене мест положительной и отрицательной шин операндов первого и второго ком-.

35 мутаторов 28 и 29 умножителя 27. Первый сумматор 4 формирует текущее зна чение ы(п). При этом умножение входных данных X(ll) на коэффициент Ъ осуществляется для нормирования коэффициента усиления цифрового рекурсивного фильтра. суммирования, то это равносильно умножению числа на коэффициент

Если результат суммирования задержать перед суммированием с исходным числом на С тактов, то зто будет равносильно умножению числа на коэффициент

Если исходное число предварительно задержать на Н тактов, то это эквивалентно умножению коэффициента

К2 íà R ", где R — основание избыточной системы счисления, т.е. умножению исходного числа на коэффициент

Н Р+С Р+С

Работа цифрового рекурсивного фильтра в каждом цикле формирования выходного отсчета инициализируется импульсом с маркерного входа 17 (фиг.7б), который поступает с маркерного выхода 18 предыдущего цифрового рекурсивного фильтра, работающего в каскаде, либо с управляющего выхода устройства — источника сцифрованного сигнала (например, аналогоцифрового преобразователя, работаю-. щего в кодах избыточной системы счисления). Сигнал тактовой частоты поступает на тактовый вход 16 (фиг.7а).

Импульс на маркерном входе 17 должен непосредственно предшествовать поступлению на информационный вход

13 последовательных слов входных данных Х(п) (фиг.7в). Он поступает на установочный вход счетчика 24 блока

10 управления. Это приводит к обнулению счетчика 24 и формированию импульса на втором выходе 19 (фиг.7д) блока 10 управления, Этот импульс поступает на установочные входы второй группы регистров 22-1 — 22"N, сумматоров-вычитателей 6-1 — 6-Н (фиг.7и, .м), регистров 7-1 — 7-0 и первого сумматора 4, что приводит к их обнулению. Вслед за этим на информационный вход 13 начинают в последовательном виде поступать слова данных Х(п), К1=1 0...0 1 0...0 1 0...0 1...

P . P P

К2=1,0...0 1 0...0 1 0...0 1...

Р+С Р+С Р+С

КЗ=О 0...0 1 О.. ° 0 1 0...0 1...

Как было указано, разряды слов данных на выходе сумматоров-вычитате45 (N+M) отстают от одноименных разрядов слов данных на их входах на несколько тактов P. Это приводит к тому, что разряды формируемого значения u(n) на выходе пер15п вого сумматора 4 (фиг.7к) задерживаются относительно одноименных разрядов значений слов у(п-i) на выходах первой группы регистров 21-1 — 21(и-1) на Р+К тактов (фиг.7ж), где

К вЂ” количество тактов, на которые задерживаются данные в первом сумматоре 4. Если последний выполнен в виде дерева двухвходовых сумматоров .в избыточной системе счисления, то

5 132 задержка К будет равна K=Pjlog N(2 тактов, где выражение 21og N C обозначает наименьшее целое число, большее или равное log

23-1 — 23-(М-1) на Р+К тактов при их потактовом сдвиге .IIO цепи второй группы регистров 22-1 — 22-(N-1) (фиг,7з), а это приводит к тому, что одноименные разряды всех слов промежуточных вычислений v(n-i) (=О,N) одновременно поступают на входы третьей группы регистров 23-1 - 23-М (фиг.7л).

Через Р+К-1 тактов с начала обработки очередного входного отсчета, т.е. за такт до поступления на вход регистра 23-М первого значащего бита слова промежуточного вычисления

ы(п) на третьем выходе 20 (фиг.7е) блока 10 управления формируется импульс (фиг.7а), поступающий на установочные входы третьей группы регистров 23-1 — 23-М и регистров 7-(N+

+1) — 7-(N+M) что приводит к их обнулению, Этот же импульс поступает на установочные входы сумматоров-вычитателей 6-(И+1) — 6-(N+M) и второй сумматор 5, что приводит к их обнулению. Посредством третьей группы регистров 23-1 -23-М, второго многовходового коммутатора 3, сумматороввычитателей 6-(N+1) — 6-(N+M), регистров 7-(N+1) — 7-(И+М) и коммутаторов 8-(И+1) — 8-(И+М) производится умножение промежуточных результатов и(п-i) на коэффициенты а, Второй су матор 5 формирует текущее выходное значение Y(n) (фиг.7н).

Первый значащий бит текущего выход ного значения Y(n) генерируется на выходе второго сумматора 5 через 2Р+

+К+К тактов (К - количество тактов, на которое задерживаются данные во втором сумматоре 5, определяемое выражением К =P31og ME) с начала обра2 ботки очередного входного слова данных X(n). Появление первого значаще8925 6

f0

40 го бита текущего выходного значения

У(п) сопровождается генерацией импульса выходного маркера на выходе 18 блока 10 управления, который поступает в следующий каскад. цифрового рекурсивного фильтра или в выходное устройство (фиг.7г).

Суммарное время обработки одного слова данных в цифровом рекурсивном фильтре составляет 2Р+К+К +В тактов, где  — количество разрядов в словах данных. Одноименные разряды слов лромежуточных результатов вычислений (п-i) с выходов регистров второй группы регистров 22- 1 — 22-(N-2) поступают на соответствующие входы первой группы регистров 21-2 — 21-(И-1) с номерами на единицу больше. Это позволяет осуществить переиндексацию промежуточных результатов вычислений в соответствии с алгоритмом цифровой фильтрации.

Блок 9 памяти кодов коммутации может быть выполнен как постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) или как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). В случае выполнения его как ОЗУ по входу 15 управления коэффициентами производится запись управляющих кодов, определяющих величину сдвига слов данных в первом и втором многовходовых коммутаторах 2 и 3 и коммутаторах 8-1 — 8-(N+M) и знаков коэффициентов. При выполнении блока

9 памяти в виде ПЗУ по входу 15 управления коэффициентами производится управление выборкой конкретного набора коэффициентов фильтрации, что позволяет реализовывать различные передаточные функции цифрового рекурсивного фильтра.

Формула изобретения

1 Цифровой рекурсивный фильтр, содержащий блок управления, последовательно соединенные первый сумматор и оперативный запоминающий блок, второй вход которого является информационным входом цифрового рекурсивного фйльтра, второй сумматор, выход которого является выходом цифрового рекурсивного фильтра, первый и вто- рой многовходовые коммутаторы, блок памяти кодов коммутации, первый информационный выход которого соединен с входами управления первого и второго многовходовых коммутаторов

У а вход является входом управления коэффициентами цифрового рекурсив13289

40

7 ного фильтра, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности фильтрации, введены N+M сумматоров-вычитателей, N+M коммутаторов и N+M регистров, при этом тактовый и маркерные входы блока управления являются тактовым и маркерным входами цифрового фильтра, маркерный выход является маркерным выходом цифрового рекурсивного фильтра, первый синхронизирующий выход блока управления соединен с первым управляющим входом оперативного запоминающего блока, с управляющим входом первого сумматора и с управляющими входами

N регистров и Я сумматоров-вычитателей, второй синхронизирующий выход блока управления соединен с вторым управляющим входом оперативного запоминающего блока, с управляющим входом второго сумматора и с установочными входами М регистров и M сумматоров-вычитателей, первый выход оперативного запоминающего блока соединен с информационным входом первого многовходового коммутатора, N выходов которого. соединены соответственно с первыми информационными входами N сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены со знаковым выходом блока памяти кодов коммутации, а выходы соединены с входами первого сумматора и через соответствующие последовательно соединенные регистр и коммутатор соединены со своими вторыми информационными входами, второй выход оперативного запоминающего блока соединен с информационным входом второго многовходового коммутатора, М выходов которого соединены соответственно с первыми информационными входами М сумматоров-вычитателей, управляющие входы которых соединены со знаковым выходом блока памяти кодов коммутации, а выходы соединены с входами второго сумматора и через соответствующие последовательно соединенные регистр и коммутатор соединены со своими вторыми информационными входами, а второй информационный выход .блока памяти кодов коммутации соеди:нен с управляющими входами N+M ком.мутаторов.

2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что оперативный запоминающий блок содержит первую, вто- j рую и третью группы регистров из Я-1, Б и М (М 6 И) регистров соответствен20

25 8 но, при этом установочные входы регистров второй группы объединены и являются первым управляющим входом оперативного запоминающего блока, установочные входы регистров третьей группы объединены и являются вторым управляющим входом оперативного sanoминающего блока, информационные входы первого регистра первой группы и М-го регистра третьей группы объединены и являются первым входом оперативного запоминающего блока, информационный вход N-го регистра второй группы является вторым входом оперативного запоминающего блока, выходы регистров первой группы соединены с информационными входами одноименных регистров второй группы, вторые выходы которых, кроме N-го соединены с информационными входами одноименных регистров третьей группы, информационные входы регистров первой группы, кроме первого, соединены с вторыми выходами предшествующих регистров второй группы, первые выходы регистров второй группы являются первым выходом оперативного запоминающего блока, а выходы регистров третьей группы являются вторым выходом оперативного запоминающего блока.

3. Фильтр по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что блок управления содержит последовательно соединенные счетчик и дешифратор, при этом тактовый вход счетчика является тактовым входом блока управления, вход установки счетчика является маркерным входом блока управления, а первый, второй и третий выходы дешифратора являются соответственно первым и вторым синхронизирующими выходами блока управления и маркерным выходом блока управления.

4. Фильтр по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что сумматор-вычитатель содержит последовательно соединенные умножитель на 11 и последовательный сумматор, выход которого является выходом сумматора-вычитателя, установочный вход является установочным входом сумматора-вычитателя, информационный вход умножителя на 11 является первым информационным входом сумматора-вычитателя, управляющий вход является управляющим входом сумматора-вычитателя, а второй вход последовательного сумматора является вторым информационным входом сумматора-вычитателя.

|328925

ЙОЛОЖШПВЛЬНИ

Ьодна

СЛЬНЯЯ мика дарицале

&одна

ПРа

ОЮ

ГФЬМУУ я шииа

ФиаУ х6

1328925

Составитель Э.Борисов

Техред N.Èîðãåíòàë

Редактор В,Данко

Корректор В. Гирняк

Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3496/56

Производственно- полиграфическое предприятие,г.ужгород, ул.Проектная,4

«у ь, 3

6+Q с»

1 сэ

Ф