Устройство для цифровой фильтрации

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сейсмических, радиолокационных видеои других сигналов. Цель изобретения - упрощение устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят N (N - порядок фильтра) входных регистров N умножителей 2,-2, N регистров коэффициентов 3,-3р4, N сумматоров 4,-4м, N блоков регистров 5,-5ц коммутатор 6, блок синхронизации, имеющий выходы синхронизации 8.1- .N, 9.1-9.N, 10.1-10.N, 11-14. 4 ил. с $ / EOSffff SfBOK/JKO

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ((9> SU ((() А1 (и 4 С 06 F 15/353

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСМ0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4113860/24-24 (22) 01.09,86 (46) 29.02.88. Бюл. Ф 8 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Ю.С.Каневский, С.Э..Котов и А.П.Иморгун (53) 681.32(088.8) (56) Ф.Уильячис. Цифровая интегральная схема для фильтрации видеосигналов, Электроника, 1983, У 20.

Авторское свидетельство СССР

9 1196894, кл. G 06 F 15/353, 1985. (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сейсмических, радиолокационных видеои других сигналов. Цель изобретения— упрощение устройства, Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят N (N— порядок фильтра) входных регистров

I<-1<„, N умножителей 2, -2(<, N регистров козффициентов 3,-3,<, N сумматоров 4,-4«, N блоков регистров 5<-5« коммутатор 6, блок синхронизации, имеющий выходы синхронизации 8,1- Ф

®

9.N, 10.1 — IO,N, 11 — 14. 4 ил.

1377872

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

Целью изобретения является упрощение устройства.

На фиг. 1 показана структурнаясхема устройства; на фиг, 2 — структурная схема блока синхронизации; на фиг. 3 — последовательность управляющих сигналов при цифровой фильтрации; на фиг. 4 — то же, при вычислении ДПФ. 15

Устройство для цифровой фильтрации (см. фиг. 1) содержит N входных регистров 1. i (1. = 1,N) N умножителей 2.i, N регистров З.i коэффициентов, N сумматоров 4.i, N блоков 5.i 20 регистров результата, коммутатор 6, блок 7 синхронизации, выходы блока синхронизации 8. 1-8. N 9 . 1-9 . N 10. 110. N, l l — 14.

Блок 7 синхронизации (фиг. 2) со - 25 держит генератор 15, элемент И 16, счетчик 17, узел 18 постоянной памяти (ПЗУ), в котором хранятся программы управления устройства.

Рассмотрим работу устройства в 30 режиме цифрового фильтра.

Устройство должно вычислять выражение вида:

Х(к) = x(k-п)1т(п), где h(n) — коэффициенты импульсной характеристики;

x(i) — отсчеты входного сигнала.

Для простоты описания рассмотрим случай, когда N = 3, т,е, устройство должно обеспечить следующие выражения:

Х(0) = х(0) п(0) 4

Х(1) = х(1) ° h(0)+x(0) ° h(1);

Х(2) = х(2) h(0)+x(1) h(1)+x(0)h(2), Условимся, что прием информации во все регистры осуществляется по зад50 нему фронту синхроимпульса.

Прежде чем реализовать непосредственно процедуру цифровой фильтрации, требуется загрузить коэффициенты импульсной характеристики в регистры коэффициентов З.i. На вход задания коэффициентов устройства последовательно поступают h(0), h(1), h(2), которые по синхроимпульсам, подаваемым с выходов 8.1-8.3 блока 7 синхронизации, принимаются в регистры

3.3, 3.2 и 3.1 соответственно. После этого начинается процедура цифровой фильтрации. Первоначально в регистрах блока 5.i записаны нули. Коммутатор 6 осуществляет пропуск "0" на второй вход сумматора 4.1 °

В конце первого такта входной отсчет х(0) принимается по сигналам с выходов 9.i и 11 блока 7 синхронизации во все входные регистры l.i.

Во втором такте на выходах умножителей 2.i получим произведения

x(o)h(N-i), которые будучи сложенными с нулями на сумматорах 4.i, в конце такта записываются в блоки 5.i регистров. В блок 5.3 регистров принимается произведение x(0)h(0) т.е ° отсчет Х(0). Кроме того, в конце второго такта в регистры l.i принимается входной отсчет Х(1).

В третьем такте на выходах умножителей 2.i получим произведения х(1)h(n-i), каждое из которых суммируется с произведениями, полученными в предыдущем такте и хранящимися в блоках 5.i регистров. В конце третьего такта в блок 5.3 регистров принимается сумма х(1)h(0),+х(0)h(1), т.е.

Х(1), в блок 5.2 регистров принимается сумма x(1)h(l)+x(0)h(2). Кроме того, в конце третьего такта в регистры l.i принимается отсчет х(2).

В четвертом такте на выходах умножителей 2.i получим произведения х(2)h(N-i), каждое из которых суммируется на сумматорах 4.i с результа— тами предыдущего такта вычислений в конце 4-ro такта. R блок 5.3 регистров принимается х(2)h(О)+х(1)h(1)+

+x(0)h(2),. т,е. отсчет Х(2).

На этом процедура цифровой фильтрации входного массива х() длины

N заканчивается. При необходимости обработки новой последовательности входных данных работа устройства повторяется, начиная с первого такта.

Повторно загрузка коэффициентов импульсной характеристики выполняется только при их изменении.

Рассмотрим работу устройства при выполнении дискретного преобразования

Фурье (ДПФ). Прием информации в регистры осуществляется по заднему фронту синхроимпульса. Перед выполнением

ДПФ выполняется загрузка весовых кохп эффициентов N в регистры З.i коэф1377872 н- () = .Qx(h) ° W» О k 77 — 1 (2)

n=o

Ъ где x(n) — элементы. исходной последовательности;

Х(1 ) — элементы преобразованной последовательности

«п весовые коэффициенты, «а («n) мо4 М н н

Поскольку в формуле (2) величины

x(n), X(k), W „ являются комплексными, все элементы предлагаемого устройства рассчитаны на обработку комплексных чисел.

Требуется выполнить следующие вычисления для получения 6 выходных отсчетов:

Х(0) = х(0)Мб+х(1)17 +х(2)йб+х(3)17б+

+x (4) Wб+х (5) W,;

Х(1) — х(0)Ъ7б+х (1)17 +х(2) We+x(3) We+

+х(Иб+x(5)Wб;

Х(2) = x(0)We+x(1)We+x(2)W +x(3)W,+

+x(4) W6+x(5) W ; (3) Х(3) = x(0)We+x(1)W+x(2)W+x(3)We+

+х (4 ) W6+õ (5 ) W ;

Х(4) = х(0)И +х(1)Ч +x(2)We+x(3)We+

+ х(4)Иб+x(5)W ;

Х(5) = х(0)Иб+х(1)Чб+х(2) «7б+х(3) «7б+

+х(4) Мб+х (5) Ъ7б .

Учитывая. симметричность весовых

Ко коэффициентов W „, достаточно выполнить умножение на W „, где i = О, 1,2, ...,N/2-1, а при вычислении сумм

«п

;Е.z(n)N„ в соответствии с формулой

«и (2) — вычитание, учитывая, что Мц т

М

Х(0) = x(0) W +х(1)Чб+х(2)Иб+x(3) Wl+

+х(4) W +x(5) W6; фициентов: коэффициент W„ загружается в регистр 3.2, коэффициент WÄ в регистр 3.3 и т.д. Коэффициенты загружаются только один раз.

Устройство должно вычислять следующее выражение:

Х(1) = х(0)W;+x(1)We+x(2)W +х(3)Wб+

+x(4)WI,+x(5)w

Х(2) = x(0)We+x(1)W,+x(2)We+õ(3)W +

+х(4)W +х(5)W (4) Х(3) = x(0)We+x(1)W +x(2)W +x(3)йб+

+х (4) W +х (5) W

Х(4) = х(0)Wб+х(1)We+х(2)W6+x(3)W6+

+х(4) W6+x(5)W„

Х(5) = х(0)У +х(1)We+x(2)W +х(3)Иб+

20 +x(4) W +x(5)We, В исходном состоянии в блоки 5.i регистров результата записаны нули.

Коммутатор 6 осуществляет пропуск "О"

25 на второй вход сумматора 4.1.

В первом такте на вход данных поступает x(0), которое в конце такта принимается в регистр 1.1. °

Во втором такте на выходе умножителя 2,1 получим произведение х(0)Я которое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.1 регистров результата.

В третьем такте на выходе умножио тели 2. 1 получим произведение х (0) Wб, 35 которое в конце такта поступает во второй регистр блока 5.1 регистров результата и в регистр 1.1. Кроме того, в конце третьего такта в регистр

1,2 принимается отсчет х(1).

В четвертом такте на выходе умножио теля 2. 1 получим произведение х (0)И на выходе умножителя 2.2 — произве-! дение x(1)We, на выходе сумматора 4.2

45 сумму х(0)баб+к(1)Иб, котоРая в конце такта принимается в первый регистр блока 5.2 регистров результата. В первый регистр блока 5.1 записывается

x(0)W °

В пятом такте на выходе умножитеI ля 2. 1 получим произведение х (1) We на выходе умножителя 2.2 — произвеI дение х(1)Мб, на выходе сумматора

4. 2 — разность х (0)17 -х (1) Иб, которая в конце такта принимается во второй регистр блока 5.2 регистров результатов. Во второй регистр блока о

5. 1 записывается х (0) W . В регистр

1 . 2 принимается х (1) W ° Кроме того, 5 1377872 в конце пятого такта в регистр 1.3 т принимается отсчет х(2). б

В шестом такте на выходе умножи- п теля 2. 1 получим произведение х (0) W,, в 1 на выходе умножителя 2.2 — произ- р ведение x(1)W6, на в7 ходе умножите- р ля 2.3 — произведение х(2)И, на х о выходе сумматора 4.2 — сумму x(0)M + м

+х(1)М, которая в конце такта при- 10 В нимается в первый регистр блока 5 ° 2. р

На выходе сумматора 4.3 получим сум- к му x(0)W +x(1)W6+x(2)W, которая в и конце такта принимается в первый регистр блока 5.3. В первый регистр 15 т блока 5.1 поступает x(0)W . н

В седьмом такте на выходе умножи- н

2 теля 2. 1 получим произведение x(0)M<, и на выходе умножителя 2.2 — произве- м

2 дение x (E ) M<, на выходе умножителя 20 +

2.3 — произведение х(2)М, на выходе ц

2 сумматора 4.2 — разность х(0)М 3

6 б

x(E)W<, которая в конце такта посту — и

30 пает во второй регистр блока 5.3. На выходе сумматора 4.3 получим выражение х (О) М6 — х (1 ) Mz+x(2) W 6в которое в конце такта принимается во второй регистр блока 5.3. В регистр 1.2 принимается х(1)W>, в регистр 1.3—

x(2)W> . Кроме того, в конце седьмого такта в регистр 1,1 поступает отсчет х(3) и выход 12 блока синхронизации 7 переключает коммутатор 6 таким образом, что он пропускает данные, поступающие на его второй информационный вход.

В восьмом такте на выходе умножио теля 2.1 получим произведение x(3)W„ на выходе умножителя 2.2 — произведение x(1)W6, на выходе умножителя 40

2,3 — произведение х(2)W<. На выходе сумматора 4,1 получим выражение х(0)W,+х(1)Wb+x(2)W -х(3)М6, котоРое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.1. На выходе сумма- 45 тора 4.2 получим разность x(O)W x(1)M, которая в конце такта принимается в первый регистр блока 5,2, На выходе сумматора 4.3 получим выражение x(0)W +x(1)N -x(2)M кото-. рое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.3.

В девятом такте на выходе умножио теля 2,1 получим произведение x(3)M, на выходе умножителя 2.2 — произведение x(1}W, на выходе умножителя 2.3

4 произведение x(2)M, на выходе сумматора 4.1 — выражение x(0)W -x(E)M<+ о

+x(2)W +x(3)W, которое в конце така принимается во второй регистр лока 5. 1. На выходе сумматора 4.2 олучим сумму х(О)17 +х(1) W, которая конце такта принимается во второй егистр. блока 5.2. На выходе сумматоо з а 4.3 получим разность x(0)M -x(1)W,1 (2)W<, которая в конце такта приниается во второй регистр блока 5.3, регистр 1,Е принимается x(3)W, в егистр 1.3 — x(2)M<. Кроме того, в онце девятого такта в регистр 1.2 ринимается отсчет х(4).

В десятом такте на выходе умножио еля 2.1 получим произведение x(3)M„ а выходе умножителя 2,2 — произведе-! ие х(4)176, на выходе умножителя 2.3 роизведение х(2)Ч . На выходе суматора 4.1 получим выражение х(0)176+

x(E)W<-x(2)M +х(3)"7, которое в коне такта принймается в первый регистр лока 5.1. На выходе сумматора 4.2 о Ч олучим выражение х (О) W +x (1) W +

2 о

+х(2)W<-x(3) W -х(4)Ъ76, которое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.2. На выходе сумматора 4.3

0 о получим выражение x(0)Wz-х(1)И + о

+ х(2)Ч6, которое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.3.

В одиннадцатом такте на выходе умножителя 2.1 получим произведение

x(3)W<, на выходе умножителя 2.2

1 произведение x(4)M, на выходе умножителя 2.3 — произведение x(2)M .На выходе сумматора 4.1 получим выражение х(0)Ы6 х(1)И6 х(2)Мь х(3)176 ко торое в конце такта принимается во второй регистра блока 5.1, На выходе сумматора 4.2 получим выражение

x(0)Ws x(1 )We+x(2)Wo+x(3) 7 -x(4)Ы, которое в конце такта приникается во второй регистр блока 5.2. На выхоО де сумматора 4,3 получим сумму x(0)M<+

+x(1)W +х(2)Ч, которая в конце такта принимается во второй регистр блока 5.3. В регистр 1.1 принимается р(3)17, в регистр 1.2 — х(4)Ы . Кроме того, в конце одиннадцатого такта в регистр 1,3 принимается отсчет х(5),.

В двенадцатом такте на выходе умножителя 2.1 получим произведение

x(3)W, на выходе умножителя 2.2— произведение x(4)W, на выходе умножителя 2.3 — произведение х(5)И, На выходе сумматора 4.E получим выражение х(0)W<-х(1)W<+x(2) W — х(3)М6, которое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.1. На выходе сумматора 4.2 получим выражение

1377872 х(0)И +х(1)И -х(2)И +х(3)И +х(4)М которое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.2. На выходе сумматора 4.3 .получим выражение х(0)И +к(1)W<+x(2)М вЂ” х(3)И -х(4)И + х(5)М = X(1), которое в конце такта . принимается в первый регистр блока

5.3.

В тринадцатом такте на выходе ум- 10 ножителя 2.1 получим произведение о

x(3)W„на выходе умножителя 2,2

2 произведение х(4)И, на выходе умг ножителя 2.3 — произведение x(5)W

На выходе сумматора 4.1 получим сум- 15 му х(0)И +х(1)И +х(2)И +х(3)И, которая в конце такта принимается во второй регистр блока 5.1. На выходе сумматора 4.2 получим выражение х (0) W x (1) М -х(2) М -х (3) W +x (4) W, 20 которое в конце такта принимается во второй регистр блока 5.2. На выходе сумматора 4,3 получим выражение

x(0)Wg -x(1)Wg+x(2)W +x(3)W -х(4)М6+

+x(5)W; = Х(4), которое в конце такта25 принимается во второй регистр блока

5.3. В регистр 1.2 принимается х(4)И, в регистр 1.3 — x(5)W<.

В четырнадцатом такте на выходе .умножителя 2.2 получим произведение 30 з х(4)М6, на выходе умножителя 2.3 произведение х(5)М . На выходе сум 6 о матора 4.2 получим выражение x(0)W6x (1) W +х (2) W — х (3) М;„+х (4) Wq, которое в конце такта принимается в первьй регистр блока 5.2. На выходе суммао тора 4.3 получим выражение х.(0)W +

+ х (1) Мь-х (2) И +х (3) Мь+х(4) Иб х (5) Иб= = Х(2), которое в конце такта принимается в первый регистр блока 5.3. 40

В пятнадцатом такте на выходе умножителя 2.2 получим произведение г

x(4)W„на выходе умножителя 2.3 произведение x(5)W . Ha выходе сум6 о матора 4.2 получим сумму x(0)W + 45

+ х(1)W +x (2)Wg+x(3) И +х (4) Wg, рая в конце такта принимается во второй регистр блока 5.2. На выходе сумматора 4.3 получим выражение x(0)W—

x(1) W î х (2) W6-х (3) W<+x(4) W +x (5) W = 50

= X(5), которое в конце такта принимается во второй регистр блока 5.3. В

В регистр 1.3 принимается х(5)И

B шестнадцатом такте на выходе умножителя 2,3 получим произведение

x(5)W . На выходе сумматора 4.3 получим выражение х(0)И -.х(1)И +х(2)Мьх(3)И -x(4)W -x(5)М = Х(3), которое в конце такта принимается в первьй регистр блока 5 ° 3.

В семнадцатом такте на выходе умножителя 2.3 получим произведение о

x(5)Wq. На выходе сумматора 4.3 получим сумму x(0)W6+х(1)И6+x(2)«6+

+х(3)М +х(4)И +х(5)И = Х(О), которая в конце такта принимается во второй регистр блока 5.3.

Далее работа устройства аналогична.

Блок 7 синхронизации работает следующим образом. При поступлении сигнала "Пуск" на вход элемента И 16 с генератора 15 синхронизирующие импульсы через элемент И 16 подаются на счетный вход счетчика l7, который начинает счет с нулевого значения, так как сигнал "Пуск" устанавливает счетчик 17 в нуль. С выхода счетчика 17 на адресные входы ПЗУ 18 поступает последовательность адресов команд для управления работой устройства.

ПЗУ 18 хранит программы загрузки коэффициентов, цифровой фильтрации и вычисления ДПФ. Выбор требуемой программы осуществляется подачей управ- . ляющих сигналов на адресные входы ПЗУ

18. Сигнал "Режим" обеспечивает выбор режима фильтрации (единичное значение сигнала) либо режима вычисления

ДПФ (нулевое значение сигнала). Пода- . чей единичного сигнала на вход "Загрузка" осуществляется выбор программы, осуществляющей прием коэффициентов фильтра либо весовых коэффициентов для ДПФ в регистры З.i.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для цифровой фильтрации, содержащее N (N — порядок фильтра) входных регистров, N регистров коэффициентов, N умножителей,,N сумс маторов, Й блоков регистра и блок синхронизации. i-й (i = 1,N) выход первой группы которого подключен к тактовому. входу i-го регистра коэффициента, вывод которого подключен к первому входу i-го умножителя, выход которого подключен к первому входу i-го сумматора, выход которого подключен к информационному входу

i-го блока регистров, i-й выход второй группы блока сичхронизации подключен к входу разрешения приема i-ro входного регистра, i-й выход третьей

9 1377872 ие. 2 группы блока синхронизации подключен к входу синхронизации i-го сумматора, первый выход блока синхронизации подключен к тактовым входам блоков регистров и входных регистров, вто— рой и третий выходы блока синхронизации подключены соответственно к входам разрешения приема и входам разрешения выдачи блоков регистров, выход

:i-го входного регистра подключен к второму входу 1-ro умножителя, выход

j-го (j = 1,N-f) блока регистров подключен к второму входу (j+f)-го сумматора, а выход N-ro 6voxa perzстров является информационным выходом устройства, информационным входом которого являются соединенные между собой первые информационные входы входных регистров, информационные вхо o ды регистров коэффициентов соединены между собой и являются входом задания коэффициентов устройства, входом запуска которого является вход запуска блока синхронизации, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит коммутатор, выход которого подключен к вто— рому входу первого сумматора, выход

N-ro блока регистров подключен к первому информационному входу коммутатора, второй информационный вход которого является входом задания логического нуля устройства, входом задания режима загрузки коэффициентов и входом задания режима вычислений которого являются соответственно первый и второй входы задания режима блока синхронизации, четвертый выход которого подключен к управляющему входу коммутатора,. а выход i-го (i = 1,N) умножителя подключен к второму информационному входу i-го входного регистра.

1377872

9.1 !

О.J !

Составитель Ю.Ланцов

Редактор И. Рыбченко Техред M.Дидык Корректор М.Шароши

Заказ 876/47 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4