Рекурсивный цифровой фильтр

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения - упрощение рекурсивного цифрового фильтра путем исключения K умножителей. Фильтр содержит входной сумматор 1, (K-1) регистров 3 первой группы, K умножителей 4, К сумматоров 5, K регистров 6 второй группы, K регистров 7 третьей группы, блок 9 синхронизации 9 имеет вход 2, выход 8, а также вход 10 управления. Блок 9 синхронизации состоит из элементов ИЛИ 11 и 12, триггера 13, элементов И-НЕ 14 и 15 и генератора 16 тактовых импульсов. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСЛНИК HSOEPETEHHR

Й А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4336688/24-09 (22) 02,12.87 (46) 23.06,90. Бюл. Р 23 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Роман Выжиковски (PL)

Ю.С.Каневский и С.Г,Овраменко (SU) (53) 681 .32 (088,8) (56) Гун Суньюань. Систолические и волновые матричные процессоры для высокопроизводительных вычислений.

ТИИЭР, 1984, Р 7, с. 137, рис.4. (54) РЕКУРСИВНЫЙ ЦИФРПВОЙ ФИЛЫР

„.SU 1573532 A 1 (ц Н 03 Н 17/04, G 06 F 15/353

2 (57) Изобретение относится к вычислительной технике. Цель изобретения— упрощение рекурсивного цифрового фильтра путем исключения К умножителей. Фильтр содержит входной сумматор (К-1) регистров 3 первой группы, K умножителей 4, K сумматоров 5, K регистров 6 второй группы, К регистров 7 третьей группы, блок 9 синхронизации и имеет вход 2, выход 8, а также вход 10 управления, Блок 9 синхронизации состоит иэ элементов

ИЛИ 11 и 12, триггера 13, элементов

И-НЕ 14 и !5 и генератора 16 тактовых импульсов з.п ° ф-лы, 4 ил.

1573532

При подаче сигнала низкого уровня на вход 10 (фиг. 4в) входной сумматор

1 работает в режиме суммирования операндов, а блок 9 работает в первом режиме. В этом режиме на пятом выходе блока 9 (фиг. 4г) в 1,3,5... тактах работы, фильтра устанавливается сигнал высокого уровня, При этом на втором выходе (фиг. 4б).в этих так- тах появляются синхроимпульсы. На четвертом. выходе (фиг. 4д) блока 9 сигнал высокого уровня устанавливается во

2, 4, 6,... тактах работы фильтра.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки сейсмических, акустических, видео- и других

Э сигналов.

Цель изобретения — упрощение рекурсивного цифрового фильтра путем исключения К умножителей, Иа фиг.1-3 приведена электрическая структурная схема рекурсивного цифрового фильтра; на фиг,4 — временные диаграммы, поясняющие работу блока синхронизации.в режиме рекурсивной фильтрации.

1 5

Рекурсивный цифровои фильтр со,,держит входной сумматор 1, вход 2,,К-1 регистров первой группы 3.1,3.(К-1), К умножителей 4,1-4.К, К сумматоров 5,1-5.К, К регистров 6.16.К и 7.1-7.К, второй и третьей групп, выход 8, блок 9 синхронизации и вход 10 управления.

Блок 9 синхронизации содержйт первьпz 11 и второй 12 элементы ИЛИ, триггер 13, первый 14 и второй 15 элементы И-НЕ и генератор 16 тактовых импульсов, Фильтр работает следующим образом, При реализации процедуры рекурсивЗО ной цифровой фильтрации устройство должно вычислять выражение вида:

„Дт(п) =- Е b

+ h (1.) у (и-х+1), (1)

i ° 1 где с | (1), Ez (i) — коэффициенты импульсной характеристики рекурсивного цифрового фильтра; х(1) — входные отсчеты; 4 у(п) — выходные отсчеты;

2К вЂ” количество коэффициентов импульсной характеристики .фильтра °

При этом на третьем выходе (фиг. 4е) в этих тактах появляются сиихроимиульсы, Это обеспечивается тем, что уровень логического "0и иа первом входе первого элемента ИЛИ 11 обеспечивает передачу сигнала с инверсного выхода триггера 13 на его D-вход, что, в свою очередь, обеспечивает счетный режим работы триггера 13.

Такт, в котором произошло изменение сигнала на входе 10 блока 9 (фиг.4в) с высокого уровня на низкий, является нулевым тактом работы фильтра.

Поэтому в 2, 4, 6,... тактах на прямом выходе триггера 13 устанавливается сигнал высокого уровня, который поступает на пятый «ыход блока 9 . (фиг. 4г), а также разрешает передачу синхроимпульсов с второго выхода генератора 16 через. второй элемент

И-ЦЕ 15 на второй выход блока 9 (фиг, 4ж). В 1, 3, 5,.... тактах сигнал высокого уровня устанавливается на инверсном выходе триггера 13, что обуславливает появление его на пятом выходе блока 9 (фиг, 4г), а также разрешает передачу в этих тактах синхроимпульсов с второго выхода геиератора 16 через второй элемент ИЛИ

12 и второй элемент И-EIE 14 на третий выход блока 9 (фиг, 4е).

Во втором режиме работы блока 9, задающемся подачей сигнала высокîro уровня; на его вход управления, на пятом выходе блока 9 устанавливается сигнал низкого уровня, на четвертом выходе — сигнал высокого уровня, а па втором и третьем выходах в каждом такте появляются синхроимпульсы, Ца первый выход блока 9 (фиг. 4а) в первом и во втором режимах работы с второго выхода генератора 16 в каж— дом такте поступает синхроимпульс.

Регистры б.i и 7.i второй и треTbez" групп имеют входы управления выходом, При подаче сигнала низкого уровня на вход управления такого регистра на его выходе устанавливается высокоимпедансное состояние, т.е. регистр отключен. Это позволяет объединять выходы этих регистров, Б начале работы все регистры устанавливаются в нулевое состояние (цепи установки в нулевое состояние не показаны). Каждые два такта работы фильтра на его втброй вход подается новый отсчет, т.е. х(1) подается в

73532 6

5,3 .поступает на вход регистра 6,3.

lla выходе регистра .7,3, который вклы. чен в этом такте, установлен нуль.

Произведение х(1)h(3) с выхода умножителя 4,2 через сумматор 5.2 поступает на вход. регистра 6.2. На выходе. регистра 7.2, который включен в этом такте, установлен операнд x(I)Cu(2) ° !

Произведение А ы(1), поступающее с

1 выхода первого умножителя 4.1, на сумматоре 5.1 суммируется с операндом

x(l )cu(2), и результат поступает на вход регистра 6,1. В начале четвертого такта на выходе 8 устанавливается неполный выходной отсчет у(2)

= х(2)сд7(1) + x(I)cu(2) + y(l)h(2)

= А,acr(I) + x(l)cd(2). К началу четвертого такта с регистров 3.1, 3.2, 6.2

20 и 6.3 выдаются операнды Л„, x(1), x(1) h (3) и x(l ) cd(3) соответственно.

Па второй вход первого умножителя

4.1 в четвертом такте с выхода входного сумматора 1 поступает сумма

25 х(2) + x(1)h(2) = А,. В четвертом такте в умножителях 4.1, 4.2 и 4.3 формируются произведения А,Ь (2), А, (d(2) и x(l )h(4) соответственно, Произведение А,(о(2) с выхода умножителя 4.3 через сумматор 5.3 поступает на вход регистра 7.3. На выходе ре. гистра 6.3, который включен в этом такте, установлен операнд x(1)cd(3).

Произведение А,h(2), поступающее с выкода умножителя 4.2, суммируется на сумматоре 5,2 с. операндом x(I)Cd(3), и результат поступает на вход регист» ра 7,2. Произведение А h(2), поступающее с выхода первого умножителя

4,1, на сумматоре 5.1 суммируется с

40 операйдом х())й1,З)р и результат поступает на вход регистра 7 ° 1. В пятом такте на выходе входного сумматора "I сформирована сумма х(3) + x(l)h(3) +

+ A„h(2) = А.др а с регистров 3.1, 3.2, 7.2 и 7.3 выдаются соответственно операнды А,, А,, -x(!)Cd(3) + A,6V(2) и э .(1)Ь(4) .

5 15 первом и втором тактах, х(2) — в третьем и четвертом тактах, х(3) - в пятом и шестом тактах и т.д. В регистрах второй группы (j = 1, К). информация меняется в конце каждого нечетного такта, а в регистрах 7.j третьей группы — в конце каждого четного такта работы фильтра, В регистрах 3,1, 3.2, †... -3 (К-1) первой группы информация меняется в каждом такте, На первый вход умножителей

4.lр 4.2...,,4.К в четных тактах поступают соответственно коэффициенты импульсной характеристики ы(!), h(3), сну (3), h(S), м(Б), h(7), a a нечетных — h (2) cd(2), h (I.), cd(L), h(6), с7 (6) соответственно, При К=З полный отсчет на выходе 8 появляется в 2К=8-м такте.

В первом и втором тактах на вход

2 поступает исходный отсчет х{l), который в первом такте суммируется на входном сумматоре 1 с нулем, поступающим с выхода регистра 7.1, и результат суммирования поступает на второй вход умножителя 4.1, а также на информационный вход первого регистра 3.! первой группы, где фиксируется в конце первого такта. В первом такте в умножителе 4.1 формируется произведение х(1) ю (1), которое через сумматор 5.1 (так как на второй вход сумматора 5,1 с выхода регистра 6 .2 поступает нулевой операнд) поступает на вход первого 6.1 регистра третьей группы. К началу второго такта в регистрах 3.1 и 6.1 находятся с перанды х(1) и х(1)о7(1) соответственно. На выход 8 в первом такте поступает первый неполный выходной отсчет.у(1) = x(I )Cd(1) .

Во втором такте в умножителях 4.1 и 4.2 формируются произведения

x(1)h(2) и х(1)ы(2), первое из которых через сумматор 5.1 поступает на вход первого регистра 6,1 второй группы, а второе — на вход второго регистра 6,2 второй группы, К началу третьего такта на регистрах 3,! и

3.2 зафиксированы операнды х(1) и х(l) соответственно, На выходе входного сумматора.1 в третьем такте сформирована сумма х (2)+х (1) h (2) = А,.

В третьем такте в умножителях

4.1-4.3 формируются произведения

А„м(!), x(1)h(3) и х(1)ы(3) соответственно, Произведение х(I.)и7(3) с выхода умножителя 4.3 через сумматор

В пятом такте в умножителях 4.14.3 формируются произведения А о (1)р . А h(3) и А,cd(3) соответственно. Произведение с выхода умножителя 4.3 через сумматор 5.3,поступает на информационный вход регистра 6.3 . Про- изведение А ы(3), поступающее с вы 7 хода умножителя 4.2, суммируется на сумматоре 5. 2 с операндом x (l ) h (4), и результат поступает на вход регист1573532 ра 6.2. Операнд, поступающий с выхода регистра 7.2, на сумматоре 5,1 в данном такте суммируется с произведением А и(1), и результат суммиро-. вания поступает на информационный вход первого регистра 6.1 второй группы. В начале шестого такта на выходе 8 установлен новый неполный оТсчет у(3) х(3)со(1) + х(2)аи(2) +

+!х(1) с(1) + y(2)h(2) + y(1)h(3) А cu(1) + А,u(2) + х(1)со(1), k началу шестого такта с регистров 3 . 1, 3. 2, 6. 2 и 6.3 выдаются операнды A,, A,, А,h (3) + х (1) h (4) и А,й1(3) соответственно. На второй вход первого умножителя 4.1 с выхода входного сумматора 1 в шестом такте поступает сумма А .

В шестом такте в умножителях 4,1- О

4,3 формируются произведения A

4, 3 через сумматор 5.3 поступает на вкод регистра 7,3. Произведение 25

Ay&(2) „поступающее с выхода умножителя 4,2, суммируется на сумматоре 5,2 с операндом A lcd(3), и результат суммИрования поступает на вход регистра

7.2. Произведение А Ь(2), поступаю-. .пфе с выхода первого умножителя 4.1, нЬ сумматоре 5,1 суммируется с операндом x(4)h(3), и результат поступае1 на вход регистра 7,1. В седьмом такте на выходе входного сумматора 1 сформирована сумма х(4) + А h(2) +

35, + А,h(3) + x(2)h(4) А, а с регистров 3, 1, 3, 2, 7. 2 и 7.3 выдаются соответственно операнды А, А

A1со(2) + A оЭ(3) и А„Ь(4).

В седьмом такте в умножителях 4.14.3 формируются произведения АзСо(1), А h(3) и A200(3) соответственно. Произведение A<

4,3 через сумматор 5.3 поступает на 45 вход регистра 6.3. Произведение

А h(3), поступающее с выхода умножителя 4,2, суммируется на сумматоре

5.2 с операндом А,Ь{4), и результат поступает на вход регистра 6,2; Произведение А ы(1) на сумматоре 5.1 суммируется с операндом А со{2) +

+ А Cu(3), и результат поступает на информационный вход первого регистра

6,1 второй группы. В начале восьмого такта на выходе 8 установлен первый цолный выходной отсчет у(4) х (4) ы (1) + х (3) ы(2) + х (2)м>(3) +

+у (3) h (2) + у (2) h (3) + у () ) h (4) = Азсср(1) + A2 (1) + А с (2) + A,ы(3) .

F> каждом последующем четном такте работы фильтра на выход 8 выдается новый выходной отсчет.

Предлагаемы цифровой фильтр позволяет реализовать два нерекурсивных цифровых фильтра для оДной входной последовательности. Этот режим задается подачей сигнала высокого уровня ня вход 10 управления. При этом входной сумматор 1 работает в режиме передачи операнда с первого информационного входа на выход, а блок 9 работает во втором режиме. На вход

2 входные отсчеты поступают в течение двух тактов. Ela первые входы умножителей 4.1, 4,2,...,4.К в нечетных тактах работы устройства поступают соответственно отсчеты w (1), {л "(2) э (д) {3) ° (,о "(4), (5) э со (6) в в четных тактах му "(1), ы (2), cv (3), ж" (4), с "(5), где ы (l.); ш" (i) соответственно коэффициенты импульсной характеристики первого и второго фильтров. В четных тактах на выходе

8 выдаются выходные отсчеты первого фильтра, а в нечетных — второго фильтра. Регистры 7,1, 6.2, 6 ° 3,... ° 6.K в этом режиме в работе не участвуют.

Формула изобретения

1. Рекурсивный цифровой фильтр, содержащий последовательно соединенные входной сумматор, первый вход которого является входом рекурсивного цифрового фильтра, и К-1 регистров первой группы, К умножителей, первые входы которых являются входами коэффициентов, второй вход -го умножителя (i=1, К),. кроме К-го, соединен с входом i-ro регистра первой группы, а второй вход -ro умножителя соеди,нен с выходом (К-1)-го регистра первой группы, К регистров второй группы, входы записи которых объединены, К регистров третьей группы, входы записи которых объединены,.К сумматоров и блок синхронизации, причем первый вход i-ro сумматора соединен с выходом 1.-го умножителя, второй вход i-ro сумматора, кроме К-ro, соединен с выходом (i+1)-ro регистра второй группы, второй вход К-го сумматора подключен к шине логического нуля, выход i-ro сумматора, кроме первого, соединен с. входом i-ro pe; гистра второй группы, выход первого

157353 регистра второй группы является выходом рекурсивного цифрового фильтра, выход первого регистра третьей группы соединен с вторым входом входного сумматора, а первый выход блока син5 хронизации соединен с входами записи

К регистров первой группы, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения рекурсивного цифрового фильтра путем исключения К умножителей, вход и.выход i-ro регистра третьей группы, кроме первого, соединены с входом и выходом i-го регистра второй группы, вход первого ре- 15 гистра третьей группы соединен с выходом первого сумматора, а входы записи первых регистров второй и третьей групп соединены с вторым и третьим выходами блока синхронизации 20 соответственно, четвертый и пятый выходы которого соединены с управляющими входами регистров второй и третьей групп соответственно, кроме первых регистров этих групп, управ- 25 ляющие входы которых подключены к шине единицы, причем вход блока синхронизации соединен с управляющим

1О входом входного сумматора и является входом управления рекурсивного цифрового фильтра.

2. Фильтр пЬ п.1, о т л и ч а юшийся тем, что блок синхронизации содержит первый и второй элементы ИЛИ, первые входы которых являются входом. блока синхронизации, триггер, вход которого соединен с выходом первого элемента HJIH генератор тактовых импульсов, первый выход ко торого соединен с тактовым входом триггера и является первым выходом блока синхронизации, и первый и второй элементы И-НЕ, первые входы которых соединены с вторым выходом генератора тактовых импульсов, а их вторые входы — с выходом второго элемента ИЛИ и прямым выходом триггера соответственно, инверсный выход которого соединен с вторыми входами первого и второго элементов ИЛИ, причем выходы первого и второго элеменI тов И-НЕ, а также прямой и инверсный выходы триггера являются вторым, третьим, четвертым Ef пятым выходами блока синхронизации соответственно.

1573532

Составитель С.Музычук

Редактор Н.Рогулич Техред JI,Cåðäþêoâà Корректор М.Кучерявая

Тираж 663

Подписное

3 аказ 1647

ВЫКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101