Цифровой фильтр

 

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано при обработке стационарных (негауссовых) сигналов, например , в системах сжатия данных и обработки изображений, корреляционного и спектрального анализа и т.п. Цель изобретения - расширение области применения за счет определения статистически устойчивого числа нулей высоких порядков повторноразностных и повторно-суммарных сигналов. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входит блок центрирования 1. счетчик 2. М+1 (М - порядок фильтра) вычислительных блоков 3.1 -З.М + 1, первый из которых содержит аналого-цифровой преобразователь 4, а последующие - буферный регистр 5 и сумматор 6, причем каждый вычислительный блок включает генератор случайных чисел 7, узел сравнения 8, формирователи импульсов 9, 10,11 ..элемент ИЛИ 12. счетчик 13 и буферный регистр 14. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„, SU„„1695323 А1 (st)s 6 06 F 15/353

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :-::;-, .:

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4719428/24; 4719423/24 (22) 11.07.89 (46) 30.11,91. Бюл. N. 44 (72) А.В. Тимченко, О.P. Пристайко и С.В.

Тимченко (53) 681.32(088.8) (56) Авторское свидетел ьство СССР

N. 1287183, кл. G 06 F 15/36, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 1568213, кл. G 06 F 15/36, 1988. (54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано при обработке стационарных (негауссовых) сигналов, например, в системах сжатия данных и обработки иэображений, корреляционного и .

Изобретение относится к автоматике, вычислительной и измерительной технике и может быть использовано при обработке стационарных (негауссовских) сигналов, например, в системах сжатия данных и обработки изображений, корреляционного и спектрального анализа и т.п.

Цель изобретения — расширение области применения за счет определения статистически устойчивого числа нулей высоких порядков повторно-разностных и повторно-суммарных сигналов.

На чертеже приведена функциональная схема цифрового фильтра.

Цифровой фильтр содержит блок центрирования 1, счетчик 2 (интервала реализации), М+1 вычислительных блоков

3.1-3,M+1, (М > 2), первый из которых содержит аналого-цифровой преобразователь

4 (АЦП), второй и последующие (входной) буферный регистр 5 и сумматор 6, каждый спектрального анализа и т.п. Цель изобретения — расширение области применения за счет определения статистически устойчивого числа нулей высоких порядков повторноразностных и повторно-суммарных сигналов. Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входит блок центрирования 1, счетчик 2, М+1 (М— порядок фильтра) вычислительных блоков

3.1 — 3.M + 1, первый из которых содержит аналого-цифровой преобразователь 4, а последующие — буферный регистр 5 и сумматор 6, причем каждый вычислительный блок включает генератор случайных чисел 7. узел сравнения 8, формирователи импульсов 9, 10, 11. элемент ИЛИ 12, счетчик 13 и буферный регистр 14. 1 ил. из вычислительных блоков З.К (K> 1) содержит генератор 7 случайных чисел, узел 8 сравнения, формирователи импульсов 9-11, элемент ИЛИ 12, счетчик 13 (импульсов), (выходной) буферный регистр 14, информационный 15, тактовый 16. входы, выходы

17.1 — 1 — 17.(M + 1) цифрового фильтра, Цифровой фильтр работает следующим образом.

Входной аналоговый сигнал подается на информационный вход 15. В блоке 1 из входного сигнала удаляется постоянная составляющая и одновременно производится коррекция спектра сигнала с подавлением и подчеркиванием отдельных частотных полос. В каждом блоке З.К {К > 1) за время, равное интервалу реализации и, определяемому частотой Т дискретизации и коэффициентом N деления счетчика 2, производится определение числа нулей к-го порядка стационарного (негауссовского) 1695323 центрированного входного сигнала: в первом блоке 3.1 — число пересечений входным сигналом случайной кривой, во втором блоке 3.2 — число пересечений первой производной входного сигнала случайной кривой, 5 в третьем блоке 3,2 — число пересечений второй производной входного сигнала случайной кривой и т.д. Случайные кривые в блоках 3,1 — 3,М+1 являются статистически независимыми, В конце интервала реалиэа- 10 ции®указанные значения записываются в выходные буферные регистры 14 блоков 3 и поступают на выходы 17.

Это производится так, С входа 16 на тактовый вход счетчика 2 15 поступает непрерывная последовательность импульсов, частота Т которых равна частоте дискретизации входного сигнала и определяет разрешающую способность цифрового фильтра и точность определения 20 числа нулей высоких порядков входного сигнала. В блоке 3.1 центрированный входной сигнал подвергается дискретизации и квантованию с частотой T при помощи АЦП 4, -1 на выходах которого формируется знак и 25 абсолютное значение отсчета входного сигнала по правилу

Р(") = Е(" ENT(+ 0,5), (1) >мий

30 где P (")m — численное значение отсчета входного с(и гнала;

Е "m — его знак, Х л — отсчет входного сигнала в моменты дискретизации, S " H — минимальный ненулевой шаг квантования, ENT(,) — целая часть величины (,).

Квантующая характеристика АЦП 4, согласно (1). соответствует квантующей характеристике с центральным подавлением слабых сигналов.

Генератор 7 случайных чисел генерирует по импульсам с тактового входа 16 последовательность случайных чисел { tm (1 диапазон изменения которых соответствует

45 диапазону изменения квантованного сигнала { Рп ") } с выхода АЦП 4. Узлом 8 сравнен 1 производится сравнение значений

P m и 2п, причем при выполнении услох 1) вий P m 2п на выходе узла 8 формиру(х) 1) ется сигнал логической "единицы", а при

P(" m <2()и — сигнал логического "нуля", За время интервала реализации g) в первом блоке 3.1 при помощи узла 8 сравнения и счетчика 13 производится подсчет числа пересечений входным центрированнь(м сиг(1 налом случайной кривой { 2 ) }изменения выходного сигнала узла 8 сравнения из "единицы" в "ноль" и иэ "ноля" в

"единицу", В конце интервала реализации И) по переднему фронту импульса с выхода счетчика 2 содержимое счетчика 13 записывается в регистр 14, а счетчик 13 обнуляется, т.е. подготавливается к следующему циклу накопления. Таким образом, на выходах регистра 14 блока 3.1 формируется число нулей первого порядка центрированного входного сигнала, которое сохраняется на этих выходах в течение следующего интервала реализации, Формирование числа нулей К-го порядка (К = 2) центрированного входного сигнала рассмотрим на примере блока 3:к (K = 2), Последовательность отсчетов { P х) поступающая с выходов АЦП 4, стробируется в регистре 5 блока 3 2, в результате чего за период дискретизации Т на входах и выходах этого регистра 5 присутствуют значения Р m и Р п-1, поступающие на входы (х) (х) сумматора 6. Сумматор 6 осуществляет вычитание (при работе в дополнительном коде) значения Р„-1 иэ Р и, т.е, осуществляет операцию повторного вычитания Хп= Р m — Р (х) (x) которая при к = 2 соответствует формированию первой разности дискретизированного и квантованного центрированного входного сигнала. Одновременно генератор 7 по импульсам с тактового входа 16 генерирует последовательность случайных чисел

{ 2 m), диапазон изменения которых соот(2) ветствуетдиапазону изменения первой разности {v Х j с выхода сумматора 6. При помощи узла 8 пооиэводится сравнение эначений Х и 2 причем при выполнении условия ХП 2ГП ) на выходе узла 8 формируется сигнал логической "единицы", а при vXm< 2 )m — сигнал логического "нуля".

Изменение выходного сигнала узла 8 сравнения(из "нуля" в "единицу" и из "единицы" а ""нуль") подсчитывается счетчиком 13 эа интеовал реализации,й)и записывается по сигналу с выхода счетчика 2 в конце интервала реализации в регистр 14, а счетчик 13 обнуляется, чем подготавливается к новому циклу накопления. Таким образом, на выходах регистра 14 блока 3.2 формируется число нулей второго порядка центрированного входного сигнала (число пересечений первой разностью входного сигнала случайной кривой { 2п ) ), которое сохраняется на этих выходах в течение следующего интервала реализации.

Блоки 3.к (к > 2) работают аналогично, выполняя разностную операцию к-1)((к-2 Х ) 1Ук-2 Х Pк-2 )( и подсчитывая число пересечений сигналом

{ р Xm }случайной кривой { 2П, } за интер(к) вал реализацииф.

1695323

10

Поэтому на выходах выходного буферного регистра 14 (выходах 17.к) блока З.к формируется значение числа нулей стационарного (негауссовского) центрированного входного сигнала К-го порядка. которое сохраняется на этих выходах в течение следующего интервала реализации, На выходах

17.к+1 формируется повторно-раэностный сигнал (к-1)-го порядка (д" Xm} .

При повторно-суммарной обработке сигналов сумматоры 6 вычислительных блоков 3.1 — З,M+1 работают с числами в прямом виде, т.е. в режиме суммирования.

При генерации генератором 7 случайных чисел последовательности нулей (что эквивалентно его совместному с узлом сравнения 8 исключению из схемы с прямым соединением входов формирователей

9, 11 с выходом сумматоров 6 либо АЦП 4 определение числа нулей будет происходить без статистической устойчивос1.и результатов.

Формула изобретения

Цифровой фильтр, содержащий блок центрирования, счетчик и У+1 (M — порядок фильтра) вычислительных блоков, причем первый выход 1-го (! = 1, М+1) вычислительного блока является 1-м информационным выходом фильтра, второй выход)-го () = 1, м) вычислительного блока подключен к информационному входу (j + 1)-го вычислительного блока, информационный вход первого вычислительного блока подключен к выходу блока центрирования, вход которого является информационным входом фильтра, первые тактовые входы всех вычислительных блоков подключены к выходу переноса счетчика, счетный вход которого соединен с вторыми тактовыми входами всех вычислительных блоков и подключен к тактовому входу фильтра, причем i-й вычислительный блок содержит три формирователя импульсов, элемент ИЛИ, счетчик и первый буферный регистр, информационный вход которого подключен к информационному выходу счетчика, счетный вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый

50 и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго формирователей импульсов, вход обнуления счетчика подключен к выходу третьего формирователя импульсов, вход которого соединен с тактовым входом первого буферного регистра и подключен к первому тактовому входу вычислительного блока, первым выходом которого является выход первого буферного регистра, при этом к-й (к = 2, M+1) вычислительный блок содержит дополнительно сумматор и второй буферный регистр, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с информационным входом второго буферного регистра и подключен к информационному входу вычислительного блока, вторым .выходом которого является выход сумматора, тактовый вход второго буферного регистра является вторым тактовым входом вычислительного блока, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения области применения за счет определения статистически устойчивого числа нулей высоких порядков повторно-разностных и повторно-суммарных сигналов, в i-й вычислительный блок введены генератор случайных чисел и узел сравнения, а в первый вычислительный блок введен аналогоцифровой преобразователь, при этом в i-м вычислительном блоке выход генератора случайных чисел подключен к первому входу узла сравнения, выход которого подключен к входам первого и второго формирователей импульсов, а тактовый вход генератора случайных чисел подключен к второму тактовому входу вычислительного блока, причем в первом вычислительном блоке выход аналого-цифрового преобразователя подключен к второму входу узла сравнения и второму выходу вычислительного блока, к информационному входу которого подключен информационный вход аналого-цифрового преобразователя, тактовый вход которого подключен к второму тактовому входу вычислительного блока, в к-м вычислительном блоке выход сумматора подключен к второму входу узла сравнения.

1695323!

17./

Составитель А.Баранов

Техред M.Moðãåíòàë Корректор M.Øàðîøè

Редактор Т,Орлова

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

Заказ 4164 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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