Цифровой нерекурсивный фильтр

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении специализированных ЭВМ для цифровой обработки сигналов. Целью изобретения является повышение производительности за счет увеличения частоты поступления входных отсчетов. Для этого цифровой нерекурсивный фильтр содержит L групп из К процессорных элементов (К - количество коэффициентов импульсной характеристики ), блок ввода и три группы регистров . Предлагаемый фильтр за счет новой организации вычислительного процесса , обеспечиваемой дополнительными линейками процессорных элементов с предложенной конфигурацией связей, имеет производительность в L раз выше, чем прототип . 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 ил. у Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Е ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4888771/24 (22) 05.12.90 (46) 07.11.92. Бюл. N 41 (71) Киевский политехнический институт им.

50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Р.Выжиковски (PL), !О,С.Каневский и

С.Г.Овраменко (SU) (56) Плакс Т. Систолические структуры одномерной свертки. Тезисы доклада, 1-я Всесоюзная конференция "Однородные вычислительные среды и систолические структуры, т. 1, 17-20 апреля 1990, с. 107112.

Авторское свидетельство СССР

N 1314392, кл. G 06 F 15/353, 1985, (54) ЦИФРОВОЙ НEÐEКУРСИВНЫЙ

ФИЛЬТР

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении специализированных ЭВМ для цифровой обработки сигналов.

Целью изобретения является повышение производительности.

Сравнительный анагиз прототипа и заявляемого устройства показывает, что заявляемое устройство за счет новой организации вычислительного процесса, обеспечиваемой дополнительными линейками процессорных элементов с предложенной конфигурацией связей, имеет. производительность o L раза выше, чем прототип, Неизвестно использование такой совокупности отличительных признаков в других

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИ. Ж» 1774349 А1 (5!) s G 06 F 15/353, Н 03 Н 17/04 (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при построении специализированных 3ВМ для цифровой обработки сигналов. Целью изобретения является повышение производительности за счет увеличения частоты поступления входных отсчетов. Для этого цифровой нерекурсивный фильтр содержит ! групп из К процессорных элементов (К— количество коэффициентов импульсной характеристики), блок ввода и три группы регистров. Предлагаемый фильтр за счет новой организации вычислительного процесса, обеспечиваемой дополнительными линейками процессорных элементов с предложенной конфигурацией связей, имеет производительность в! раз выше, чем прототип. 1 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 ил. источниках, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию

"существенные отличия".

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— структура процессорного элемента. В табл.

1, 2, 3, 4 приведены первые десять тактов работы устройства.

Устройство содержит 1. групп по К процессорных элементов 1,!чл (1=1,К, !ч =1,!, где

К вЂ” количество коэффициентов импульсной характеристики), группу регистров 2.йл, 2.N.!.j (!=1, ..., L, j=1, 2); группу регистров

3.!чл, выходы 4.1-4Л, блок 5 ввода, вход 6, группу регистров 7.1-7.L. Процессорный элемент 1.Ю (фиг. 2) состоит из умножителя

8 и сумматора 9. Блок 5 ввода содержит

1774349

10

20 у" (4)=у (4)+а(2)х(3) 25

40

55 группу последовательно соединенных регистров 10.1...10.1, генератор 11 тактовых импульсов, счетчик 12 и дешифратор 13.

Рассмотрим работу устройства для случая L=3, К=4. Правило формирования выходных отсчетов у(п) имеет вид у(п)=а(1)х(п)+ а(2) x(n-1)+... + a(t)x(n-t-1)+... ... + а(К)х(п- k+1), где К вЂ” число весовых коэффициентов фильтра;

a(i) — весовые коэффициенты; хО), y(n) — отсчеты на входе и выходе устройства соответственно (j-n+1,2,3,...).

Для случая К=4 полный выходной отсчет имеет вид

y(n)=a(1)x(n)+a(2)x(n-1)+а(3)х(п-2)+a(4)x(n-2).

В начале работы устройства на его вход поступает L нулевых отсчетов.

В первые К микротактов в цепочку регистров 10.1...10. К блока 5 сопряжения последовательно записываются К входных отсчетов. В начале такта информация с вы-. хода блока сопряжения зафиксирована в соответствующих регистрах 7.1...7.К первой группы. причем х(1) записан в регистр 7.1, х{2) — в регистр 7.3 и х(3) — в регистр 7.2. К началу второго такта в этих регистрах зафиксированЫ соответственно входные отсчеты х(4), х{6), х(5). в третьем такте— соответственно х(7), х(9), х(8) и т.п.

К началу работы устройства на третьи информационные входы процессорных элементов 1.1л, 1.2л, ..., 1Л л поступает коэффициент а(т) импульсной характеристики (t=1, ..., К).

К концу первого такта с первого выхода процессорного элемента 1.1.1 на вход регистра 2 1.1 поступает входной отсчет х(1), а с второго выхода на вход регистра 3.1.1 поступает у(1)=а(1)х(1). К концу второго такта с первого выхода процессорного элемента

1.1.1 на вход регистра 2.1.1 поступает входной отсчет х(4), а с второго выхода на вход регистра 3.1.1 поступает результат у (4)=а(1)х(4).

К концу первого такта с первого выхода процессорного элемента 1.2.1 на вход регистра 2.2.1 1 поступает входной отсчет х(3), а с второго выхода процессорного элемента

1.2.1 на вход регистра 3.2.1 поступает резул ьтат у (3)=а(1)х(3). К концу второго такта с первого выхода процессорного элемента

1.2.1 на вход регистра 2.2,1.1 поступает входной отсчет х(6), а с его выхода на вход регистра 2.2.1.2 поступает входной отсчет х(3). С второго выхода процессорного элемента 1.2.1 на вход регистра 3.2 1 поступает результат у (6)=а(1)х(6).

В конце первого такта с первого выхода . процессорного элемента 1.3.1 на вход регистра 2.3.1 поступает входной отсчет х(2), а с второго выхода процессорного элемента

1.3.1 на вход регистра 3.3.1 поступает результат вычисления у (2)=а(1)х(2). К концу второго такта с первого выхода процессорного элемента 1.3.1 на вход регистра 2.3.1 поступает входной отсчет х(5), а с второго выхода процессорного элемента 1.3.1 на вход регистра 3.3.1 поступает результат у (5)=а(1)х(5).

К концу второго такта с первого выхода процессорного элемента 1.1.2 на вход регистра 2,1.2 поступает ноль, а с второго выхода процессорного элемента 1.1,2 на вход регистра 3;1.2 поступает у(1), К концу третьего такта с первого выхода процессорного элемента 1,1.2 на вход регистра 2.1.2 поступает входной отсчет х(3), а с второго выхода процессорного элемента 1.1,2 на вход регистра 3.1.2 поступает результат

К концу второго такта с первого выхода процессорного элемента 1.2.2 на вход регистра 2.2.2 поступает нуль входной отсчет х(1), а с второго выхода процессорного элемента 1,2.2 на вход регистра 3.2.2 поступает результат вычисления y(2)=y (2)=a(2)x(1)=a(1)x(2)+a(2)x(1). К концу третьего такта с первого выхода процессорного элемента 1.2,2 на вход регистра

2.2.2 поступает входной отсчет х(4), а с второго выхода процессорного элемента 1.2.2 на вход регистра 3.2.2 поступает результат у "(5) =у (5)+а(2)х(4), К концу второго такта с первого выхода процессорного элемента 1.3.2 на вход регистра 2.3.2.1 поступает нуль входной отсчет х(2), а с второго выхода процессорного элемента 1.3.2 на вход регистра 3.3.2 поступает результат вычисления у"(3)=у (3)+а(2)х(2). К концу третьего такта с выхода процессорного элемента 1,3.2 на вход регистра 2.3.2.1 поступает входной отсчет x(5}, а с его выхода на вход регистра 2.3.2.2 поступает входной отсчет х(5), С второго выхода процессорного элемента 1.3.2 на вход регистра 3.3.2 поступает результат у"(6)=у (6)+а(2)х(5).

К концу третьего такта с первого выхода процессорного элемента 1.1.3 на вход регистра 2.1.3 поступает ноль, а с второго оыхода процессорного элемента 1.1.3 на вход регистра 3.1.3 поступает у(2). К концу четвертого такта с первого выхода процессорного элемента 1.1.3 на вход регистра 2.1.3 поступает входной отсчет х(3), а с второго выхода процессорного элемента 1.1,3 на вход регистра 3.1.3 .поступает результат у "(4)=у"{4)+а{3)х(3).

К концу третьего такта с первого выхода процессорного элемента 1.2,3 на вход регистра 2.2.3 поступает ноль, а с второго выхо1774349 да процессорного элемента 1,2.3 на вход регистра 3.2.3 поступает результат вычисления у(3). К концу четвертого такта с первого выхода процессорного элемента 1.2.3 на вход регистра 2,2,3 поступает входной отсчет х(2). а с второго выхода процессорного элемента 1.2,3 на вход регистра 3.2.3 поступает результат у "(4)=у"(4)+а(3)х(2).

К концу третьего такта с первого выхода процессорного элемента 1.3.3 на вход регистра 2.3.3.1 поступает входной отсчет х(1), а с второго выхода процессорного элел1ента

1,3,3 на вход регистра 3.3.3 поступает результат вычисления у(3)=у"(3)+а(3)х1, К концу четвертого такта с первого выхода процессорного элемента 1.3.3 на вход регистра 2.3.3.1 поступает входной отсчет х(4), а с его выхода на вход регистра 2,3.3.2 поступает входной отсчет х(1). С второго выхода процессорного элемента 1.3.3 на вход регистра 3.3.3 поступает результат у "(б)=у" (б)+а(3)х(4).

К концу четвертого такта на выходах 4.1, 4.2, 4.3 устройства зафиксированы соответственно выходные отсчеты у(2).у(1).у(3).

К концу пятого такта на выходах 4.1, 4,2, 4.3 устройства зафиксированы соответственно выходные отсчеты у(5), у(4), y(6).

Вычисление последующих отсчетов производится аналогично. Первые десять

TGKToB работы устройства приведены в табл, 1, 2, 3, 4.

Формула изобретения

1. Цифровой нерекурсивный фильтр, содержащий первую группу из К процессорных элементов (где К вЂ” количество коэффициентов импульсной характеристики), первую группу регистров, блок ввода, причем процессорный элемент состоит из умножителя и сумматора, причем первый информационный вход процессорного эле мента является первым его выходом и подключен к первому входу ул|ножителя, второй информационный вход процессорного элемента подключен к второму входу умножителя, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого является третьим информационным входом процессорного элемента, выход сумматора является вторым выходом процессорного элемента, выход сумматора является вторым выходом процессорного элемента, отл и чаю щи йс я том, что,с целью повышения производительности в него введено (1 -1) групп из К процессорных элементов и две группы регистров, причем

i-й (i=1...L) информационный выход блока ввода соединен с информационным входом

I-ro регистра первой группы, выход которого соединен с первым информационным входом первого процессорного элемента 1-й группы, первый выход t-ro процессорного элемента (t=-1...К) N-й группы соединен либо через один регистр второй группы, если

N=1=t mod L+1 при (r-1)1 < = t < г .г — нечетном, или N=1=L-t п об1 при (г-1)1 < = k < rL, r — четном, либо через два последовательно соединенных регистра второй группы, если

N=t mod 1 +1 при (г-1)L< = t < rL, г — нечетном. или N=L-t mod 1 при (г-1)1 <= <гЕ, г — четном, с первым информационным входом (К+1)-ro процессорного элемента h-й группы (где

h=N при N=1, если t — четное или N=l, если (t+L) — четное; h=N+1 при (t+N) — четном;

h=N-1 при (t+N) — нечетном), второй выход

t ro процессорного элемента j-й группы соединен через регистр третьей группы со втор ы м и н ф о р м а ц и о н н ы л1 в х о д о м (t+ 1) - r o процессорного элемента S-й группы (где S=j при j=-1, если t — нечетное или j=L, если (t+L) — нечетное; S=j+1 при (t+j) — нечетное; S=j-1 при (+)) — четном, выход К-го процессорного элемента i-й группы является i-м выходом устройства, вход блока сопряжения является входом устройства, выход тактовых сигналов блока ввода подключен сооТветственно к тактовым входам регистров, вторые информационные входы t-x процессорных элементов (1=-1...К) каждой группы обьединены и являются входами загрузки коэффициентов цифрового нерекурсивного фильтра, 2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок сопряжения содержит группу последовательно соединенных регистров, генератор тактовых импульсов, счетчик и дешифратор, причем информационный вход первого регистра группы является входом блока ввода, а выход!-ro регистра группы (i=1... P-1, P=L/2+1, если L=2r; P=(L+1)/2, если L=2r+1; г — целое положительное число) является соответственно 2i-м выходом блока ввода, выход)-ro регистра группы (j=P..Л) является (2(j)+1)-м информационным выходом блока ввода, выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу счетчика, выход которого соединен со входом дешифратора, выход которого является тактовым выходом блока ввода, тактовые входы группы регистров обьединены и подключены к выходу генератора тактовых импульсов.

7 1774349

J" )" Т 1" I. I .l

Та6лица!

3.2.1 г.3.1

Т/RG

2.2.1.1

3.3.!

0 у(2) = а(!)» х(2)

y(5) =

a(1)»-x(5) у(8) а(1)» х(8) у(1)= а(1)» x(1) у(3) = а(1)»х(3) х(3) x(2) х(1) x(5) у(6)= а(1)» х(1) х(6) х(3) у(4)= а (1)» х (4) х (4) у(9) = а(!)«-х(1) x(9) х (6) х(8) . у(7)= а (1)» х(7) х(7) у(12)= а(1)»х(1) х (12) х(11) y(!!)=

a(1)x(11) x(9) у(10) = а (1)«х (10) x(10) x(!4) x(15) у(14)= а(1)» х (14)

y(! 7)а(1)ах(17) у(20)= а(1) х(20) х(! 2) х(13) у(!3)= а(1)»х(13) у(! 6)= а (1)%Х (16) у(19)

a (! )» x (! 9) y(15)= а(1) х(! ) х(18) х(15) х(,1 7)

a(1)» х(1)

y(21) = а(1)»х(2!) х(16) У х(21) х(18) х(19) Таблица 2

2.2.2 3,2.2.

Т/RG212 312

2.3.2.1 2.3.2.2 3.3.2

О

y(1) О О х(1) у(2) =у(2)

+а(2)» х(1) х(4) у" (5)= y(5)

+а(2) ». х(4) О х(2) 1 0

2 О

О у (з) =y (з)

+а (2)м х (2) у"(6) = у (6)

+а (21«х (5) у "(4) =у (4)

+а(2)ах(3) х(2) 3 х(3) х (5) х(7) у "(8)=у(8)

+а(2)» х(7) х(10) у"(11)=у (11

+а(2)ях(10) х(13) у "(14) =у(14)

+а(2)» x(13) х(16) у"(17)=у(17)

+а(2)»х(16) х(19) у (20)=y(20)

+а(2)»х(19) x(8) . x(5) ). х(11) х(8) х (14) х (11) х(! 7) х(14) х(20) x(1 7) Таблица 3

3,3.3

r Т/RG 2.1.3 3.1.3 I 2.2.3 3.2.3 2.3.3.1 2.3.3.2

2 0 0 . 0

3 0 у(2) 0

y(1) x(1) I

4 х(3) у" (5) у (5) х(2),,+a(3)»x(3) 5 х(6) у "(8) у"(8) х(5) +а(3)+х(6) I

6 х(9) у" (11) ya(11) х(8) +а (3) х (9) 7 х(12) уа(14)у (14) х(11) +а(3)ех(12) 8 х(15) у» (17) «у (17) х(14) +a(3)»x(15) 9 x(18) у" (20) у (20) x(17) +а(3)» х(18) х(4) х(1) х(7) х(4) х(10) х(7) х(13) х(10) х(13) х(13)

x(19) x(16) 4 х(6)

5 х(9)

6 х(12)

7 х(15)

8 х(18) у"(7)=у (7)

+а(2)»х(6)

y"(1о)=у (1о)

+а(?)» х(9)

y»(13)=y (1З)

+a(2)«x(12) у" (16) =у (16)

+a (2)+ х (1 5) у "(19) =у (19)

+а (2)х х(18) у" (4) у (4)

+а(3) ю х(2) у" (7) у(7)

+а (3)+ х (5) уа(10)y(10)

+а(3)вх(8) уа(13) у(13)

+а(Э)»х(11) у"(16)* у(16)

+а(3)»х(14) у"(19) у(19)

+а (3)» х(17) у (9)=у (9)

+а(2) х(8) .у "(12)=у (12)

+а(2) мх(11) уа(15)=у (15)

+а(2)ах(14) у "(18) =у (18)

+а(2)»х(17) у (21) у (21) ,+а(2)» х(20) у(з)-у"(3)

+а Э)»х(1)

ya(6) у "(6)

+а(3)мх(4)

I уа(9) *у (9)

+а(3) «x(7) у" (12)у (12)

+а (Э) ъ"х(10) уа(15) у (15)

+а(3)» х(13) уа (18) у (18)

+а(З)» х(16)

y"(21) ya(21)

+а (3)» х(19) 1774349

""О

4.3

4.1

4.2

> (2)

y" (5) у (5)+a(3)» x(3)

I у" (8)-y" (8)+а(3)» х(6) ! у" (11) у (11)+а(3)«х(9) у(2)

y" (5) «у "(5)+а(3)» х(3) у (8)=у (8)+а(3)» х(6) у(1)

1 у (1)=у(4) +а(3)с х(2)

I уа(7)у(7) +а(3)«х(5)

I ух(10) у(10) +а(3)» х(8) у(!) у (4) у(4) +a(3)»x(2)

I у (7)«у(7) +а(3)»х)5) Т а б л и ц а 4 у(3) «у (3)+а (3)е х (1) и у (6)=у (6)+а(3)«х(4)

y (9)=у (9)+а(3)»х(7) у" (12) =у (12)+a(3)» х(10) у(3) «у" (3)+а (3) л х (! )

I у "(6) => "(6)+а(3)» х(4) у (9) =-у (9) +а (3) с х(7) 1774349

Составитель IO. Ланцов

Техред М,Моргентал Корректор С. Пекарь

° Редактор

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

Заказ 3928 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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