DE2554562A1

DE2554562A1 - Nichtrekursives digitalfilter mit herabgesetzter ausgangsabtastfrequenz

Info

Publication number: DE2554562A1
Application number: DE19752554562
Authority: DE
Inventors: Ludwig Desire Johan Eggermont
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1975-12-04
Publication date: 1976-06-24
Also published as: SE7514103L; JPS555291B2; DE2554562B2; FR2295648A1; DE2554562C3; GB1522169A; CA1047125A; BE836692A; US4204177A; JPS5186341A; SE411822B; NL173807C; NL7416479A; AU8759075A; FR2295648B1; NL173807B

Description

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Ni c Jit rekursives Digitalfilter rait herabgesetzter Ausgangsabtastfrequenz

1· Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht:

Die Erfindung bezieht sich auf ein nichtrekursives Digitalfilter zum Erzeugen mit einer gegebenen Ausgangsabtastfrequenz (f ) auftretender digital kodierter Ausgangsabtastwerte_t die auf eine vorbestimmte Weis?e auf eine Reihe digital kodierter Eingangsabtastwerte bezogen sind, die mit einer Eingangsabtastfrequenz (f.) auftreten, wobei die Eingangsabtastfrequenz ein ganzes Vielfaches (r) der Ausgangsabtastfrequenz ist, welches Filter enthält": eine erste Speichervorrichtung zur Speicherung einer gegebenen Anzahl aufeinanderfolgender Bingangsabtastwerte;

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einen Eingangskreis, mit dessen Hilfe aufeinanderfolgende Eingangsabtastwerte der genannten ersten Speichervorrichtung zugeführt werden; einen Multiplizierer zum Erzeugen von Produkten einer gegebenen Anzahl (n) Eingangsabtastwerte und einer Anzahl (n) Gewichtsfaktoren, die der Beziehung ΖΛθ-schen den Eingangs- und Ausgangsabtastwerten entsprechen, sowie einen Addierer, der mit dem genannten Multiplizierer gekoppelt ist und innerhalb einer Ausgangsabtastperiode (i/f ) einen Ausgangsabtastwert liefert, der durch die mathematische Summe der innerhalb dieser Periode erzeugten Produkte gegeben wird,
2 β Stand der Technik;

Nichtrekursive Digitalfilter der obenbeschriebenen Art sind bekannt, Z.B. werden in einem bekannten Filter zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes r Summen von N Produkten gebildet, die durch die Multiplikation von N Eingangsabtastwerten mit N Gewichtsfaktoren, erhalten sind» Von den genannten r Summen wird eine ausgelesen, um einen Ausgangsabtastwert zu liefern* Zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes werden in diesem Filter rN Additionen und rN Multiplikationen in einer Periode T_u (= i/f_u) durchgeführt, während infolge der Herabsetzung der Abtastfrequenz nur N Summen und Produkte bestimmt zu werden bx^auchen.

In der älteren niederländischen Patent-

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anmeldung Nr. 7 400 761 ist ein Digitalfilter beschrieben, in dem zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes nur N Multiplikationen und N Additionen in einer Periode T durchgeführt werden. "Insbesondere wird dabei in einem Ausfuhrungsbeispiel als erster Filterabschnitt ein nichtrekursives Digitalfilter verwendet, das einen Zeitdemulti-■plexer mit r Ausgängen enthält, wobei an jeden Ausgang ein Pufferspeicher angeschlossen ist. Die r Pufferspeicher werden mit einer Frequenz f ausgelesen und die gespeicherten Eingangsabtastwerte werden r Multiplizierern zugeführt, die je eine Anzahl von N/r Produkten erzeugen, die nach Summation einen Ausgangsabtastwert liefern. Das hier beschriebene Filter kann, wenn N/r ganz ist, mit Vorteil angewendet werden, aber ein Teil dieses Vorteils geht verloren, wenn N/r nicht ganz ist, weil die Gruppe von N Gewichtsfaktoren zu einem Vielfachen von r ergänzt werden muss, was eine gleiche Anzahl Multiplikationen und Additionen mit sich bringt.
3» Beschreibung der Erfindung;

Die" Erfindung bezweckt, ein anderes "Konzept der Struktur nichtrekursiver Digitalfilter der obenbeschriebenen Art zu schaffen, bei dem die Ausgangsabtastfrequenz um einen Faktor r niedriger als die Eingangs— abtastfrequenz ist," die universell anwendbar ist, wobei ebenfalls zur Berechnung eines Ausgangsabtastwertes nur

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N Produkte von Eingangsabtastwerten und Gewichtsfaktoren bestimmt zu werden brauchen.

Das erfindungsgemässe Filter ist dazu

dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Eingangskreis eine zweite Speichervorrichtung enthält, die zur Speicherung einer Gruppe von Eingangsabtastwerten eingerichtet ist, die durch eine gegebene Anzahl aufeinanderfolgender Eingangsabtastwerte gebildet wird, während weitere Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe im Takte des Auftretens der Ausgangsabtastwerte in die genannte erste Speichervorrichtung die genannte Gruppe von Eingangsabtastwerten eingeschrieben wird.
h* Beschreibung der Ausführungsbeispiele:

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 zwei Ausfühnuigsbeispiele eines Filters nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 und 3 die zu Fig. 1 gehörigen Tabellen zur Erläuterung der Wirkungsweise der beschriebenen Strukturen,

Fig. h eine erste Ausführungsform des Filters nach der Erfindung,

Fig. 5 eine Tabelle zur Erläuterung der Wirkungsweise des Filters nach Fig. k,

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Pig. 6 eine zweite Ausführungsform des Filters nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Tabelle zur Erläuterung der Wirkungsweise des Filters nach Fig. 6,

Fig. 8 eine besonders günstige Ausführungsform des Filters nach der Erfindung, und

Fig. 9 die zu Fig. 8 gehörige Tabelle.

In den Figuren sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Die in den Figuren dargestellten nichtrekursiven Digitalfilter sind zum Erzeugen mit einer gegebenen Ausgangsabtastfrequenz (f ) auftretender digital kodierter Ausgangsabtastwerte eingerichtet, die auf eine vorbestimmte Weise auf eine Reihe digital kodierter Eingangsabtastwerte bezogen sind, die mit einer Eingangsabtastfrequenz (f.) auftreten, wobei die Eingangsabtastfrequenz ein ganzes Vielfaches (r) der Ausgangsabtastfrequenz ist,

-Alle in den Figuren dargestellten Ausführungsformen; nichtrekursiver Digitalfilter sind mit einer Steuervorrichtung versehen, die auf übliche Weise das Einschreiben, Weiterschieben und Auslesen von Abtastwerten sowie die Wirkung von Multiplizieren! und Addierern steuert. Diese für den Fachmann·auf der Hand liegende Vorrichtung ist in den Figuren nicht gezeigt.

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In Fig. 1a werden die mit einer Periode T.

auftretenden Eingangsabtastwerte x(nT.) über den Eingangskreis 1 in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben, die aus einer Verzögerungsleitung mit N Verzögerungsabschnitten besteht, die je zur Speicherung eines Eingangsabtastwertes eingerichtet sind» Diese Verzögerungsabschnitte sind je über eine Abzweigung mit einem darin aufgenommenen Multiplizierer, welche Multiplizierer zusammen die Multipliziervorrichtung 3 bilden, an eine Addiervorrichtung h angeschlossen» Der Multipliziervorrichtung 3 werden auch die N Gewicht sfakt or en a(o) ...a(N~i), die den Impulsdurqhlassbereich des zu bildenden Filters zu den AbtastZeitpunkten beschreiben, zugeführt» Die Addiervorrichtung h erzeugt die Summe der Produkte der N gespeicherten Eingangsabtastwerte mit den N Gewichtsfaktoren.

Wenn über den Eingangskreis 1 ein neuer

Abtastwert in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben wird, werden die gespeicherten Eingangsabtastwerte um eine Stelle nach rechts verschoben, wobei der älteste Abtastwert verschwindet. Nachdem die Addiervorrichtung h in ihre Nullage zurückversetzt worden ist, wird die Summe der Produkte der neuen Reihe von N gespeicherten Eingangs— abtastwerten mit den N Gewichtsfaktoren erzeugt. Ein Ausgangsabtastwert wird dadurch·erhalten, dass die Addiervorrichtung K mit einer Periode T = rT. ausgelesen wird»

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Pig. 1b zeigt eine der nach Pig. 1a_ entsprechende Ausführungsform, bei der die Speichervorrichtung aus einem Umlaufschieberegister besteht, während die Gewichtsfaktoren a(o)..«a(N-1) ebenfalls in einem Umlaufschieberegister 5 gespeichert sind»

Die Multipliziervorrichtung 3 besteht aus •einem einzigen Multiplizierer, der die N Produkte von Eingangsabtastwerten und Gewichtsfaktoren nacheinander in einer Zeit T. bestimmt. Ein Ausgangsabtastwert wird dadurch erhalten, dass die Addiervorrichtung k einmal pro Ausgangsabtastperiode T ausgelesen wird.

• In den Fig. 2 und 3 wird die Wirkungsweise der in den Pig. 1a und 1b> veranschaulichten Strukturen in an sich klaren Tabellen erläutert. Dabei gibt die Spalte I den AuftrittsZeitpunkt eines Eingangsabtastwertes x(n), Spalte II den Inhalt der Speichervorrichtung 2 zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, Spalte III den Zustand der Addiervorrichtung 4 und Spalte IV den AuftrittsZeitpunkt eines Ausgangsabtastwertes an.

Beispielsweise werden für die Zusammensetzung der unterschiedlichen Tabellen ein Herabsetzungsfaktor der Abtästfrequenz r = 2 und eine Anzahl Gewichtsfaktoren -N = 5 gewählt. .

In Fig. h ist ein Ausführungsbeispiel des Filters nach der Erfindung dargestellt, bei dem die mit

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einer Periode T. auftretenden Eingangsabtastwerte x(nT.) in die Speichervorrichtung 6, die in den Eingangskreis 1 aufgenommen ist, eingeschrieben werden. Wenn in die Speichervorrichtung 6 eine Anzahl von r neuen Eingangsabtastwerten eingeschrieben worden ist, werden diese Abtastwerte schnell nacheinander in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben, während zu gleicher Zeit die in der Speichervorrichtung 2 vorhandenen Abtastwerte sich um r Stellen verschieben und die ältesten r Abtastwerte verschwinden. Jedem der Multiplizierer in der Multipliziervorrichtung 3 wird ein bestimmter Gewichtsfaktor aus der Gruppe von GewichtsfaJktoren a(o)...a(N-1) zugeordnet. Um in der Multipliziervorrichtung 3 die N Produkte zu erzeugen, die einen Ausgangsabtastwert bestimmen, ist nun eine Zeit rT. = T verfügbar·, die N in der Speichervorrichtung 2 gespeicherten Eingangsabtastwerte bleiben nämlich- zur Verfügung, bis in die Speichervorrichtung 6 wieder r neue Eingangsabtastwerte eingeschrieben sind. Einmal pro Ausgangsabtastperiode T erzeugt die Addiervorrichtung h die Summe der berechneten Produkte und liefert so einen Ausgangsabt assert y(.nT ).

Fig. 5 ist eine nähere Erläuterung in Form einer Tabelle der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. k_t wobei die Bedeutung der Spalten I bis IV die gleiche wie in.den Fig. 2' und 3 ist, mit dem einen Unterschied, dass hier die Spalte II A den Inhalt der

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Speichervorrichtung 6 und die Spalte II B den Inhalt der Speichervorrichtung 2 angibt.

Während in der Ausführungsform nach Fig, h die Eingangsabtastwerte zeitlich nacheinander, d.h. in Reihe, in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben werden, werden in Fig. 6 die in der Speichervorrichtung 6 gespeicherten Eingangsabtastwerte stets nach der Berechnung eines Ausgangsabtastwertes zugleich in die ersten r Speicherelemente der Speichervorrichtung 2 eingeschrieben.

. In der Tabelle nach Fig, 7 wird die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 erläutert. Die Spalten I bis XV haben die vorgenannte Bedeiitung, und auch hier ist für die Anzahl Gewichtsfaktoren N" = 5 und für das Verhältnis zwischen der Eingangs- und der Ausgangsabtastfrequenz r = 2 gewählt.

Es sei bemerkt, dass sich die Erfindung

nicht auf die in den Fig. k und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die dargestellten Strukturen, bei denen eine Speichervorrichtung 2 Anwendung findet, die aus einer Verzögerungsleitung mit N Verzögerungsabsclinitten besteht, die an je einen Multiplizierer der Multipliziervorrichtung 3 angeschlossen sind, kann mit gleichem Vorteil durch eine Struktur ersetzt werden, bei der ein Umlaufschieberegister als Speichervorrichtung verwendet wird, wie oben bereits in Fig. 1b angegeben ist. Die

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Multip3.iziervorrxch.tung 3 besteht dann aus einem einzigen Multiplizierer, der an den Ausgang des Schieberegisters angeschlossen ist. Die Gewichtsfaktoren a(o)...a(N-1) können dabei ebenfalls in einem Umlaufschieberegister oder in einem ROM gespeichert sein« Auch ist es möglich, als Speichervorrichtung einen RAM zu verwenden, wobei die nacheinander auftretenden Eingangsabtastwerte x(nT.) mit Hilfe einer Adresse an der richtigen Stelle in den RAM eingeschrieben werden.

Venn im Beispiel nach Fig. k die Speichervorrichtung 2 als ein Umlauf'schieberegister ausgeb/Lldet

wird, kann noch eine erhebliche Herabsetzung der benötigten Anzahl Elemente erhalten werden, Fig. 8 zeigt dieses sehr günstige Aüsführungsbeispie3. des nichtrekursiven Digitalfilters nach dex¹ Erfindung. Dabei besteht die Speichervorrichtung 2 aus einemUinlaufschieberegister, das nur N-r Schieberegisterabschnitte enthält. Die Anzahl Abschnitte, aus der die Speichervorrichtung 6 bestellt, ist von N" abhängig» Wenn nämlich N und r derartig sind, dass Ή )y r -r ist, braucht die Anzahl Selektionen nur r-1 zu betragen," während im anderen Fall, wenn N 4. r -r ist, die Speichervorrichtung aus -τ Abschnitten besteht.

Bei dieser Ausführungsform nach Fig. 8

laufen am Anfang eines Rechenzyklus, an dem ein Ausgangsabtastwert bestimmt wird, die ältesten r Eingangsabtastwerte,

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nachdem sie mit den richtigen Gewichtsfaktoren multipliziert worden sind, nicht in dem Schieberegister um, so dass sie sofort nacheinander aus dem Schieberegister herausgeschoben werden, während zu gleicher Zeit die in der Speichervorrichtung 6 gespeicherten Abtastwerte nacheinander in die Speichervorrichtung 2 eingeschrieben werden. Das Schieberegister wird erst zu einem Umlaufschieberegister, wenn dip Speichervorrichtung 6 leer ist.

Fig. 9 ist in Form einer Tabelle eine

nähere Erläuterung der Wirkungsweise des Digitalfilters nach Fig. 8, wobei N = 5 und r = 2 ist, so dass die Bedingung N ^- r ~r erfüllt ist. Die Speichervorrichtung 2 besteht nun aus einem Umlaufschieberegister mit N-r = 3 Abschnitten und die Anzahl Abschnitte, aus der die Speichervorrichtung 6 besteht, beträgt r-1 - 1. Die Spalte I gibt wieder den Auftrittszeitpunkt eines Eingangsabtastwex->tes x(n) , die Spalte II A den Inhalt der Speichervorrichtung 6 und die Spalte II B den Inhalt der Speichervorrichtung 2 zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten an, während die Spalte III den Zustand der Addiervorrichtung h und die Spalte IV den Auftrittszeitpunkt eines Ausgangsabtastwertes angibt.

Es wird dem Fachmann klar sein, dass auf

Grund der beschriebenen Ausführungsbeispiele nach zahlreiche Strukturen des nichtrekursiven Digitalfilters mit herabgesetzter Ausgangsabtastfrequenz gebildet werden können, bei denei das Prinzip der vorliegenden Erfindung angewandt

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Nichtrekursives Digitalfilter zum Erzeugen mit einer gegebenen Ausgangsabtastfrequenz (f ) auftretender digital kodierter Ausgangsabtastwerte, die auf eine vorbestimmte Weise auf eine Reihe digital kodierter Eingangsabtastwerte bezogen sind, die mit einer Eingangsabtast— frequenz (f.) auftreten, wobei die Eingangsabtastfrequenz ein ganzes Vielfaches (r) der Ausgangsabtastfrequenz beträgt, welches Filter enthält: eine erste Speichervorrichtung zur Speicherung einer gegebenen Anzahl aufeinanderfolgender Eingangsabtastwerte; einen Eingangskreis, mit dessen Hilfe aufeinanderfolgende Eingangsabtastwerte der genannten ersten Speichervorrichtung zugeführt werden; eine Multipliziervorrichtung zum Erzeugen von Produkten einer gegebenen Anzahl (n) Eingangsabtastwerte und einer Anzahl (ff) Gewichtsfaktoren, die der Beziehung zwischen den Eingangsund Ausgangsabtastwerten entsprechen, sowie eine Addiervorrichtung, die mit der genannten Multipliziervorrichtung gekoppelt ist und innerhalb einer Ausgangsabtastperiode (i/f ) einen Ausgangsabtastwert liefert, der durch die mathematische Summe der innerhalb dieser Periode erzeugten Produkte gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Eingangskreis eine zweite Speichervorrichtung zur Speicherung einer gegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Eingangsabtastwerten enthält, und dass im Takte des Auftretens

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der Ausgangsabtastwerte die Anzahl von Eingangsabtastwerten in die erste Speichervorrichtung eingeschrieben wird.

2, Nichtrekursives Digitalfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Eingangsabtastwerten nacheinander in die erste Speichervorrichtung eingeschrieben werden,

3. Nichtrekursives Digitalfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Eingangsabtastwerten zugleich in die erste Speichervorrichtung eingeschrieben werden.

k, Nichtrekursives Digitalfilter nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Speichervorrichtung je ein Schieberegister aus einer ersten bzw, einer zweiten gegebenen Anzahl von Schieberegisterabschnitten enthalten, wobei diese Abschnitte je zur Speicherung eines Eingangsabtastwertes eingerichtet sind, und dass ein Umschalter den Eingang der ersten Speichervorrichtung mit dem Ausgang der zweiten Speichervorrichtung verbindet, um die in der zweiten Speichervorrichtung gespeicherte Anzahl in die erste Speichervorrichtung zu übertragen, und dass der Umschalter dennoch den Eingang der ersten Speichervorrichtung mit ihrem Ausgang verbindet.

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