SU1631707A1 - Digital filter with linear delta modulation - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике. Его использование дл  цифровой фильтрации случайных процессов, представленных в формате линейной дельта-модул ции , позвол ет упростить фильтр и расширить область его применени  за счет использовани  импульсной характеристики произвольного вида. Цифровой фильтр содержит вычислительные блоки 1, накапливающие сумматоры 2, 3 и источник 4 посто нного кода, причем в вычислительный блок 1 вход т элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10. 11 и буферные регистры 13, 14. Положительный эффект достигаетс  благодар  введению сумматора 12 и соответствующим соединением блоков. 1 илThe invention relates to computing. Its use for digital filtering of random processes, represented in the format of linear delta modulation, allows us to simplify the filter and expand its scope by using the impulse response of an arbitrary type. The digital filter contains computational blocks 1, accumulating adders 2, 3, and a source 4 of fixed code, and the computational unit 1 contains the elements EXCLUSIVE OR 10. 11 and the buffer registers 13, 14. A positive effect is achieved by introducing the adder 12 and the corresponding connection of blocks . 1 silt

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано дл  цифровой фильтрации случайных процессов , представленных в формате линейной дельта-модул ции (ЛДМ).The invention relates to computing and can be used to digitally filter random processes represented in the linear delta modulation (LDM) format.

Цель изобретени  - упрощение фильтра и расширение области его применени  за счет использовани  импульсной характеристики произвольного вида.The purpose of the invention is to simplify the filter and expand its application area by using an arbitrary-type impulse response.

На чертеже приведена функциональна  схема предложенного фильтра.The drawing shows the functional scheme of the proposed filter.

Цифровой фильтр содержит вычислительные блоки 1, первый и второй накапливающие сумматоры 2, 3 и источник 4 посто нного кода. На чертеже обозначены информационный вход 5, тактовый вход 6, вход 7 обнулени , первые и вторые входы 8, 9 задани  коэффициентов импульсной характеристики . Каждый вычислительный блок 1 содержит первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, 11, сумматор 12 и первый и второй буферные регистры 13, 14.The digital filter contains computing blocks 1, the first and second accumulating adders 2, 3, and a source 4 of a constant code. In the drawing, information input 5, clock input 6, zeroing input 7, first and second inputs 8, 9 of the impulse response coefficients are indicated. Each computing unit 1 contains the first and second elements EXCLUSIVE OR 10, 11, the adder 12 and the first and second buffer registers 13, 14.

Цифровой фильтр работает следующим образом.The digital filter works as follows.

В фильтре осуществл етс  фильтраци  входного сигнала, представленного в формате ЛДМ. Выходной сигнал такого фильтра в формате импульсно-кодовой модул ции (ИКМ) описываетс  выражением:The filter filters the input signal presented in LDM format. The output of such a filter in the pulse code modulation (PCM) format is described by the expression:

n I M-1 (х)(h)n I M-1 (x) (h)

Уп 2, 2, 2, е k - г ег , (1)Up 2, 2, 2, е k - г ег, (1)

i 1 k 1 г 0i 1 k 1 g 0

где {e/h)} при г б, М -1 - весова , {ek( при k .0 - входна  ЛДМ последовательности.where {e / h)} with rb, M -1 is the weighted, {ek (for k .0 is the input LDM of the sequence.

Дл  четной длины импульсной характеристики фильтра М Omod2, выдел   из выражени  (1) сумму двух последовательных произведений шагов квантовани  входного сигнала на соответствующие весовые коэффициенты и раздел   свертку этого выражени  на три последовательных этапа, каждый из которых выполн етс  при помощи суммировани  с накоплением, получаем алгоритм функционировани  фильтра:For an even length of the impulse response of the filter M Omod2, separating from expression (1) the sum of two successive products of quantizing the input signal by the respective weights and a section convolving this expression into three successive stages, each of which is performed by adding to the accumulation, filter operation:

(Л(L

СWITH

О СОAbout WITH

4 О V4 o v

УпUp

Ј Vyi; Ј Vyi;

i 1i 1

k 1k 1

22

V yk;V yk;

мm

V x(2)V x (2)

m 0 vr ()(К (x)(h) m 0 vr () (K (x) (h)

xLek-2m e2rn + e k-2m-i e 2m + i xLek-2m e2rn + e k-2m-i e 2m + i

Значени  eA € {-1,1}, поэтому значение под знаком суммы в алгоритме (2), равноеThe values of eA € {-1,1}, therefore the value under the sum sign in the algorithm (2) is equal to

(х)(h) (x)(x) (h) (x)

6k-2nn 6 2m + ek-2rn-l х (h)6k-2nn 6 2m + ek-2rn-lx (h)

Xezm + i €{-2,0, 2 J,(3)Xezm + i € {-2.0, 2 J, (3)

а значение второй разностиand the value of the second difference

V ykЈ / -МУМ I.V ykЈ / -MUM I.

Осуществим замену переменныхChangeable variables

1+ег(-)1 + er (-)

, а умножение в выражеu (), and multiplication in expression ()

нии (3) заменим сложением по модулю два с отрицанием, тогда G j 0, 1 I, а значениеnii (3) replace the addition modulo two with negation, then G j 0, 1 I, and the value

.Т.T

,х)(h)x) (h)

L k -2m + L 2m +L k -2m + L 2m +

+ Lk-2m -1 ©Lzm+1 € {0.1.2}.+ Lk-2m -1 © Lzm + 1 € {0.1.2}.

где Ф - операци  суммировани  по модулю два.where F is the modulo two summation operation.

Использу  последнее выражение, знаw2 . 4°Using the last expression, w2. 4 °

чение второй разности V yk может бытьThe second difference V yk can be

вычислено следующим образом:calculated as follows:

V72о TV72 Ml1лV72о TV72 Ml1l

V yk 2 V yk ;(4)V yk 2 V yk; (4)

м , ,m,

U2 L),4.ЛЬ)-,U2 L), 4. L) -,

V Vk 2, L k-2m + L 2m + -0 J-V Vk 2, L k-2m + L 2m + -0 J-

+ L k-2m -1 L 2m +1 :+ L k-2m -1 L 2m +1:

2 (L) 2 (L)

v yk e I о, м 1v yk e I about, m 1

Число два в выражении (4) может быть опущено, так как его наличие приводит только к изменению амплитудного диапазона выходного сигнала цифрового фильтра в формате ИКМ {уп}, а значение второй разности в этом случае равно:The number two in the expression (4) can be omitted, since its presence only leads to a change in the amplitude range of the output signal of the digital filter in the PCM format, and the value of the second difference is in this case:

22 ( L )22 (L)

V ykV yk

M 2M 2

(2)(2)

) 0) 0

+ i + i

ие еno e

1515

3)3)

2020

ыхs

2525

ева на30eva on 30

ду35du35

на4°by 4 °

тьbe

лl

4)four)

-,-,

+ +

4545

5050

5)five)

2 О2 o

где значение V yk вычисл етс  согласно выражени  (5).where the value of V yk is calculated according to expression (5).

Описанный алгоритм реализуетс  следующим образом.The described algorithm is implemented as follows.

Работа цифрового фильтра начинаетс  с приходом установочного импульса на вход 7 обнулени . В результате воздействи  этого импульса на всех выходах блоков 1 и сумматоров 2, 3 устанавливаетс  нулевое значение сигнала. На входы 8, 9 (входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ) подаютс  значени  коэффициентов весовой последо- вательности, причем в m-м блоке 1.т т О.т/2-1, значение коэффициентов равно и . На входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, 11 с входа и выхода первого буферного регистра 13 поступает последовательность шагов квантовани  входного сигнала {Li } при k 0, которые сопровождаютс  тактовыми импульсами по входу 6. По переднему фронту импульса с входа 6 значение выходного сигнала сумматора 12 записываетс  во второй буферный регистр 14, а значение сигнала из регистра 14 блока 1.0 записываетс  в первый накапливающий сумматор 2, где суммируетс  с его нулевым значением. Одновременно значение выходного сигнала сумматора 2 запи- сываетс  во второй накапливающий сумматор 3, в результате на выходах фильтра подтверждаетс  нулевое состо ние.The operation of the digital filter begins with the arrival of the setting pulse at the zeroing input 7. As a result of the impact of this pulse, the zero value of the signal is set at all the outputs of the blocks 1 and the adders 2, 3. The inputs 8, 9 (inputs of the elements EXCLUSIVE OR) are the values of the coefficients of the weight sequence, and in the m-th block 1.t.t.t / 2-1, the value of the coefficients is equal to and. The inputs of EXCLUSIVE OR 10, 11 from the input and output of the first buffer register 13 receive a sequence of quantizing the input signal {Li} at k 0, which are accompanied by clock pulses at input 6. On the leading edge of the pulse from input 6, the output signal of the adder 12 is written to the second buffer register 14, and the signal value from register 14 of block 1.0 is written to the first accumulating adder 2, where it is added to its zero value. At the same time, the output value of the adder 2 is written to the second accumulating adder 3, as a result, the zero state is confirmed at the filter outputs.

Входна  последовательность {L } приThe input sequence {L} when

k 0 поступает на -у- -разр дный регистрk 0 enters the on-bit register

сдвига, образованный одноразр дными регистрами 13 блока 1. Поэтому после поступлени  k импульсов с входа 5 на входе и выходе регистра 13 устанавливаетс  значение шагов квантовани  входного сигналаthe shift formed by one-bit registers 13 of block 1. Therefore, after the arrival of k pulses from input 5 at the input and output of register 13, the value of the quantization steps of the input signal is set

(х)(x)

«W"W

ть 55 ит зоа в ноLk-m и Lk-m-i . С учетом значений весовой последовательности на входах 8 и 9 блока 1.т на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 и 11 сформируетс  значени  сигнала U-m(x) Ф L2mW и U-m-iw © ). Указанные значени  в виде одноразр дного позиционного кода поступают на первый и второй входы сумматора 12, где суммируютс  со значением на его третьих входах, т.е. значением сигнала на вторых информационных входах блока 1.пл.There are 55 itas zo-nokk-m and lk-m-i. Taking into account the values of the weight sequence at the inputs 8 and 9 of the block 1.m, the values of the signal U-m (x) Φ L2mW and U-m-iw © are formed at the outputs of the EXCLUSIVE OR elements 10 and 11). These values, in the form of a one-bit position code, are fed to the first and second inputs of the adder 12, where they are added to the value at its third inputs, i.e. the signal value at the second information inputs of the unit 1.pl.

На вторые информационные входы блока 1. (-1) с источника 4 подано значение -М/2. Это значение суммируетс  с одноразр дными сигналами с выходов элементов 10 и 11 и при поступлении очередного импульса с входа 6 фиксируетс  вThe second information inputs of block 1. (-1) from source 4 are fed the value -M / 2. This value is summed with the one-bit signals from the outputs of elements 10 and 11, and upon receipt of the next pulse from input 6 is fixed in

регистре 4 блока 1. (д1 ). С выходовregister 4 block 1. (d1). From the outputs

этого регистра 14 указанное значение сигнала в следующем (к+1)-м такте поступает на третьи входы сумматора 12 в вычислительном блоке 1. (-и1 ), где суммируетс  со значением сигналов на выходах его элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 и 11 т.е.of this register 14, the indicated value of the signal in the next (k + 1) th cycle goes to the third inputs of the adder 12 in the computing unit 1. (-and 1), where it is added to the value of the signals at the outputs of its elements EXCLUSIVE OR 10 and 11, i.e.

. (х)... ОХ. (x) ... OH

,,, 1,,, one

k + 1() ®L 2(.М-2) ()...(h)k + 1 () ® L 2 (.M-2) () ... (h)

(О(ABOUT

+ -(M-4) M+1- ()1 ф|+ - (M-4) M + 1- () 1 f |

| |

(х)(x)

k +k +

(h) 2(-Ј-2) + i(h) 2 (-Ј-2) + i

МM

мm

, (О, (ABOUT

1 -(м -з) У L м -з1 - (m-3) U L m-3

Таким образом, значени  сигналов, вычисленные в к-м такте на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 и 11 блока 1.т, поступают на вторые выходы блока 1.0 через m тактов, т.е. соответствуют (к+т)-му периоду дискретизации входного сигнала.Thus, the values of the signals calculated in the kth cycle at the outputs of the EXCLUSIVE OR elements 10 and 11 of the block 1.m, arrive at the second outputs of block 1.0 after m cycles, i.e. correspond to the (k + t) th sampling period of the input signal.

Аналогично производитс  накопление сигнала в последующих тактах, в результате на втором выходе блока 1,т в (к+ М/2-1)-м периоде дискретизации входного сигнала формируетс  значение сигнала:Similarly, the signal is accumulated in subsequent cycles, and as a result, the signal value is formed at the second output of block 1, t in (k + M / 2-1) th sampling period of the input signal:

мm

-1-one

ц г (х)- О)c g (x) - O)

„ L (,+Ж-1-5)-3 L2S +„L (, + Ж-1-5) -3 L2S +

()()

(h)(h)

+ L ( .j.s).,.. tfc)L2S + 1j м+ L (.j.s)., .. tfc) L2S + 1j m

где индексы (k + -1 - S ) соответствуют номеру такта входного сигнала фильтра, а индекс S - номеру вычислительного блока 1.where the indices (k + -1 - S) correspond to the stroke number of the input signal of the filter, and the index S to the number of the computing unit 1.

На выходе блока 1.0 в ( k + -1 ) -мAt the output of block 1.0 in (k + -1) th

периоде дискретизации выходного сигнала число слагаемых этой суммы равно М, а значение соответствует величинеthe sampling period of the output signal, the number of terms of this sum is M, and the value corresponds to

22

V уV y

k +k +

МM

- 1- one

Таким образом, на вторых выходах блока 1.0 формируетс  последовательностьThus, a sequence is formed at the second outputs of block 1.0.

22

значений {V yk} при k 0, которые поступают на последовательно включенные накапливающие сумматоры 2 и 3,values {V yk} at k 0, which are fed to successively connected accumulating adders 2 and 3,

Рассмотрим формирование из последовательности значений {V выходного сигнала {уп} цифрового фильтра с момента 5 времени, когда на выходе блока 1 0 форми2Consider the formation of a sequence of values {V output signal {yn} digital filter from the moment 5, when the output of the block 1 0 form2

руетс  значение V у-|. По переднему фронту сигнала на входе 6 значениеThe value of V y is | |. On the leading edge of the signal at the input 6 value

22

V yi записываетс  в сумматор 2, где сум- мируетс  с его предыдущим значением, формиру  сигнал Vyi. По переднему фронту следующего импульса с входа б производитс  суммирование выходного сигнала Vyi сумматора 2 с предыдущим, нулевым 5 значением выходного сигнала устройства в сумматоре 3. т.е. yi уо + Vyi Vyi, а в сумматоре 2 формируетс  значениеV yi is written to adder 2, where it is summed up with its previous value, forming a signal Vyi. On the leading edge of the next pulse from input b, the output signal Vyi of adder 2 is summed with the previous, zero 5 value of the output signal of the device in adder 3. i.e. yi vy + vyi vyi, and in adder 2 a value is generated

22

Vy2 Vyi+V у2. Дальше работа фильтраVy2 Vyi + V y2. Further work of the filter

0 происходит аналогично.0 is similar.

В случае случайных сбоев (например, по питанию) нормальна  работа фильтра восстанавливаетс  подачей установочного импульса на вход 7.In case of accidental failures (for example, on power), the normal operation of the filter is restored by supplying a setting pulse to input 7.

5 Таким образом, по сравнению с прототипом в предложенном фильтре уменьшено число одноразр дных регистров, а также расширена область его применени  за счет использовани  импульсной характеристики5 Thus, in comparison with the prototype, the proposed filter reduces the number of one-bit registers, and also extends its scope by using an impulse response.

0 произвольного вида, в то врем  как, например , в прототипе импульсна  характеристика должна быть симметричной относительно середины. Кроме того, реализаци  сумматора  вл етс  более простой,0 of arbitrary type, while, for example, in the prototype, the impulse response must be symmetrical about the middle. In addition, the implementation of the adder is simpler,

5 чем реализаци  реверсивного счетчика, а это также способствует уменьшению аппаратурных затрат фильтра по сравнению с прототипом.5 than the implementation of the reversible counter, and this also helps to reduce the hardware costs of the filter compared to the prototype.

Увеличение длины импульсной характе0 ристики приводит только к увеличению числа последовательно включенных блоков 1 и не требует изменени  структуры цифрового фильтра в целом, что обеспечивает высокое качество фильтрации при высокой унифика5 ции устройства, которое легко реализуетс  в интегральном исполнении.An increase in the impulse response length only leads to an increase in the number of series-connected blocks 1 and does not require a change in the structure of the digital filter as a whole, which ensures high quality filtering with high unification of the device, which is easily implemented in an integrated design.

Claims (1)

Формула изобретени  Цифровой фильтр с линейной дельта- 0 модул цией, содержащий вычислительныеDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Digital filter with linear delta-0 modulation, containing computational блоки с нулевого по (-л- - 1 )-й (М - длинаblocks from zero to (-l- - 1) -th (M - length импульсной характеристики), первый информационный вход нулевого вычислитель- 5 ного блока  вл етс  информационным входом фильтра, первый выход -го вычислительного блока ( 0, ) соединен сimpulse response), the first information input of the zero computing unit is the information input of the filter, the first output of the computing unit (0,) is connected to первым информационным входом ( + 1)-гоfirst information input (+ 1) вычислительного блока, источник посто нного кода, первый накапливающий сумматор , выходы которого подключены к информационным входам второго накапливающего сумматора, выходы которого  вл ютс  выходами фильтра, каждый вычислительный блок содержит первый и второй буферные регистры и первый и второй элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход первого буферного регистра соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, информационный вход первого и выходы второго буферных регистров  вл ютс  соответственно первым информационным входом и вторыми выходами соот- ветствующего вычислительного блока, тактовые входы буферных регистров всех вычислительных блоков объединены с тактовыми входами накапливающих сумматоров и  вл ютс  тактовым входом фильтра, входы обнулени  буферных регистров всех вычислительных блоков объединены с входами обнулени  накапливающих сумматоров и  вл ютс  входом обнулени  фильтра, первые входы первых элементов ИСКЛЮ- ЧАЮЩЕЕ ИЛИ всех вычислительных блоков  вл ютс  соответствующими первыми входами задани  коэффициентов импульсной характеристики фм ьтра, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  фильтра и расширени  области его применени  за счет использовани  импульсной характеристики произвольного вида, в каждый вычислительный блок введен сумматор, выходы которого соединены с информационными входами второго буферного регистра , второй вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к первому информационному входу соответствующего вычислительного блока, выход первого буферного регистра  вл етс  первым выходом соответствующего вычислительного блока, выходы первого и второго элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с первым и вторым входами сумматора, третьи входы которого  вл ютс  вторыми информационными входами соответствующего вычислительного блока, вторые входы вторых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ всех вычислительных блоков  вл ютс  соответствующими вторыми входами задани  коэффициентов импульсной характеристики фильтра, выходы источника посто нного кода соединены с вторыми информационнымиcomputational block, constant code source, the first accumulating adder, the outputs of which are connected to the information inputs of the second accumulating adder, whose outputs are filter outputs, each computational unit contains the first and second buffer registers and the first and second elements EXCLUSIVE OR, the output of the first buffer register connected to the first input of the second element EXCLUSIVE OR, the information input of the first and the outputs of the second buffer registers are respectively the first information input and the second outputs of the corresponding computing unit, the clock inputs of the buffer registers of all computing units are combined with the clock inputs of accumulating adders and are clock inputs of the filter, the zeroing inputs of the buffer registers of all computing units are combined with the zeroing inputs of accumulating adders and are the zero reset filter inputs, the inputs of the first elements EXCLUSIVE OR of all the computational units are the corresponding first inputs of the specification of the impulse coefficients tics of fmter, characterized in that, in order to simplify the filter and expand its application area by using an arbitrary-type impulse response, an adder is entered into each computing unit, the outputs of which are connected to information inputs of the second buffer register, the second input of the first element EXCLUSIVE OR is connected to the first information input of the corresponding computing unit, the output of the first buffer register is the first output of the corresponding computing unit, the outputs of the first and the second elements EXCLUSIVE OR are connected to the first and second inputs of the adder, the third inputs of which are the second information inputs of the corresponding computing unit, the second inputs of the second elements EXCLUSIVE OR of all computing units are the corresponding second inputs of setting the coefficients of the impulse response of the filter connected to the second information входами ( 1 )-го вычислительного блока , вторые выходы (1+1)-го вычислительного блока подключены к вторым информационным входам 1-го вычислительного блока, вторые выходы нулевого вычислительного блока соединены с информационными входами первого накапливающего сумматора.the inputs of the (1) -th computing unit, the second outputs of the (1 + 1) -th computing unit are connected to the second information inputs of the 1st computing unit, the second outputs of the null computing unit are connected to the information inputs of the first accumulating adder.