SU898592A1 - Цифровой фильтр - Google Patents

Description

(54) ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР

I

Изобретение относитс  к вычислительнор технике и может-быть исполь-. зовано в системах цифровой обработки сигналов в радиосв зи, радиолокации, радионавигации и т.п.

Известны цифровые фильтры (ЦФ), содержащие регистры, блоки умножени , сумматоры СПСложность и быстродействие таких фильтров определ етс  реализацией операции умножени . В св зи с этим представл ют интерес цифровые фильтры , в которых операци  умножени  в  вном виде не выполн етс .

Наиболее близким по технической су1;ности к изобретению  вл етс  цифровой фильтр, содержащий первую группу регистров сдвига на один разр д дл  хранени  отсчетов входной последов ательносит ЦФ, вторую группу регистров сдвига на один разр д дл  : хранени  отсчетов выходной последовательности , блок пам ти, сумматор, выходной регистр, схему передачи ко-да со сдвигом на один разр д, причем вход первого регистра сдвига на один разр д первой группы регист - ров сдвига на один разр д  вл етс  входом ЦФ, выход i-го регистра сдвига на один разр д подключен к входу i+1-го регистра сдвига на один разр д в первой и второй группах регистров сдвига на один разр д, выходы регистров сдвига на один разto р д первой и второй групп регистров сдвига на один разр д подключены к входам блока пам ти, выход блока пам ти подключен к первому входу сумматора , сумматора подключен к

IS входу выходного регистра, старшие разр ды выходного регистра подключены к входам первого регистра сдвига на один разр д второй группы регистров сдвига на один разр д, выход вы20 ходного регистра  вл етс  выходом

ЦФГ - Однако быстродействие данного устройства мало, так как врем  обработ- . 389 ки пропорционально разр дности регис ров сдвига на один разр д, используе мых дл  хранени  отсчетов входной и выходной последовательностей. Уменьшение разр дности регистров дл  увеличени  быстродействи  недопустимо, так как приводит к увеличению шумов округлени  увеличению уровн  предел ных циклов, искажению характеристик ЦФ. Кроме того, в случае перестройки параметров фильтра при последователь ном изменении коэффициентов может потребоватьс  недопустимо большое врем , а распараллеливание процедуры изменени коэффициентов блока пам ти приводит к резкому услолснению схем обращени  к блоку пам ти и значительному увеличению аппаратурных затрат. Отсутствует возможность уменьшени  уровн  колебаНИИ предельного цикла, возникающих вследствие округлени  результатов операций, выполн емых в ЦФ. Целью изобретени   вл етс  увеличение быстродействи  и повьш1ение точ ности фильтра. Поставленна -цель достигаетс , тем, что в цифровой фильтр, содержащий первую и вторую группу регистров сдвига, первый блок пам ти, первый сумматор, элемент НЕ,. выходно регистр, узел сдвига, выход которого соединен с первым входом первого сумматора, выход которого соединен со входом выходного регистра, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими выходами фильтра и входами узла сдвига, первый выход выходного регистра через элемент НЕ соединен с первь1М входом первого регистра сдвига первой группы, а. второй выход выходного регистра соединен со- вторым входом первого регис тра сдвига первой группы, вход каждого последующего регистра сдвига первой и второй группы соединен с вы ходом предьщущего регистра сдвига соответственно первой и второй группы , введены три коммутатора , два блока элементов ЗИ-ИЛИ, второй блок пам ти, второй сумматор, выход которого соединен со вторым входом пер вого сумматора, пёрвьй и второй входы второго сумматора подключены соответственно к выходам первого и второго коммутаторов, первый и второ входы которых соединены соответствен но с первым выходом соответствующего лока элементов ЗИ-ИЛИ и с выходом соответствующего блока пам ти, вход оторого подключен к.о второму выходу соответствующего блока элементов ЗИ-ИЛИ, входы которого подключены к выходам соответствующих регистров двига соответствующей группы, вход первого регистра сдвига второй группы подключен к выходу третьего коммутатора , вход которого  вл етс  входом ильтра. На чертеже представлена блок-схема цифрового фильтра. Цифровой фильтр содержит коммутатор 1, две группы регистров сдвига 2.1-2.N и 3.1-З.М, два блока элементов ЗИ-ИЛИ 4 и 5, два блока пам ти 6 и 7 , коммутаторы 8 и 9, два сумматора 10 и 11, выходной регистр 12, узел сдвига 13, элемент НЕ 14. Цифровой фильтр работает следующим образом. Структура ЦФ определ етс  следующим алгоритмом, который получаетс  из периодической фукнции рекурсивного ЦФ: V-S U.f.H-V () i-0 w-1 . M где :L- --2:2qjpC,V -Haj/ W t-), r-0 |b.((v,,); ;)r Ul, -И/ЭТХ- pр (р)--Ц Vr-0 2) .Vx;2-U |;( vi..). где Xл, у- - соответственно i -е разр ды j-X входных и j -X выходных отсчетов ; q - количество разр дов представлени  отсчетов в двоичном коде. Одним из отрицательных последствий конечности длины разр дной сетки  вл етс  возникновение колебаний пре- дельного цикла.В цифровом фильтре можно в некоторых случа х уменьшить уровень предельных циклов или даже вообще их устранить. При фиксирован58 ной длине разр дной сетки уровень колебаний предельного цикла различны при различных значени х коэффициентов фильтра. В частности, может оказатьс , что уровень колебаний npe-v дельного цикла в полосовом фильтре / с центральной частотой f о меньше, чем в полосовом фильтре с такой же полосой пропускани  и центральшой частотой fo 0 Д Т - интервал дискретизации. Таким образом, вместо ЦФ с центральной час 1тотой fp можно строить ЦФ с централь ной частотой f , производ  соответствующее преобразование частоты на входе. Данное преобразование частоты производитс  при помощи изменени  знака у каждого второго отсчета входной последовательности и осуществл етс  посредством коммутатора 1, который либо передает код без изменени , либо инвертирует код каждого второго отсчета входной последова тельности. Регистры сдвига на два pa зр да 2.1-2.N предназначены дл  хранени  последовательности отсчетов из входного сигнала, вз тых с интер валом дискритизации Т. В зависимости от режима работы эта последовательность может быть преобразована коммутатором 1. Построение блоков 4 и 5, а также первого и второго блоко пам ти 6 и 7 зависит от пор дка фильтра и способа аппроксимации амп литудно-частотной характеристики (АЧХ) цифрового фильтра. Цифровые фильтры высоких пор дков обычно реализуютс  в виде каскадного соединени  цифровых фильтров второго пор дка, поэтому ограничимс  рассмотрением цифровых фильтров второго пор дка, дл  которых N 3; М 4. При построении полосовых или режекторных фильтров с чебышевской илй баттервортовской АЧХ дл  коэффициентов элементарного ЦФ второго пор дка справедливы соотношени : . а - 3 2i 5-t первый выход блока элементов ЗИ-ИЛИ 4 при этом передаетс  код (U р, U), где ,r -aVXHX iVX°x;x; i Ui - X у, X y,5LV/у, )С.у,,2. На второй выход подаетс  сигнал h t H-unpH любом способе аппроксимации .АЧХ на первый выход блока элемен2t . тов ЗИ-ИЛИ 5 передаетс  код (v, v , v-), где ./ - i VO--VM%V;,VVJ;,V;,, Vr-CiV H-a VM-. .,,Vv;,v;,2.. На второй выход подаетс  сиг« S Уй-1 Если сигнал т , вырабатываемый блоком элементов ЗИ-ИЛИ 4, принимает значение 1,-то коммутатор 8 передает код, считьгеаемьй из первого бло изменени , если же 0, то коммутатор 8 передает обратный код числа, считываемого из i вого блока пам ти 6. Аналогично работает узел 9. При , код, считанный из второго блока пам ти 7, передаетс  без изменени , при , передаетс  обратный код числа, считанного из второго блока пам ти 7. Числа cL и , передаваемые коммутаторами В и 9 соответственно, суммируютс  при помощи второго сумматора 10. Дл  накоплени  суммы (l) служат первый сумматор 1, выходной регистр 12 и узел сдвига 13, на два разр да (дл  учета множител  в выражении (1). Поскольку в выражении (2) фигурируют числа9), св занные с числами VQ , представленными в дополнительном коде, при помощи соотношени  (З), при передаче резуль- . тата вычислений в первый регистр сдвига 3.1 на два разр да старший разр д кода S,, инвертируетс  при помощи элемента НЕ 14. Быстродействие предлагаемого цифг рового фильтра пропорционально не количеству разр дов q регистров, а пропорционально ф/2 , т, е. быстродействие увеличиваетс  вдвое. При попытке одновременной обработки двух разр дов в структуре известного ЦФ, общий объем пам ти П 4 При , объем пам ти 1024 двоичных слова. В предлагаемом ЦФ общий объем пам ти удаетс  снизить при N 3, М 2 до Q 12. Таким образом, предлагаемое изобретение позвол ет снизить общий объем пам ти в 85 раз. Если вследствие округлени  результатов арифметических операций уровень колебаний предельного цикла дл  частоты ff, получаетс  меньше чем дл  частоты f, то необхидимо произвести настройку ЦФ на частоту f ,

а входную последовательность подвергнуть частотному преобразованию при помощи узла 1.

Claims (2)

1.Голд Б., Рэйдер Ч. Цифрова  обработка сигналов, М., Советское радио , 973,

2.Патент № 3777130,

1973 ппо-кл . 235-152. За, опубл ик. тотип) .

/2

ff