DE1912674B2 - Digitales Filter - Google Patents

Description

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Jjgitales Filter mit einer geringen Anzahl von Multipliuerschaltungen und Verzögerungskreisen verfügbar zu nachen.

Diese Aufgabe wird bei einem Filter der eingangs definierten Art dadurch gelöst, daß die erste Summiereinrichtung der dritten Schaltungsgruppe zwischen den Eingangsleiter der ersten Schajtungsgruppe und den ersten Ausgangsleiter der zweiten Schaltungsgruppe geschaltet ist, daß die zweite Summiereinrichtung der dritten Schaltungsgruppe zwischen dem zweiten Ausgangsleiter der ersten Schaltungsgruppe und dem zweiten Ausgangsleiter der zweiten Schaltungsgruppe liegt und daß die dritte Summiereinrichtung zwischen den ersten Ausgangsleiter der ersten Schaltungsgruppe und den Eingangsleiter der zweiten Schaltungsgruppe geschaltet ist

Eine Wetterbildung der Erfindung besteht darin, daß zusätzlich eine vierte, im wesentlichen zu der ersten und zweiten Schaltungsgruppe gleiche Schaltungsgruppe und eine fünfte, im wesentlicher zu der dritten Schallungsgruppe gleiche Schaltungsgruppe vorgesehen sind, die insgesamt so geschaltet sind, dab die zweite mit der fünften Schaltungsgruppe in gleicher Weise wie die erste mit der dritten Schaltungsgruppe verbunden ist und die vierte mit der fünften Schaltungsgruppe in gleicher Weise wie die zweite mit der dritten Schaltungsgruppe verbunden ist.

Das digitale Filter gemäß der Erfindung vermindert die Anzahl der Multiplizierschaltungen durch eine Neuordnung der Multiplizier- und Summieroperaticnen. Insbesondere werden die Daten in jedem Paar einer Anzahl von Paaren von codierten Daten zunächst summiert und dann mit einer Konstanten multipliziert, anstatt daß jeder Satz von Daten mit einer Konstanten multipliziert, und dann die so erhaltenen Paare von Produkten summiert werden. Diese erfindungsgemäße Anordnung setzt die Anzahl der erforderlichen Multiplizierschaltungen auf die Hälfte herab.

Weiterhin wird die Anzahl der Verzögerungskreise dadurch vermindert, daß die Verzögerungskreise benachbarte Filterteile von Kaskadenkombinationen gemeinsam benutzen. Insbesondere wurde festgestellt. daß jeder Satz von zeitverzögerten Daten, die als Ausgänge an der ersten Hälfte der Verzögerungskreise eines Filterteils erscheinen, ebenfalls, wenn auch zu einer früheren Zeit, als Ausgänge an der zweiten Hälfte der Verzögerungskreise des unmittelbar vorangehenden Teils vorhanden sind. Daher ist die zweite Hälfte der Verzöijerungskreise in jedem Filterteil als die erste Hälfte der Verzögerungskreise im folgenden Filterteil geschaltet. Infolgedessen sind nur n(s + 1) Verzögerungskreise an Stelle von 2n(s) Kreisen erfc;<Jcrlich, wobei η die Ordnung der Teile und s die An/ahl der Teile ist.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben; es zeigt

F i g. I ein Blocksehema eines digitalen Filters gemäß der Erfindung und

F i g. 2 ein weiteres Blocksehema eines digitalen FiI-ters gemäß der Erfindung.

F i g. 1 zeigt ein digitales Filter zweiter Ordnung, das einer Allpassvtrsion zweiter Ordnung des in Fig. 1 des IEEE-Aufsatz.es gez2igten Filters gleicht. Der Unterschied zwischen diesem Filtern besteht darin, daß durch die vorliegende Erfindung mehrere Multiplizierschaltungen weggelassen v/urden. Dies wird dadurch erreicht, daß zunächst kodierte Daten, die einen gemeinMultiplikator aufweisen, summiert werden und dann die Summe mit einem neuen Multiplikator multipliziert wird. Die folgende Diskussion befaßt sich weiter mit diesem Unterschied,

Das Filter der vorliegenden F i g, 1 kann von meareren Standpunkten aus betrachtet werden. In der folgenden Diskussion wird es so betrachtet, als ob es aus zwei gleichen Schaltungsgruppen besteht, die mit 11 und 12 bezeichnet sind, und aus einer weiteren Schaltungsgruppe, die mit 13 bezeichnet ist

Jede der Schaltungsgruppen 11 und 12 besteht aus einem Paar von in Reihe geschalteten Verzögerungskreisen, die eine Verzögerung liefern, welche im wesentlichen gleich der Zeitperiode T ist nämlich der Periode der kodierten Signalproben. Diese Verzögerungskreise sind in der Schaltungsgruppe 11 durch die Bezugszahlen 14 und 15 gekennzeichnet Jede der Schaltungsgruppen 11 und 12 enthält einen Eingangsleiter, der mit dem einen Ende der Reilienkombination verbanden ist, z. B. den Leiter 16, der mit dem Eingang des Verzögerungskreises 14 verbunden ist. Jede Schaltungsgruppe enthält ferner einer- ersten Ausgangsleiter, der mit dem anderen Ende der R :ihenkombination verbunden ist, und einen zweiten Ausgangsleiter, der

as mit dem Verbindungspunkt zwischen den Ve^ogerungskreisen verbunden ist, z. B. die Leiter 17 und 18 der Schaltungsgruppe 11.

Die Schaltungsgruppe 13 besteht aus drei Summierungsschaltungen 19, 20 und 21, einer ersten Multiplizierschaltung 22, die zwischen der Summierungsschaltung 19 und der Summierungsschaltung 20 liegt, und einer zweiten Multiplizierschaltung 23, die zwischen der Summierschaltung 21 und der Summierschaltung 20 liegt.

Die drei Schallungsgruppen sind so miteinander verbunden, daß die Summierungsschaltungen 19,20 und 21 mit dem Eingangs-, dem ersten Ausgangs- und dem zweiten Ausgangsleiter der SchaHurgsgruppe 11 und weiterhin mit dem ersten Ausgang, dem Eingangs- und dem zweiten Ausgangslelter der Schaltungsgruppe 12 verbunden sind.

Erfindungsgemäß werden Daten, die an den zweiten Ausgangsleitcrn der Schaltungsgruppen 11 und 12 erscheinen, durch die Summierungsschaltung 21 summiert und dann durch die Multiplizierschaltung 23 mit einer Konstanten X2 multipliziert. In gleicher Weise werden Daten, die am Eingangsleiter der Schaltungsgruppe 11 und des ersten Ausgangsleiiers der Schaltungsgruppe 12 erscheinen, in der Summierungsschaltung 19 summiert und dann durch die Multiplizierschaltung 23 mit einer Konstanten x\ multipliziert. Hierdurch ergibt sich Ue Verwendung nur der Hälfte der Anzahl der Muliipli/ierschaltungen. die für Schaltungen bisheriger Art erforderlich v>aren.

F i g. 2 zeigt als Blocksehema eine Kaskadenfiltcrausführung, welche die Kombination der Fig. 1 enthält. Diese Ausführung enthält ferner eine Schallungsgruppe 24, deren Form mit derjenigen der Schahungsgruppe 13 identisch ist und die mit der Scnaltungsgruppe 13 in der gleichen Weise verbunden ist wie die Schaltungsgruppe 13 mit der SchaUungsgruppe 11. Die Ausführung enthält ferner eine Schallungsgruppc 25, die mil den Schaltungsgruppen 11 und 12 identisch ist und die weiterhin mit der Schaltungsgruppe 24 in der

«5 gleichen Weise verbunden ist wie die Schaltungsgruppe 12 mil der Schaltungsgruppe 13. Es können selbstverständlich weitere Paare von Schaltungsgruppen hinzugefügt werden, um ihre Anzahl in der Kaskadenkombi-

nation zu erhöhen. In F i g. 2 ist die Anzahl jedoch ausreichend, um die Verminderung der Verzögerungskreise zu erläutern, die durch die vorliegende Erfindung erzielt wird.

Wenn man eingehender auf die F i g. 2 eingeht, so sieht man, daß die Schaltungsgruppe 12 als letzte Hälfte der Verzögerungskreise des Filterteils arbeitet, der aus der Schaltungsgruppe 13 besteht, und weiter als die erste Hälfte der Verzögerungskreise des Filterteils, der aus der Schaltungsgruppe 24 besteht. Diese doppelte Verwendung der Schaltungsgruppe 12 vermindert die Anzahl der erforderlichen Verzögerungskreise. Wenn insbesondere s gleich der Anzahl der Teile in der Kaskadenkombination ist (zwei in F i g. 2) und wenn η gleich der Ordnung der Filterteile ist (ebenfalls zwei in F i g. 2). dann werden bei den Ausführungen der vorliegenden Erfindung an Stelle von 2n(s) Kreisen i\s f 1) Verzögerungskreisc benutzt. Hierdurch entsteht eine Beseitigung von n(s — 1) Verzögerungskreisen. Weiterhin sieht man. daß, je geringer die Ordnung der Kombination ist. um so weniger Verzögerungskreisc erforderlich sind.

Die Halbierung der Anzahl der Multiplizierschaltungen, wie sie an Hand der F i g. 1 behandelt wurde, ist ebenfalls in F i g. 2 vorhanden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. i 912

   Patentanspröche:

   1- Digitales, aus mehreren Schaltungsgruppen bestehendes Filter zweiter Ordnung zur numerischen $ Phasenentzerrung eines codierten Signals, um nach der Decodierung das ursprüngliche Eingangssignal wieder zu erhalten, bei dem die codierten Signale eine Periode T aufweisen, mit einer ersten, aus einem Paar von in Reihe geschalteten und jeweils *e eine zu der Periode Tim wesentlichen gleiche Verzögerungen erzeugende Verzögerungseinrichtungen bestehende Schaltungsgruppe, die ferner einen mit dem einen Ende der in Reihe geschalteten Verzögerungseinrichtungen verbundenen Eingangsieiter, einen ersten, mit dem anderen Ende der in Reihe geschalteten Verzögerungseinrichtungen verbundenen Ausgangsleiter und einen zweiten, mit dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Verzögerungseinrichtungen verbünde- ao nen Ausgargsleiter aufweist, einer zweiten, im wesentlichen zu der ersten Schaltiingsgruppe gleichen Schaltungsgruppe und einer dritten, aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Summiereinrichtung bestehenden Schaltungsgruppe, die ferner »5 eine erste, zwischen den Ausgang der ersten Summiereinrichtung und einen Eingang der dritten Summiereinrichtung geschaltete Multiplizierschaltung und eine zweite Multipliziereinrichtung aufweist, die zwischen den Ausgang der zweiten Summiereinrichtung ur.i einen Eingang der dritten Summiereinrichtung geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Γ jmmiereinrichtung (19) dritten Schaltungsgruppe (13) zwischen den Eingangsleiter (16) der ersten Schaltungsgruppe und den ersten Ausgangsleiter der zweiten Schaltungsgruppe (12) geschaltet ist, daß die zweite Summiereinrichtung (21) der dritten Schaltungsgruppe zwischen dem zweiten Ausgangsleiter (18) der ersten Schaltungsgruppe und dem zweiten Ausgangsleiter der zweiten Schaltungsgruppe liegt und daß die dritte Summiereinrichtung zwischen den ersten Ausgangsleiter (17) der ersten Schaltungsgruppe und den Eingangsleiter der zweiten Schaltungsgruppe geschaltet ist.
2. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine vierte, im wesentlichen zu der ersten und zweiten Schaltungsgruppe gleiche Schaltungsgruppe und eine fünfte, im wesentlichen zu der dritten Schaltungsgruppe gleiche Schaltungsgruppe vorgesehen sind, die insgesamt so geschalte! sind, daß die zweite mit der fünften Schaltungsgruppe in gleicher Weise wie die erste mit der dritten Schaltungsgruppe verbunden ist und die vierte mit der fünften Schaltungsgruppe in gleicher Weise wie die zweite mit der dritten Schaltungsgruppe verbunden ist.

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   Die Erfindung betrifft ein digitales, aus mehreren Schaltungsgruppen bestehendes Filter zweiter Ordnung zur numerischen Phasenentzerrung eines codierten Signals, um nach der Decodierung das ursprüngliehe Eingangssignal wieder zu erhalten, bei dem die codierten Signale eine Periode 7aufweisen, mit einer ersten, aus einem Paar von in Reihe geschalteten und jeweils eine zu der Periode T im wesentlichen gleiche Verzögerungen erzeugende Verzögerungseinrichtungeir bestehende Schaltungsgruppe, die ferner einen mit dem einen Ende der in Reihe geschalteten Verzögerungseinricbtungen verbundenen Eingangsleiter, einen ersten, mit dem anderen Ende der in Reihe geschalteten Verzögerungseinrichtungen verbundenen Ausgangsleiter und einen zweiten, mit dem Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Verzögerungseinrichtungen verbundenen Ausgangsleiter aufweist, einer zweiten, im wesentlichen zu der ersten Schaltungsgruppe gleichen Schaltungsgruppe und einer dritten, aus einer ersten, einer zweiten und einer dritten Summiereinrichtung bestehenden Schaltungsgruppe, die ferner eine ersie, zwischen den Ausgang der ersten Summiereinrichtung und einen Eingang der dritten Summiereinrichtung geschalteter Multiplizierschaltung und eine zweite MultipHziereinrichtung aufweist die zwischen den Ausgang der zweiten Summiereinrichtung und einen Eingang der dritten Si-mmiereinrich· tung geschaltet ist

   Kennlinien von Bauelementen eines Systems, die fre quenzabhängige Phasenverschiebungskennlinien zei gen, ergeben häufig eine Signalverzerrung. Versuche zur Kompensierung einer derartigen Verzerrung wur den mit Hilfe von Allpassfiltern gemacht. Im Idealfal! liefern diese Filter eine kompensierende Phasenver schiebungskeno'jnie und eine im wesentlichen sich nicht ändernde Dämpfung, wobei die Güte der Koni pensation von der Bemessung und dem Aufbau des Filters abhängt.

   Es wurde auch eine Kompensation unter Verwendung digitaler Filter versucht. Beim digitalen Filiern geht man von numerischen Werten eines abgetasteten und codierten Eingangssignals aus, um numerische Werte zu erhaiten, d\t zur Gewinnung einer gefilterten Version des Eingangssignals decodiert werden können. Dieses Filtern hat gegenüber dem analogen Filtern einige Vorteile. Zum Beispiel kann eine größere Genauigkeit erreicht werden. Weiterhin kann eine größere Vielfalt von Filtern gebaut werden, einschließlich verhältnismäßig kleiner und wirtschaftlicher Einheiten. die gu«e niederfrequente Eigenschaften aufweisen. Ferner verwenden derartige Filter digitale Schaltungen, die gegenüber analogen Filterschaitungen mehrere Vorteile aufweisen. Erstens hat eine digitale Schaltung eine größere Toleranz für Abweichungen der Bauclcmentwerte. Zweitens erfordern digitale Schaltungen keine Induktivitäten, was bei Verwendung von gedruckten urd integrierten Schaltungen von Vorteil ist.

   Ein digitales Filter der eingangs beschriebenen Art ist in »Proc. of the IEEE«. Bd. 55, Nr. 3 (1967), S. 149 bis 171 naher erläutert. Als weitere Literaturstellen seien genannt: »Some Practical Considerations in the Realization of Linear Digital Filters«, von |. F. K a i s e r, in »Proceedings of the Third Annual Allerton Conference on Circuit and System Theory« (1965) und »Digital Filters« von J. F. K a i s e r, in »System Analysis by Digital Computer«, herausgegeben von F. F. K u ο und J. F. K a i s e r (). Wiley and Sons. 1966).

   Ein Studium dieser Quellen zeigt, daß die digitalen Allpassfilter bisheriger Art eine Vielzahl von Multiplizierschaltungen und Verzögerungskreisen verwenden. Wenn auch die Anzahl derartiger Schaltungen beim Aufbau und der Verwendung nur eines oder zweier Filter tragbar ist, so treten doch bei einer großen Anzahl von himereinandergeschalteten digitalen Allpassfittern, z. B. für den Fernsprechdienst. Schwierigkeiten auf.