SE442369B - Digitalfilteranordning - Google Patents

Description

7900205-1 2 nen utnyttjar någon av de två ovan definierade kompressionskarakteristikorna så är Nl=3 och det binärkodade segmenttalet är lika med s2,sl,s0, där sø repre- senterar den minst signifikanta och sz den mest signifikanta biten och sj är lika med 1 eller 0.

Mantissatalet m(i) i kodgruppen s(i) anger i bas-2-koden antalet kvantiserings- steg inom segmentet s(i). Talet m(i) innefattar N2 bitar som kallas mantissabitar.

Vid användning av de ovan definierade kompressionskarakteristikorna är N2 = 4.

Talet m(i) ges nu av e3e2e1e0. Även i detta fall gäller att eo är den minst signifikanta och e3 den mest signifikanta biten och att ej har värdet 1 eller 0.

På känt sätt (se exempelvis hänvisningen 2 nedan) innebär filtrering av en di- gitalsignal som består av en följd av tal z(i) att en följd av tal y(i) skall fast- ställas, varvid sambandet mellan y(i) och z(i) ges av uttrycket N-1 Y(i) =§:::: a(k)z(i-k) (1) k=0 vid användning av ett icke-rekursivt digitalfilter. I (1) representerar a(k) en väg- ningsfaktor benämnd filterkoefficient. i i Vid användning av ett rekursivt digitalfilter för filtrering av en digitalsig- nal ges sambandet mellan y(i) och z(i) av uttrycket N-1 M y(1) =íÉII a(k)z(i-kl -ÉïII.b(k)y(f-k) (2) k=O k=1 I (2) anger a(k) och b(k) också ffirerkoefficienter.

Om nu en oenhetligt kvantiserad pulskodmodulerad signal tillföres digitalfilt- ret så blir det nödvändigt för att åstadkomma ett användbart resultat att först om- vandla denna signal till en enhetligt kvantiserad pulskodmodulerad signal bestående av en följd av tal z(i) vilka vart och ett är relaterat på ett sätt som beskrivs i det följande (se även hänvisningen 1 nedan) till talen s(i) och m(i).

Vid konstruktion av ett digitalfilter har två parametrar ytterst betydelsefull inverkan på den slutliga implementeringen. I första hand är detta den nödvändiga minneskapaciteten och i andra hand den maximalt tillåtna interna behandlingshastig- heten. I g _ i Vid ett icke-rekursivt digitalfilter (se uttrycket 1) är den nödvändiga minnes- kapaciteten bestämd av värdet på N och antalet bitar i talen a(k) och z(j). Vid ett “ rekursivt digitalfilter (se hänvisningen 2) är.den nödvändiga minneskapaciteten dessutom bestämd av värdet M och antalet bitar i talen b(k) och y(i). 7900205-1 -ie Den interna behandlingshastigheten bestämmes bland annat av antalet bitar i talen a(k), biki, z(i) och y(i).

Eftersom normalt ett tal s(i) i den enhetligt kvantiserade pulskodmodule- rade signalen kommer att innefatta ett större antal bitar än en kodgrupp x(i) i den oenhetligt kvantiserade pulskodmodulerade signalen, så är det fördelaktigt att lagra kodgrupperna x(i) i enlighet med vad som framgår av hänvisningen 3 istället för talen z(i).

Det icke-rekursiva digitalfiltret, som är beskrivet i hänvisnirgen 3, in- nehåller i fallet med oenhetligt kvantiserade pulskodmodulerade signaler närma- re bestämt en kaskadkoppling av N minnessektioner, vilka var och en är utförda att lagra och tillföra en kodgrupp x(i). Utgângen hos varje minnessektion är kopplad till en addštionsanordning genom en förgrening i vilken minnesmediumet är inkopplad. Produkterna av alla möjliga värden på z(i) och filterkoefficien- terna a(k), karakteristiken för den ifrågavarande förgreningen, är lagrade i vart och ett av dessa minnesmedium. Om det nu antages att produkterna a(k), z(i-k), som är lagrade i minnesmediumet, består av tretton bitar, så måste min- neskapaciteten i varje minnesmedium vara 13 x 28, varigenom en total minnes- kapacitet av 8N + 13 x 28 x N bitar behövs i detta digitalfilter. Eftersom produkten av a(k) och z(i-k) har lagrats i minnesmediumet, så kan den interna behandlingshastigheten vara låg eftersom i så fall endast N additionsoperatio- ner behöver genomföras. I motsats därtill behövs en enormt stor minneskapaci- tet, som uppgår till några hundra tusen bitar vid normala värden på N (t.ex. N = 100).

B. Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en ny utformning av ett digi- talfilter för filtrering av oenhetligt kvantiserade pulskodmodulerade signaler där en väsentligt lägre minneskapacitet kräves med en endast begränsad ökning av antalet additionsoperationer. För att uppnå detta är ett digitalfilter en- ligt uppfinningen kännetecknat av att anordningen innefattar: - ett första minnesmedi um innefattande första minnespositioner för lagring av segmenttalen s(i-k) och andra minnespositioner för lagring av mantis- ' satalen m(i-k) av ett givet antal om N konsekutiva kodgrupper x(i-kl, där k = 0, 1, 2, ... N-1 och där i = ..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ... och med utgånar för att i tur och ordning utmata de lagrade kodgrupperna; - ett andra minnesmedium för lagring av tal som karakteriserar absolutvär- det av N filterkoefficienter och med utgångar för att i tur och ordning utmata dessa lagrade tal; 7998205-1 q Uppfinningen grundar sig pâ den kommutativa lagen för multiplikation av tal. Som kommer att beskrivas närmare i det följande gäller nämligen att sam- bandet mellan E(i) och z(i) ges av ett uttryck enligt |z(1')|=s(il.zB(f) (s) I detta uttryck anger B(i) ett heltal och! z(i)j representerar absolutvärdet av z(i).0m tecknet för z(i) representeras genom sign {z(i) , innebärande att z(i)= signít(iÜ .I z(i)I så gäller för exempelvis ett icke-rekursivt digital- filærafl N-1 _ ym = If, mklsfgnízn-kfl .s(i-:<).2B("'° (4) |<=o Som kommer att framgå av det följande innehåller E(i) ej mer än sex bitar och 2B(i) innehåller ej mer än sju bitar, d.v.s. z(i) utgör ett 13-bitars tal.

Eftersom a(k) genomsnittligt sett utgör ett 12-bitars tal så måste för utföran- de av de operationer som âr definierade i (1) 13-bitars tal multipliceras med 12-bitars tal inom en viss tillgänglig tidsperiod TO.

Enligt uppfinningen multipliceras E(i-k) först med la(k)| ,vilket innebär multiplikation av ett 6-bitars tal med ett 12-bitars tal. En tidsperiod som väsentligen är lika med TO är tillgänglig för denna multiplikation. Det genom denna multiplikation bildade 18-bitars talet måste dessutom multipliceras med 2B(i'k). Emellertid kan denna multiplikation realiseras genom exempelvis en tal komma omvandlare som styres genom talet B(i-k). Inställningen av denna om- vandlare motsvarar då en multiplikation av det första tillförda produkttalet E(i-k) a(k) med faktorn 2B(i'k).

Ett särskilt intressant utföringsexempel på ett digitalfilter för filtre- ring av oenhetligt kvantiserade pulskodmodulerade signaler erhålles genom om- vandling av filterkoefficienten a(k) på det sätt som är utförligt beskrivet i hänvisningen 4 (se nedan) till ett minsta antal multiplikationsfaktorer vars storlekar är lika med 2F(k'j), där F(k,j) anger ett heltal. Nämnda första nmltiplikationsorgan kan nu helt utelämnas och talen E(i-k) tillföres direkt till tal komma omvandlaren. Denna omvandlare är då styrd genom utsignalen från en additionsanordning som tillföres talen B(i-k) och F(k,j) för alstring av summatalet B(i-k)+F(k,j). inställningen av tal komma omvandlaren svarar nu mot multiplikation av E(i-k) med talet 2B(i-k) + F(k,j). 5 7900205-1 C. Ritningsbeskrivning.

Fig 1 visar en digitalfilteranordning för filtrering av de pulskodmodulerade signalerna efter kompression enligt nämnda A-villkor; tig 2 visar ett utförings- exempel på en interpreterande anordning och en modifierad anordning för användning i anordningen i fig 1; fig 3 visar en digitalfilteranordning för filtrering av puls- kodmodulerade signaler efter kompressison enligt nämnda ,u-villkor; fig 4 visar en digitalfilteranordning för filtrering av de pulskodmodulerade signalerna efter kompression enligt A-villkoret där tidsbesparande multiplikation användes; fig 5 visar en digitalfilteranordning för filtrering av de pulskodmodulerade signalerna efter kompression enligt /u-regeln och vid användning av tidsbesparande multipli- kation.

D. Hänvisningar. 1) A Unified Formulation of Segment Companding Laws and Synthesis of Codecs and Digital Companders; H. Kaneko; The Bell Systems Technical Journal, September 1970; pages 1555-1588. 2. Digital Signal Processing; A.V. Oppenheim, R.W. Schafer; Prentice~Hall, Inc. 3. Stored Product Digital Filtering with Non-linear Quantization; 0. Monkewich, W. Steenaart; Proceedings 1976 IEEE international Symposim on Circuits and Systems; pages 157-160. 4. Svenska patentansökningen nr 7506777-7. 5. Designer's Guide to: Digital Filters (part sixl; B.J.Leon, S.C.Bass; EDN,May 20, 1874, pages 61-68. 6. Svenska patentansökningen nr 7407566-4 7. Svenska patentansökningen nr 7500483-8 8. Svenska patentansökningen nr 7510161-8 E. Beskrivning av utföringsexempel.

E(1). Teoretisk bakgrund.

Hänvisningen 1 innehåller en utförlig teoretisk behandling angående expansion av kodgrupper x(i) av oenhetligt kvantiserade pulskodmodulerade signaler och beskri- ver även vissa anordningar för utförande av sådan expansion. Frân hänvisningen 1 kan härledas att den praktiskt tillämpade A-villkor eller A-regel-karakteristiken svarar mot den karakteristik som i denna hänvisning är betecknad "A law-DLA-mid-riser".

Dessutom kan utläsas att den praktiskt tillämpade /u-villkor eller /u-regel-ka- rakteristiken svarar mot den karakteristik som i hänvisningen 1 benämnes “/u-law-DLA, mid-tread“. Den följande beskrivningen kommer att avgränsas till des- sa två kompressionskarakteristikor även om åtgärderna enligt uppfinningen också är direkt tillämpbara i samband med exempelvis nämnda "/u-law-DLA-mid-riser"~karakte- ristik. 7900205-1 Som framgår av hänvisningen 1 gäller för 13-segment-"A-law-DLA-mid-raiser"-ka- rakteristiken följande uttryck [lm] = zsfiké” mm + P - u (4) där: s(i) = s222 + s121 + s020 (5) m(i) = e322 + s121 + s02O (6) P = N.'f+2“1 Q = 0 N =2N2 I dessa uttryck anger N2 antalet bitar i m(i) och således att l¿=4. Dess- utom gäller följande: 3”=oförs(i)=o 3” = l för S(í) #0 och följaktligen gäller för s(i) = 0 att mm + fl íz(i)i [zlilí e323 + e222 + elzl 2 e02° + 24 (7) och för s(i) # 0 gäller då följande izfill = 23(í)"1{m(1') + 24 + 2'1} Iz(i)l = 2S(i)"1{%4 + e323 + e222 + el21 + e020 +2"1} (8) Talen E(i) som introducerades i avsnittet B och som alstras av nämnda modifieringsmedel är nu lika med 0 e3e2e1e0, l om s(i) är lika med 000.

Om istället s(i) är skilt från 000 så är E(i) lika med 1 e3e¿e1e0,1. 7900205-1 I fall s(i) är lika med 000 så följer av ovanstående att talet E(i) erhålles genom införing av en 1-bit i m(i) i en position som är en bitpositioi lägre än bit- positionen för den minst signifikanta biten i m(i). Uttryckt på anna sätt, om m(i) skulle ges av talet 1101, skulle E(i) vara lika med 1l01,1. Om s(i) lr skilt från 000 så erhålles talet E(i) genom införing av en 1-bit i m(i) i såväl en position som är en bitposition lägre än bitpositionen för den minst signifikanta liten i m(i), som i en position som är en bitposition högre än bitpositionen för den mest signifi- kanta biten i m(i). Uttryckt på annat sätt, om m(i) även i detta fall ges av 1101, så blir då E(1) lika med 11l01,1.

För nämnda 15-segment-"/u-law-DLA-mid-tread" gäller då följande: P = 2 varigenom Éz(i)l = 2s(i) {ä4 + e323 + e222 + e121 + e020 + 2_1} - (24 + 24) (9) Talet E(i) som alstras av nämnda modifieringsmedel blir nu lika med 1e3e2ele0,l och erhålles även i detta fall genom införing av en 1-bi i m(i) i en position lägre än bitpositionen för den minst signifikanta biten i m(i) samt även i den position som är en bitposition högre än bitpositionen för den mest signi~ fikanta biten i m(i).

E(2). Den icke~rekursiva digitalfilteranordningen enligt A-regeln.

Av uttrycken (7) och (8) i avsnittet E(1) följer att Izlill = E(i).2B(i), där Bli) = s(i) om s(i) = 000, och där B(i) = s(i) ~ 1, om s(i) #000. Ett utgångstal y(i) från ett icke-rekursivt digitalfilter erhålles nu enligt uttrycket (1) genom n-1 _, yli) si: and sign lïzii-kileii-ki.zß(l'kl k=0 ' ii-1 _ r _ =Zl zBWk) íaik) sign Lzii-kllsii-ki? uo) k=0 7900205-1 Utförandet av de behandlingsoperationer som är definierade i (10) på kodgrup- perna x(i), vilka bildar den oenhetligt kvantiserade pulskodmodulerade signalen, kräver en anordning av den generella uppbyggnad som framgår av fig 1. Den icke-re- kursiva digitalfilteranordningen i fig 1 för filtrering av oenhetligt kvantiserade pulskodmodulerade signaler enligt A-regeln innefattar en ingång 1 som tillföres kod- grupperna x(i). Till denna ingång 1 är anslutet det minnesmedium 2 (t.ex. ett RAM) för lagring av de N kodgrupperna x(i), x(i-2), ...,x(i-k),..., x(i-N+1), där i = ... ,-3,-2,-l,0,1,2,3,... Som tidigare observerats innefattar var och en av kodgrupperna x(i-k), k=0,l,2,...,N-l ett segmenttal s(i-k) och ett mantissatal m(i-k). Bortsett från dessa tal innefattar varje kodgrupp x(i-k) också en polaritetsbit som kommer att betecknas p(i-k). Segmenttalen s(i-k) är lagrade i minnespositioner i minnesme- diumet 2 som är betecknade I, varvid mantissatalen m(i-k) är lagrade i minnesposi- tionerna betecknade II och polaritetsbitarna p(j-k) är lagrade i minnespositionerna betecknade III. Det framhålles att sign [z(i-kll = p(i-k).

Minnesmediumet 2 innefattar tre utgångar betecknade 3,4 respektive 5. Kodgrup- perna x(i-k) lagrade i minnesmediumet 2 kan utläsas därifrån på vanligt sätt (se exempelvis hänvisningen 5). Av en utläst kodgrupp x(i-k) tillföres mantissatalet m(i-k) till utgången 3, det tillhörande segmenttalet s(i-k) tillföres utgången 4 och den tillhörande polaritetsbiten tillföres utgången 5.

Utgângen 3 på minnesmediumet 2 är ansluten till en ingång hos en modifieringsan- ordning 6, vilken vid varje tillfälle omvandlar ett tillfört mantissatal m(i-k) till ett modifierat mantissatal E(i-k). Det modifierade mantissatalet E(i-k) tillföres en multiplikator 7 för alstring av ett första produkttal zl(i-k). Dessa första pro- dukttal z1(i-k) tillföres dessutom till en andra multiplikator 8 för alstring av andra produkttal z2(i-k), vilka tillföres en ackumulator 9. Ackumuletorn 9 inne- fattar en additions-subtraktionsstyringång 10 som tillföres enbits al. Varje gång detta enbitstal är lika med "O" så adderas z¿(i-k) till innehållet ackumulatorn och varje gång enbitstalet är lika med "1" så subtraheras det andra produkttalet z2(i-k) från ackumulatorns innehåll.

Utgången 4 hos minnesmediumet 2 är ansluten till en ingång hos en interprete- ringsanordning 11 som tolkar segmenttalen s(i-k) och alstrar utgångstal E(i-k), var- vid varje gång som s(i-k)=000, B(i-k) är lika med s(i-k), och varje gång s(i-k) # 000, B (i-k) är lika med s(i-k)-1. Talen B(i-k) tillföres en multiplikationsfaktor- generator 12, vilken som följd av det tillförda talet B(i-k), alstrar ett tal vars storlek svarar mot 2B(í"k). Sistnämnda tal tillföres nu multiplikatorn 8 för att multipliceras med z1(i-k) varigenom zzfi-k) = zlli-klgzßfi4å) 7900205-4 Utgången 5 hos minnesmediumet 2 är ansluten till en första ingång nos en mu«a~ lo-2~adderare 13 vars utgång är ansluten till additions-subtraktionsstyringången 15 hos ackumulatorn 9.

Förutom minnesmediumet 2, i vilket kodgrupperna X(i) lagras, innefattar denna digitalfilteranordning ett andra minnesmedium 14, i vilket nämnda filterkoeFficien« ter a(k) är lagrade. Var :ch en av dessa Filterkoefficienter innehåller en polari« tetsbit, san kommer att betecknas sign lalkll och ett ta- sam kommer att betecknas iaikl och som representerar filterkoefficientens absalutvärde. Polaritctsbitarna sign Eaíkllär nu lagrade i minnespositionerna i minnesmedinmet 14 som är betefknade id medan talen ía(k)1 är lagrade i minnespositionerna betecknade ¥.

Minnesmediumet 14 innefattar två utgångar betecknade 15 respektive 16. rilter~ koefficienterna a(k}, vilka är lagrade i detta medium, kan även i detta fall utläsas på vanligt sätt (se även hänvisningen 4). Polaritetsbíten sign ialkll für en utläst filterkoefficient tillföras modulo-2-adderaren 13 och talet lalklt tillfdres multia plikatorn 7. Sålunda är det första produkttalet z1(i~k) lika med E(i-kl.§a{kl å.

Den med detta produkttal associerade polaritetsbiten uppträder nu på utgången av module-2-adderaren 13.

Om nu antages att polaritetsbiten för ett positivt tal är lika med "D" och för ett negativt tal lika med "1", så alstrar modulo-2-adderaren 13 en 0-bit om de två tillförda polarítetsbitarna är identiska (d.v.s. båda "I" eller båda "0"). Resulta« tet därav är att zzli-kl = E(i~k). [a(k}| .2B(i"k) adderas till innehållet i aekumulatorn 9. mn de två till modulo~2~adderaren tillförda polaritetsbitarna ej är identiska, så alstrar denna en 1-bit, varigenom z2(i-kl subtraheras Från innehâï- let i acknmulatcrn.

Det framhållas, såsom även framgår av avsnittet Eli), att Eii~k) inte bara är ”stämt genom mii-kl utan också av sli-k). Av denna anledning innefattar interprc~ e tsringsanerdningen ll en utgång 1? som avger en 1~puls sm s(i»k) #000 och en 0-pnls em síi-kl = 000. Dessa pulser tillföras modifieringsanordningen 6. Uppbygg~ naden av interpreteringsanordningen och modifieringsanordningen kommer att behandlas närmare i avsnittet E(3) nedan.

Eftersom varje ntgångstal y(i), såsom framgår av uttrycken (1) och (10), vart och ett består av en ändlig summa av N andra produkttal z2(), så kommer varje gång N andra prndukttal z2(i~k) att ha bildats och adderats i ackumulatorn 9. Utgående från de N kodgrupperna som är lagrade i minnesmediumet 2 och de N filterkoefficien- terna a(k), så utläsas denna ackumulator på känt sätt och äterställes till nolläget.

Eftersom samtliga de tal som alstras av multiplikationsfaktorgeneratorn 12 utgår heltalsmultiplar av 2, d.v¿s. 2B(i“k), så kan multiplikatorn 8, såsom 10 79Ü®2Û5=l redan nämnts, implementeras som en tal komma omvandlare. Denna omvandlare styres då genom talet 2B(i"k), som alstras av multiplikationsfaktorgeneratorn, och är så inställd att dess utgångstal z2(i-k) svarar mot z1(i-k) . 2B(ï“k). För att begränsa framställningen hänvisas till hänvisningarna 6 och 7 vad gäller implemente- ringen av en sådan tal komma omvandlare.

Det framhållas att trots att bitarna i ilerbitstalen, t.exs s(i), m(i), B(i), E(i), o.s.v., kan uppträda såväl i serie som parallellt, så antages i utförings- exemplet i fig l_att bitarna i flerbitstalen nppträder parallellt, För detta ändamål är de förbindningar i tig 1 där ilerbitstal uppträder markerade genom pilsymbolen .=§. Denna symbol kommer även att användas i det iöljande.

Multiplikationsfaktorgeneratorn kan implementeras som en avkodningskrets, vil~ ken tillföres talen B(i-k) och alstrar exempvis ett 7-bitars tal innehållande endast en 1-bit. Läget av dessa 1-bitar inom talet bestämmas av B(i-kl. Om exempelvis B(i-k)=000 så alstrar denna generator exempelvis ett tal 000000l= 20; om B(ik)=0O1 så alstrar den talet 00000l0=21, o.s.v.

E(3).Den interpreterande och modifierande anordningen.

Ett möjligt utförande av en interpreterande anordning och en modifierande an- ordning för användning i digitalfilteranordningen i tig 1 är visat i fig 2.

Den interpreterande anordningen 11 i tig 2 innefattar tre vippor, t.ex. tre D-vippor 18,19,20, vilka tillföres bitarna s1,s2 respektive s3 ingående i seg- menttalet s(i~k). Genom en ledning 21 tillföres också en klocksignal till vipporna l8,19,20. Vippornas utgångar är anslutna dels till ingängarna hos en subtraherare 22 för parallell behan ling och dels till ingångarna hos en ELLER-krets 23. ELLER-kret- sens 23 utgång är a sluten till en ingång hos en OCH-krets 24 som även är tillförd ett logiskt värde “ "_ 0CH-kretsens 24 utgång är även ansluten till en ingång hes subtraheraren 22.

Interpretering anordningen som tillföres segmenttalen s(i-k) och som alstrar talen B(i~kl arbetar enligt följande, Ett segmenttal s(i-k), som utläses från min- nesmediumet 2, inmatas vid en tidpunkt som är bestämd av klockpulsen på ledningen 2í i vipporna 18,19 och 20. Om s(i-kl är lika med 000 så alstrar ELLER-kretsen 23 och OCH-kretsen 24 en "0", varigenom subtraheraren 22 alstrar talet B(i-k)=s(i~k)=0O0.

Om s(i-kl %0 så alstrar ELLER-kretsen 23 och UCH-kretsen 24 en "l“, varigenom sub- traheraren 22 alstrar talet B(i-k)=s(i~k)-1.

F-'íodifieringsanordningen 6, som likaså är visad i fig 2 , består av sex vippor 25-30 vilka även antages vara av D-typ och bitarna som uppträder på utgångarna bil- dar tillsammans det modifierade talet E(i-k). Logikvärdet "l" tillföres vippan 25, bitarna e0,el,e2 respektive e3 ur m(i-k) tillföras vipporna 26~29, och de logikvärden som alstras av OCH-kretsen 24 i interpreteringsanordningen tillföres 11 7900205-1 vippan 30. En klocksignal tillföres också genom en ledning 31 till vipporna 25-3G.

Vid en tidpunkt som är bestämd av klockpulsen på ledningen 31 inmatas de sex bitar som tillföres mcdifieringsanordningen i vipporna 25~30 och E(i~k) bestämmes genom innehållet i vipporna.

E(4). Den icke~rekursiva digitalfilteranordningen enligt ,u-regeln.

Ur uttrycket (9) i avsnittet E(1) följer att I lill-ll = l-:(n.2S<")-<24+2^1l Ett utgångstal yii) från ett icke-rekursivt digitalfilter ges nu enligt uttrycket (1) av N-1 s(i-k), y(i) =§::: 2 . a(k)p(i-K)E(i~kí} - k=0 iaudrui-k) (24 + ïlln N-1 N-1 ym =*>;:_@n|<)pn-k)E(i-k).2”'k) - :anopii-krtfl + 24) (11) k=0 k=0 För att utföra den behandling som definieras i (11) kan man utnyttja den i fig 3 visade digitalfilteranordningen. Anordningen i fig 3 är i stor utsträckning imple- menterad på samma sätt som anordningen i fig 1. I fig 3 har element med motsvarighet i fig 1 givits samma hänvisningsbeteckningar som i fig 1. Anordningen i fig 3 skil- jer sig från anordningen i fig 1 genom att någon interpreteringsanordning ej använ- des, medan modifieringsanordningen 6 ej är styrd av talen s(i) eller däremot svaran~ de signaler. Detta innebär att modifieringsanordningen kan byggas upp på det sätt som framgår av fig 2, varvid emellertid förutsättes att i detta fall en logisk "l" (jämför uttrycket 9) tillföres vippan 30 istället för utsignalen från OCH-kretsen.

I utföringsexemplet i fig 3 är subtraheraren 32 dessutom ansluten till utgången hos ackumulatorn 9, till vilken subtraherare tillföres inte bara det från ackumulatorn 9 utlästa innehållet utan också ett tal som svarar mot den andra termen i uttrycket (11). Närmare bestämt erhålles detta tal med hjälp av en andra ackumulator 34 som tillföres talen ia(k)l , vilka är lagrade i minnespositioner V i lagringsmediumet 14, samt även de av modulo-2-adderaren 13 alstrade polaritetsbitarna. Närmare be~ stämt tillföres dessa polaritetsbitar till additions-subtraktionsingången 35 hos ackumulatorn 35. Varje gång innehållet i ackumulatorn 9 tillföres subtraheraren 32 12 raoozos-1 så tillföres innehållet i ackumulatorn 34 till en multiplikationsanordning 36, vil- ken även tillföras en fast multiplikationsfaktor lika med 24 + 2"1. Den på ut~ gången av multiplikationsanordningen 36 uppträdande produkten subtraheras därefter i subtraheraren 32 från innehållet i ackumulatorn 9 och den sålunda alstrade skillna- den utför det önskade utgângstalet y(i).

E(5). Användning av tidsbesparande multiplikation.

I avsnittet A(2) har redan nämnts att den slutliga implementeringen av ett di~ gitalfilter bestämmes bl.a. av den maximalt tillåtna behandlingshastigheten, som är bestämmande för vilket antal filterkoefficienter som kan komma ifråga, samt antalet bitar i de tal som måste multipliceras med varandra. Hänvisningen 4 beskriver hur den tillgängliga tiden för bestämning av ett utgångstal y(i) i ett digitaliilter kan utnyttjas så effektivt som möjligt, eller uttryckt på annat sätt hur en multiplika- tion kan utföras på effektivast möjliga sätt. För detta ändamål ersättes, såsom ägg. utförligt beskrivet i hänvisningen 4, varje filterkoefficient a(k) med ett antal positiva och[eller negativa multiplikationsfaktorer f(k,j), där tecknet för f(k,j) ges av sign Lf(k,j)J och där beloppet [t(k,j)l av f(k,J) är exakt lika med 2F(k'j), där F(k,j) representerar ett positivt heltal, varigenom a(k) rim-g" flm) JFWÛ) (12) J Som ett första exempel antages att a(k)=+0O0111 (=+7). Denna filterkoefficient kanu' ft nu sammansättas av multiplikationsfaktorerna f(k,1)=+01000 (=+23) och f(k,2)= - -000001 (=~20). Som ett andra exempel antages att a(k)=+01l101(=+29). Denna filterkoefficient kan nu sammansättas av multiplikationsfaktorerna f(:<,1)=+1ooooo(=+25>, fu<,2)=-ooo1oo (=-22) och fu<,3) = +ooooo1 (=+2°).

Genom omvandling av var och en av filterkoefficienterna på ovan beskrivet sätt till ett antal multiplikationsfaktorer kan den multiplikator som måste användas för multiplikation av talet E(i,k) med filterkoefficienterna a(k) (jämför 7 i fig 1 och 3), såsom är beskrivet i hänvisningen 4, implementeras, i likhet med multiplikatorn 8, som en tal komma omvandlare, vars inställning är styrd genom talet ]f(k,j)] . Ett digitalfilter som kan implementeras på grundval av ovanstående kommer att benämnas "digital fil ter med tidsbesparande multiplikation".

I ett digitalfilter för filtrering av signaler kan man nu utnyttja tidsbespa- rande multiplikation på ett särskilt intressant sätt. Genom att ej lagra var och_§n av multiplikationsfaktorerna f(k,j) själv utan endast dess polaritet sign f(k,jlí och talet F(k,j) kan hela det matematiska förlopp som definierats i uttrycket (1) realiseras med hjälp av endast en enda tal komma omvandlare och en ackumulator. 13 79oo2os-1 Om ett icke~rekursivt digitalfilter enligt A~regeln skall realiseras följer av (10) och (12) att n-1 Bli-k) ,_ - _ yli) :Zl 2 .ípli-klæliukrïïsign flkml zflkrfl? i<=o j ' n-1 r _. _ _ = ïï ïl pif-krsignifllejjl .zif-kl.zß“skl*flk=ll (13) |<=o j Anordningen för utförande av denna beräkningsoperation enligt uctrycket (13) är visad i fig 4. Arordningen i fig 4 skiljer sig från anordningen i fig 1 i följande avseenden: 1. Multiplikatorn 7 som behövs i anordningen i fig 1 finns ej längre med i anord- ningen i fig 4; 2. Multiplikatorn 8 är implementerad som en tal komma omvandlare; 3. Polariteterna för multiplikationsfaktorerna f(k,j) respektive talen F(k,j) är lagrade i minnespositionerna IV och V i minnesmediumet 14; 4. Talen B(i-k) och F(k,j) tillföres en additionsanordning 33 vars utgång är an- sluten till ingången hos multiplikationsfaktorgeneratorn 12.

Vid realisering av ett icke-rekursivt digitalfilter enligt /u-reglen följer av (11) och (12)\att N-1 gm =>ïï " pli-krsign ífuejll .E<1'-|<)2S(l"k)*F"<-J') + k=o j n--1 __ _ ~ :i Z pli-krsign 'Lflkmj .2F(k=5).(24+2'1) (14) i<=o j Anordningen för utförande av beräkningsoperationen enligt (14) är visad i fig 5. Den i fig 5 visade anordningen skiljer sig från den i fig 3 visade i följande avseenden: 1. Den i anordningen i fig 3 nödvändiga multiplikatorn 7 finns ej längre med i an~ ordningen i fig 5; 2. Multiplikatorn 8 är även i detta fall implementerad som en tal komma omvand- lare; 3. Polariteterna för multiplikationsfaktorerna f(k,j) respektive talen F(k,j) är lagrade i minnespositionerna IV och V i minnesmediumet 14; 4. Talen sli-k) och F(k,j) tillföres en additionsanordning 33 vars utgång är an- sluten till ingången hos en multiplikationsfaktorgenerator 12; §. Den i anordningen i fig 3 nödvändiga multiplikatorn 36 finns ej med i anordningen 14 7900205-1 i fig 5; 6. För al string av talet som ges av den andra termen i (14) tillföres talen F(k,j) också till en andra multiplikationsfaktorgenerator 37, som kan vara implementerad på samma sätt som multiplikationsfaktorgeneratorn 12. Utgångstalen 2F(k°j) från gene- ratorn 37 styr inställningen av den andra tal komma omvandlaren 38 som tillföres det fasta talet 24+2'1; 7. Utgängarna hos tal komma omvandlaren 38 är anslutna till ingångarna hos acku- mulatorn 34 vars additions-subtraktionsstyringâng 35 är ansluten till utgången av modulo-2-adderaren 13 och vars utgång är direktansluten till en utgång hos subtrak- tionsanordningen 33.

Det framhållas att antalet multiplikationsfaktorer f(k,j) som tillsammans ka- rakteriserar en viss filterkoefficient a(k) kan vara olika från koefficient till koefficient. För att separera associerade multiplikationsfaktorer från andra multi- plikationsfaktorer kan man lagra, på det sätt som är utförligt beskrivet i hänvis- ningen 4, ett antal "stopptal" i minnespositionerna V i minnesmediumet 14 på sådant sätt att varje gång efter det att en grupp av tal F(k,j), som tillsammans karakte- riserar en given filterkoefficient a(k) har utlästs frân minnet ett sådant “stopp- tal" uppträder. Hänvisningen 4 beskriver hur detta “stopptal" kan utnyttjas för ut- läsning av exempelvis en ny kodgrupp x(i) från minnesmediumet 2.

E(5).Allmänt. 1. Var och en av de i figurerna 1,3,4 och 5 visade anordningarna innefattar en ackumulator av det slag som adderar ett tillfört tal till det ackumulerade innehål- let eller subtraherar detsamma därifrån. En sådan ackumulator innefattar såväl adde- rare som subtraherare. En väsentligt enklare ackumulatorkrets kan erhållas genom omvandling av de tal, som bildas av talen från multiplikatorn 8, och tillhörande polaritetsbitar, som alstras av modulo-2-adderaren, först till antingen 1-komple- mentfonn eller till 2-komplementform innan dessa tal tillföres ackumulatorn, vilket gör det möjligt att realisera ackumulatorn med hjälp av enbart adderare. 2. Genom lagring av flera uppsättningar av filterkoefficienter (eller därmed ekvi- valenta tal) i minnesmediumet 14 på det sätt som utförligt beskrivits i exempelvis hänvisningen 8, då varje uppsättning innefattar N filterkoefficienter, kan anord- ningarna i fig 1,3,4 och 5 även användas som interpolerande digitalfilter.

Claims (3)

7900205-1 (ET 8. t V

1. Digitalfilteranordning för filtrering av oenhetligt kvantiserade pulskodmodulerade signaler som bildas av en följd av kodgrupper x(i) var- dera innefattande ett segmenttal s(i) och ett mantissatal m(i), k ä n - n e t e c k n a d av att anordningen innefattar: - ett första minnesmedium (2) innefattande första minnespositioner (I) för lagring av segmenttalen s(i~k) och andra minnespositioner (II) för lagring av mantissatalen m(i-k) av ett givet antal om N konsekutiva kodgruppper x(i-k), där k = 0, 1, 2, ... N-1 och där i =..., -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, ... och med utgångar (3-5) för att i tur och ordning utmata de lagrade kodgrupperna; - ett andra minnesmedium (14) för lagring av tal som karakteriserar abso- lutvärdet av N filterkoefficienter och med utgångar (15, 16) för att i tur och ordning utlata dessa lagrade tal; - första medel (6) kopplat till de andra minnespositionerna (II) hos det första minnesmediumet (2) för modifiering av mantíssatalen m(i-k) och för alstring av modifierade mantissatal E(i-k); - multiplikationsorgan (8) för alstring av produkttal 22 li-k); - andra medel som kopplar multiplikationsorganet (8) till modifieringa- medlet (6); - tredje medel som kopplar multiplikationsorganet (8) till det andra minnesmediumet (14): - fjärde medel (12) som kopplar multiplikationsorganet (6) till de första minnespositionerna (I) hos det första minnesmediumet (2); och - ackumulatororgan (9) kopplat till multiplikationsorganet (8) för acku- mulering av produkttalen z2(i-k).

2. Digitalfilteranordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k- n a d av att: - det andra minnesmediumet (14) är anordnat för lagring av N uppsätt- ningar av tal F(k,j), varvid varje uppsättning karakteriserar absolut~ värdet a(k) hos en filterkoefficient a(k); och att - det tredje och fjärde kopplingsmedlet är sammansatt och innefattar additionsorgan (33) för alstring av summatal D(k,j), vilket additions- organ (33) är kopplat till de första minnespositionerna (I) hos det första minnesmediumet (2), till det andra minnesmediumet (14) och till ,..-..-.-.._~.-.-......_.... 79qo2qs-1 ,b multip1ikatio1sorganet (8). (Pig 4 och 5).

3. Digitalfilteranozdníng enligt patentkravet 1 eller 2, R ä n n e - t e c k n a d av att: - det fjärde koplingsmedlet innefattar medel (11) som äz anslutna till det första ninnesmediumets (2) första minnespositioner (I) för inter- pretering av segmenttalen s(i-k) och för alstring av talen B(i-R), av vilka vart och ett karakteziseraz ett segmenttal s(i-k); och att - femte medel är anordnat att koppla modifiezíngsmedlet (6) till det första minnesmediumets (2) försia minnespositionez (I). (Eig 1 och 4).