Спосіб цифрової фільтрації сигналу

Спосіб цифрової фільтрації сигналу, при якому задають часовий інтервал, формують сукупність затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу за допомогою блока послідовно з'єднаних елементів затримки вхідного сигналу, здійснюють обробку вхідного сигналу, формують оцінку корисного сигналу, який відрізняється тим, що здійснюють поетапну обробку вхідного сигналу, при якій після формування сукупності затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу на першому етапі обробки розділяють сукупність затрима 3 рвал, формують сукупність затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу за допомогою блоку послідовно з'єднаних елементів затримки вхідного сигналу, здійснюють обробку вхідного сигналу, формують оцінку корисного сигналу, полягає в тому, що здійснюють поетапну обробку вхідного сигналу, при якої після формування сукупності затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу на першому етапі обробки розділяють сукупність затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу на групи значень відліків по три значення відліків в кожній групі, формують проміжні результати першого етапу обробки вхідного сигналу у вигляді медіан значень відліків в кожній групі значень відліків за допомогою блоку цифрових медіанних фільтрів, причому на кожному наступному етапі обробки розділяють проміжні результати попереднього етапу обробки вхідного сигналу на групи значень медіан по три значення медіан в кожній групі, формують проміжні результати поточного етапу обробки вхідного сигналу у вигляді медіан значень медіан в кожній групі значень медіан за допомогою блоку цифрових медіанних фільтрів, при цьому на останньому етапі обробки формують оцінку корисного сигналу у вигляді медіани значень медіан в останній групі значень медіан за допомогою цифрового медіанного фільтра. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, з прототипом, дозволяє зробити висновок, що спосіб цифрової фільтрації сигналу відрізняється тим, що здійснюють поетапну обробку вхідного сигналу, при якої після формування сукупності затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу на першому етапі обробки розділяють сукупність затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу на групи значень відліків по три значення відліків в кожній групі, формують проміжні результати першого етапу обробки вхідного сигналу у вигляді медіан значень відліків в кожній групі значень відліків за допомогою блоку цифрових медіанних фільтрів, причому на кожному наступному етапі обробки розділяють проміжні результати попереднього етапу обробки вхідного сигналу на групи значень медіан по три значення медіан в кожній групі, формують проміжні результати поточного етапу обробки вхідного сигналу у вигляді медіан значень медіан в кожній групі значень медіан за допомогою блоку цифрових медіанних фільтрів, при цьому на останньому етапі обробки формують оцінку корисного сигналу у вигляді медіани значень медіан в останній групі значень медіан за допомогою цифрового медіанного фільтра. Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де на фіг. 1 представлена послідовність операцій, що пояснює суть способу цифрової фільтрації сигналу, який заявляється; на фіг.2 представлена структурна схема пристрою цифрової фільтрації сигналу, за допомогою якого реалізується зазначений спосіб; на фіг.3 показана функціональна схема цифрового гібридного медіанного фільтра; на фіг.4 показана структурна 57507 4 схема цифрового медіанного фільтра; на фіг.5 наведена структурна схема селектора мінімального елемента; на фіг.6 представлена структурна схема селектора максимального елемента; на фіг.7 представлений варіант функціональної схеми пристрою цифрової фільтрації сигналу у випадку побудови цифрового гібридного медіанного фільтра у складі трьох блоків цифрових медіанних фільтрів першого, другого та третього структурних рівнів; на фіг.8 представлений варіант функціональної схеми пристрою цифрової фільтрації сигналу у випадку побудови цифрового гібридного медіанного фільтра у складі двох блоків цифрових медіанних фільтрів першого та другого структурних рівнів. Згідно схеми на фіг. 1 суть способу пояснюється за допомогою наступної послідовності операцій. Задають часовий інтервал затримки цифрових відліків вхідного сигналу. Формують сукупність затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків {хi-m} вхідного сигналу хi, m = 0,1,...,N-1, i  N-1, N=3k+1. Здійснюють поетапну обробку вхідного сигналу, при якої після формування сукупності затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків {хi-m} вхідного сигналу xi на першому етапі обробки розділяють сукупність затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу на групи значень відліків xi-(3n-3), xi-(3n-2), xi(3n-1), пo три значення відліків в кожній групі та фо(1) рмують проміжні результати u n першого етапу обробки вхідного сигналу у вигляді медіан значень відліків в кожній групі значень відліків: u(1)n = med[xi-(3n-3), xi-(3n-2), xi-(3n-1),]; n  (і + 1)/3; med[a, b, с] = (а  b)  (b  с)  (с  а); а  b = min(a, b); a  b  с = mах(a, b, с), де: med [a, b, c] - функція медіани трьох елементів а, b, с; n - номер груп значень по три елементи першого етапу обробки; i - значення поточного такту обробки; min(a, b) - мінімальний елемент з пари елементів а, b; mах(а, b, с) - максимальний елемент з трійки елементів а, b, с. На кожному наступному етапі обробки розділяють проміжні результати попереднього етапу обробки вхідного сигналу на групи значень медіан u(j)3n-2, u(j)3n-1, u(j)3n, пo три значення медіан в кожній групі та формують проміжні результати поточного етапу обробки u(j+1)n вхідного сигналу у вигляді медіан значень медіан в кожній групі значень медіан: u(j+1)n = med[u(j)3n-2, u(j)3n-1, u(j)3n]; 1  j  k-1, n  (i+1)/3; med[a, b, с] = {a  b)  (b  с)  (с  а), де: med[a,b,c] - функція медіани трьох елементів а,b,с; k - значення передостаннього етапу обробки; j+1 - значення поточного етапу обробки; n - номер груп значень по три елементи поточного етапу обробки; 5 i - значення поточного такту обробки. На останньому етапі обробки формують оцінку корисного сигналу у вигляді медіани значень медіан в останній групі значень медіан: (k) (k) (k) y = med[u 1, u 2, u 3], де: k - значення передостаннього етапу обробки. Спосіб цифрової фільтрації сигналу, який заявляється, реалізується за допомогою пристрою цифрової фільтрації сигналу, що конструктивно містить (див. фіг.2, 3): блок послідовно з'єднаних елементів затримки вхідного сигналу - 1; елементи затримки вхідного сигналу - 1.1, 1.2, ... 1, (N-1); цифровий гібридний медіанний фільтр - 2; блоки цифрових медіанних фільтрів (ЦМФ) відповідного структурного рівня - 2.1, 2.2, ... 2.(k+1); цифрові медіанні фільтри - 3. Сукупність структурних елементів і зв'язків між ними пристрою цифрової фільтрації сигналу дозволяє реалізувати послідовність дій даного способу. Реалізація способу за допомогою вищезазначеного пристрою здійснюється таким чином (див. фіг.2, 3). За допомогою блоку послідовно з'єднаних елементів затримки вхідного сигналу 1 задають часовий інтервал та формують сукупність затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу {хi-m}, m = 0,1,..., N -1, i k+1  N-1, N = 3 . Здійснюють поетапну обробку вхідного сигналу, при якої після формування сукупності затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків {хi-m} вхідного сигналу хi - на першому етапі обробки за допомогою кожного із 3k цифрових медіанних фільтрів 3 блоку ЦМФ першого структурного рівня розділяють сукупність затриманих на заданий часовий інтервал цифрових відліків вхідного сигналу на групи значень відліків xi-(3n-3), xi-(3n2), xi-(3n-1), по три значення відліків в кожній групі (див. фіг. 3). За допомогою блоку ЦМФ першого структурного рівня формують проміжні результати u(1)n першого етапу обробки вхідного сигналу у вигляді медіан значень відліків в кожній групі значень відліків (див. фІг.2, 3): u(1)n = med[xi-(3n-3), xi-(3n-2), xi-(3n-1),]; (1) n  (і + 1)/3; med[a, b, с] = (а  b)  (b  с)  (с  а); (2) а  b = min(a, b); (3) a  b  с = mах(a, b, с), (4) де: med[a,b,c] - функція медіани трьох елементів a, b, c; n - номер груп значень по три елементи першого етапу обробки; і - значення поточного такту обробки; min (а, b) - мінімальний елемент з пари елементів а, b; mах (а,b,с) - максимальний елемент з трійки елементів а, b, с. На кожному наступному етапі обробки за допомогою кожного із цифрових медіанних фільтрів 3 блоку ЦМФ (j+1)-ого структурного рівня розділяють проміжні результати попереднього етапу обробки вхідного сигналу на групи значень медіан u(j)3n-2, u(j)3n-1, u(j)3n, пo три значення медіан в кожній групі (див. фіг.3). За допомогою блоку ЦМФ (j+1)oгo структурного рівня формують проміжні резуль 57507 6 тати поточного етапу обробки u(j+1)n ВХІДНОГО сигналу у вигляді медіан значень медіан в кожній групі значень медіан (див. фіг.2, 3): u(j+1)n=med[u(j)3n-2, u(j)3n-1, u(j)3n]; (5) 1  j  k-1, n  (i+1)/3; med [a, b, с] = (a  b)  (b  с)  (с  а), де: med [a,b,c] - функція медіани трьох елементів а, b, с; k - значення передостаннього етапу обробки; j + 1 - значення поточного етапу обробки, що відповідає структурномурівню блоку ЦМФ, де здійснюється поточний етап обробки; n - номер груп значень по три елементи поточного етапу обробки; i - значення поточного такту обробки. На останньому етапі обробки за допомогою цифрового медіанного фільтра 3 блоку ЦМФ k+1ого структурного рівня формують оцінку корисного сигналу у вигляді медіани значень медіан в останній групі значень медіан (див. фіг.3): y = med[u(k)1, u(k)2, u(k)3], (6) де: k - значення передостаннього етапу обробки. Обчислення медіани в кожному із всіх (3k+1 1)/2 цифрових медіанних фільтрів 3 здійснюється відповідно до співвідношення (1). Цифровий медіанний фільтр 3 конструктивно містить (див. фіг.4, 5, 6): селектор мінімального елемента - 4; селектор максимального елемента 5; двовхідний q - бітовий компаратор - 6; двовхідний q - бітовий мультиплексор - 7; тривхідну q бітову схему відбору максимуму - 8; тривхідний q бітовий мультиплексор - 9. Цифровий медіанний фільтр 3 працює таким чином (див. фіг.4). Три цифрові відліки а,b,с в qбітовому паралельному коді надходять на три входи цифрового медіанного фільтра (див. фіг.4), причому кожний із трьох сигналів а,b,с надходить одночасно на два селектори мінімального елемента 4, у кожному з яких здійснюється відбір мінімального із двох вхідних сигналів відповідно до співвідношення (3). Далі три мінімальні значення а  b, b  с, с  а трьох пар сигналів a,b,c надходять на селектор максимального елемента 5, у якому здійснюється відбір максимального із трьох вхідних сигналів відповідно до співвідношення (4) і, таким чином, обчислюється медіана вибірки із трьох елементів відповідно до співвідношення (2). Розглянемо більш детально роботу селектора мінімального елемента 4 і селектора максимального елемента 5, зображених на фіг. 4. На фіг. 5 представлена схема селектора мінімального елемента 4, до складу якого входять двовхідний q бітовий компаратор 6 і двовхiдний q - бітовий мультиплексор 7, причому два входи цього селектора є одночасно й входами компаратора 6 й входами мультиплексора 7. Вихід U мультиплексора 7 є одночасно виходом селектора мінімального елемента. Компаратор 6 здійснює порівняння двох q - бітових цифрових сигналів і формує на своїх виходах керуючі сигнали Сa і Сb, які залежно від співвідношення значень сигналів на вході, приймають значення відповідно до таблиці 1. 7 57507 8 Таблиця 1 Співвідношення вхідних сигналів а> b а a, b > c с > а, с > b с>