接收機,可編程電路以及計算數字濾波器的方法
2023-09-20 06:17:20
專利名稱：接收機,可編程電路以及計算數字濾波器的方法
技術領域：
本發明涉及一種試圖與一主處理器相關的可編程輔助處理器電路，以形成具有預定係數的一種數字濾波器，該電路包括由一個控制元件控制的計算元件並接收輸入數據，以便在輸出端產生濾波器結果的一個序列。
本發明還涉及一種數位電視接收機，它由包括一濾波器裝置的解調塊組成。
最後本發明涉及計算濾波器的方法，用於在一個可編程輔助處理器電路的幫助下使具有預定係數的多路復用數字濾波器能有效實施。
本發明具有許多應用，特別是在稱為《多媒體系統》的系統中，當例如使用具有專用算法的DSP類信號處理器時使數字濾波器能有效實施。
由T.C.Denk等人於1998年5月在ISCASSP中公布的題為《Reconfigurable hardware for efficient implementation of programmableFIR filters》一文中描述了一種有限脈衝響應濾波器結構，它能夠在包括在該濾波器結果中的最近一次數據到達之前預期該結果的計算。為此，為計算當前的最近一項的結果，考慮到使用預期的中間計算，已經接收的數據要儲存起來。該方法意味著濾波器處理器的計算速度與數據的接收速度是同步的。
本發明描述一種輔助處理器電路，它比用於計算數字濾波器的已知電路有更高的靈活性。更特別地，它能多路復用各種不同濾波器類型，同時數據的輸入率和該處理器的計算速度彼此並不連繫。
因此，在開始章節中提供定義的類型的電路的特徵在於計算元件包括一個累加器，試圖按接收輸入數據和濾波器係數之間的中間結果的連續乘積方式加起來，以便使當前濾波器結果的一個預期迭代計算能有效實施，其特徵還在於根據接收一個新數據，提供控制元件，以觸發當前結果的所說預期計算的最近一次迭代。
按本發明的特徵，提供上述電路，用來形成具有長度L的一個濾波器，同時用《y(n)》表示的濾波器結果的序列能寫成y(n)=k=0L-1kx(n-k)----(1)]]>這裡y(n)為在瞬時n的結果，ωk為具有下標k的預定係數，而x(n-k)為在瞬時n-k接收的輸入數據，其特徵在於，P為等於由計算單元並行計算的乘積數的正整數，在包括在濾波器結果y(n)中的最近一次數據到達之前所說預期的計算的迭代是有效的，同時每個迭代實現在P個連續輸入數據和相應按等式(1)的濾波器係數之間的p個乘積的計算，該p個連續輸入數據已經被用於計算表示為y(n-1)的在先濾波器結構的計算。
按本發明的另外的特徵，被提供的這種電路包括同所說計算元件一起工作並由中心管理元件控制的多個控制元件，以便使各種多路復用數字濾波器能有效實施，其特徵在於所說管理元件包括與每個濾波器相關的優先級指示，以便觸發一個濾波器結果的預期計算為所說濾波器的優先級的函數。
按照本發明的一個具體實施例，每個控制元件實現四態自動化，包括一個初始化狀態，用於儲存每個濾波器的係數，一個不起動狀態，用於等待一個新輸入數據的到達，一個預期處理迭代計算的狀態，試圖藉助迭代計算，按中間結果方式，將在已接收的連續的輸入數據和相應濾波器係數之間的乘積加起來，一個計算最近一次迭代的狀態，用於計算該當前結果的所說預期迭代的計算的最近一次迭代。
按照該實施例的一個重要特徵，當每次接收-新輸入數據時，提供中央管理元件來起動該濾波器的最近一次迭代的計算狀態，此為所說新數據的含義。
本發明還提供在開始章節已定義的類型的一種濾波器的計算方法，包括下列步驟一個初始化步驟，用於儲存每個濾波器的係數，一個預期迭代計算步驟，試圖藉助迭代計算，按中間結果方式，將在連續接收的輸入數據和相應濾波器係數之間的乘積加起來，以預期當前濾波器結果的計算，一個計算當接收每個新輸入數據時觸發的最近一次迭代的步驟，用於計算該當前結果的預期迭代計算的最近一次迭代。
藉助非限制性例子，並參照以下描述的實施例，本發明的這些和其他方面將是清楚的並將被加以說明。
在附圖中
圖1表示自動化的狀態圖，說明按本發明的濾波器的計算方法，圖2是一個示意圖，說明按本發明的中心管理元件的操作，圖3表示按本發明的一個輔助處理器電路的方塊圖，以及圖4表示按本發明的一個數位電視接收機。
本發明特別應用於計算數字有限脈衝響應濾波器，並在藉助單個主處理器多路復用各種濾波器的場合具有很大的優越性。本發明適合於超大規模集成VLSI的要求。
在數字電信系統中，例如數字電報掛號或衛星電視中應用的解調算法要求大的計算能力，由此產生用一個輔助處理器電路來減輕計算濾波器的主處理器負擔的想法。實質上這種專用的可編程電路可用一個數位訊號處理器，或DSP來形成，它尤其包括存儲器寄存器，用於儲存該濾波器的可編程係數。
本發明特別地以一種有效的方式提出一種用於多路復用各種不同類型濾波器的數字濾波計算方法。對於每個具有最小等待時間的濾波器，問題由解以下等式(1)構成。y(n)=k=0L-1kx(n-k)----(1)]]>這裡y(n)為在瞬時n的濾波器結果，L為濾波器長度，ωk為具有下標k的預定係數，而x(n-k)為在瞬時n-k接收的輸入數據。
這樣單個濾波器解的計算要求計算L個乘積以及L個結果的和。包括準確計算等式(1)的該方法意味著儲存所有的輸入數據，直至接收到包括在當前濾波器結果中的最近一次數據為止。這種方法的主要缺點在於在接收x(n)和傳輸y(n)之間存在等待時間，y(n)正比於該濾波器的長度。
本發明提出計算等式(1)的另一方法，由在接收包括在計算Y(n)中指示x(n)的最近一次數據之前，但在已計算指示Y(n-1)的在先結果之後以預期方式計算該濾波器結果Y(n)的部分所組成。為此，該方法包括一個累積步驟(也稱為迭代預行計算步驟)，用於以中間結果方式將在該濾波器的預定係數和按等式(1)的相應輸入數據之間的連續的乘積加起來，該等式(1)已被用於計算前述的濾波器結果。每個由y′(n)指示的中間結果迭代地接收在先計算的中間結果的和以及當前最可利用的數據即x(n-k)(K∈{L-1，…，1})的乘積的和，其已用於計算前述濾波器結果Y(n-1)，包括適當的濾波器係數。這產生y′(n)←y′(n)+ωk×x(n-k)當k∈{L-1，...，1}這裡符號←表示符號左邊的結果接收右邊的值。
如果處理器用於處理以P連續數據的字的形式並行的各種數據，對於P是大於或等於1的整數，而L是P的倍數，則中間結果的計算寫成y(n)y(n)+k=ip-1(i-1)pkx(n-k)]]>當i∈[L/p，...，2}取決於數據到達，在連續的累積步驟中，預期的迭代計算當前的濾波器的結果則是有效的，使得當包括在濾波器結果Y(n)中的最近一次數據x(n)到達的同時僅剩下-最近一次計算步驟以得到最後結果Y(n)。這最近一次步驟按照等式(1)包括計算x(n)與指示為ωo的相應預定係數的積，以及將該積加到該最近一次累積的中間結果。這個被稱為最近一次迭代步驟的最後步驟伴隨時鐘周期能被有效地實施而不管該濾波器的長度，而這將顯著地改進處理器的性能。
在上述情況中，處理器是提供來用於處理各種並行數據，這裡P是包含在一個字內的數據的數量，則最近一次迭代的計算寫成y(n)=y(n)+k=0p-1kx(n-k)]]>一個初始化步驟也提供來儲存濾波器係數以及能起動計算第一個濾波器結果的第一個接收的數據。
按照這個方法，數據的輸入率和該處理器的計算速度可以是獨立的，還允許多路復用各種不同的濾波器。
圖1表示按上述方法計算一個濾波器的自動器的狀態圖。它包括表示為INIT，WAIT，ANTI和LATA四個狀態，這裡INIT是初始狀態，用於儲存濾波器係數，ANTI是預期迭代計算狀態，藉助迭代計算按中間結果形式將在已接收的連續輸入數據和相應濾波器係數之間的積加起來，這樣藉助已經獲得的接收數據，簡縮了當前解的預期的部分計算，WAIT是不起動狀態，當處理器在等待一個新輸入數據到達的同時不再有任何事可做時，例如，噹噹前結果的所有預期迭代計算已在狀態ANTI進行時，該處理器被設置在這個狀態中；LATA相應當前結果的預期計算的最近一次迭代的計算狀態；當接收一個新輸入數據時它被觸發。
這樣當前的中間結果的最近一次迭代的計算與接收每個新輸入數據同步。因此提供自動器用於將從四個可能狀態中之一個轉到狀態LATA以響應一單獨特定事件接收一個新的輸入數據(新數據)。只要它接收數據，它就保持在該狀態。這樣在狀態LATA，處理器計算最終結果y(n)的最近一次計算迭代，以便將該結果送到該濾波器的輸出端。當該新的輸入數據被表示為x(n)時，該最近一次迭代的計算包括乘積ωo×x(n)，然後將其加到在先計算的中間結果Yi′(n)。
如果從狀態LATA算起處理器不接收一個新的數據，則它就自動地處於狀態ANTI，以便藉助已獲得的數據，通過迭代計算中間結果Y′(n+1)預期下一個濾波結果Y(n+1)的計算。對於i∈{1，…，L}以及K＝L-i，試圖計算表示為Yi′(n+1)的結果Y(n+1)的中間結果的第i個迭代被寫成yi′(n+1)←yi-1′(n+1)+ωk×x(n-k)y′0(n+1)＝0這裡符號←表示符號左邊的結果接收右邊的值。在每個先行計算(K--)迭代之後確定下標K，只要K嚴格地保持為正(k＞0)。當K變成零以及如果無新數據被接收，則在先計算的中間結果表示為Y′L-1(n+1)，處理器自動地進入狀態WAIT，以等待將允許終止計算結果Y(n+1)的下一個輸入數據x(n+1)。
概括地，不論處理器的當前狀態如何，當接收一個新的輸入數據時，它將自動地進入狀態LATA。在那過程當中，一旦完成INIT狀態，它就可以或者處於狀態ANTI，只要所有下一結果的預期計算的所有迭代沒有結束，或者當所有其中包括已用於計算在先濾波器結果的預期計算完成時，處於狀態WAIT。
圖2表示一個集中的管理元件的狀態圖，或者也表示組織各種多路復用獨立數字濾波器之間計算的組織者。每個濾波器由一個控制元件或獨立的自動器，功能元件來控制，例如按照圖1的上述四狀態機。該組織者分派給每個濾波器一個優先指數，以使計算的組織最佳化。
按照圖2表示的實施例，組織者包括號碼為21和22的兩個狀態。接收表示為Fj的一個確定的濾波器的一個輸入數據將使組織者處於狀態21，其對於所考慮的濾波器將觸發最近一次的迭代LATA。在圖中觸發事件由載有標記新_數據Fj的箭頭表示。其餘時間該組織者處於狀態22，以觸發取決於其優先程度的各種濾波器預期計算狀態ANTI。
為有效地管理這些計算，組織者和狀態機必需知道每個濾波器的具體的來龍去脈，那就是說，被處理數據類型，濾波器類型，讀和寫指針的位置，等等。組織者將中斷一個濾波器的預期計算，即使這並非終止，假如另一濾波器的新數據已被接收，將觸發另一濾波器的最近一次的迭代，而不管其優先級。
如果無新數據被接收，組織者觸發其有最高優先權的濾波器的預期計算，同時等待一個新輸入數據的接收。
圖3中以方塊圖形式表示按本發明的一個濾波器處理器。它包括以下元件存儲寄存器DATA RF和TAPS RF，用於在它們被用來作各種濾波器的計算以及預定係數之前分別儲存輸入數據，計算單元30，具有多個輸入端，用於接收儲存在本質上由一個乘法器構成的寄存器DATA RF和TAPS RF中的數據和係數，一個加法器和幾個相加寄存器IR RF，用於n個多路復用濾波器(為清楚起見，在圖3中表示一單個寄存器)，每個相加寄存器試圖以中間結果形式，按迭代計算將輸入數據和儲存的係數間的連續乘積加起來，一個控制單元或狀態機31，與每個濾波器相關，用於控制以上引證的各種方塊，一個集中管理元件或組織者32，用於控制各種濾波器的狀態機。
在初始化狀態INIT期間，每個濾波器的係數儲存在寄存器TAPSRF中，同時第一接收數據(其數量等於濾波器的長度，即等於係數的數量)儲存在寄存器DATA RF中。每個狀態機31將控制信號送到存儲器寄存器DATA RF和TAPS RF，用於控制數據的儲存。當他們被接收時，由於使用了計算元件30，輸入數據DATA則儲存在寄存器DATARF中。
每當接收新輸入數據DATA時，數據的目的濾波器的狀態機接收-控制信號NEW_DATA，以啟動最近一次迭代LATA的計算狀態。狀態機產生信號NEW_RESULT指示在輸出端上可獲得一個新的濾波器結果Y(n)，並重新啟動相加寄存器IR RF其已包含對結果Y(n)預期的中間結果的連續的迭代。對於狀態LATA和ANTI，在圖3中以點劃線引出的控制信號傳送到DATA RF和TAPS RF，以便將它們交付給按兩個狀態執行計算數據所必要的計算元件。
圖4藉助實施例表示一種數位電視接收機或頂置盒的通用圖，其試圖保證在傳輸通道上傳輸的數字幀的解調。包括塊TUNER包括一個調諧器，用於接收模擬輸入信號並將其轉換到更低的中間頻率，解調塊DEMOD，用於將接收的模擬信號數位化並將其解調，以確保由數字數據幀形成信號的數據的同步，誤差校正塊FEC(傳送誤差校正)，用於校正由頻道引起的誤差，源解碼塊MPEG，例如按MPEG標準使用一個解碼器，用於解碼接收到的消息，以及顯示塊TV，特別包括一個陰極射線管。
為保證解調器42的功能需要一個數字濾波器。而這能夠藉助圖3中所示類型電路按有利的一種方式加以實現。
這樣藉助於實例已對一種接收機，一種濾波器處理器電路以及允許多路的各種類型濾波器的一種數字濾波器計算方法進行了描述和說明，其特別試圖接收已改變格式和輸入率的數據。明顯的是，根據所描述的實施例的模式可以產生許多變型而不偏離本發明的範圍。
權利要求
1.一種試圖與一主處理器相關的可編程輔助處理器電路，以形成具有預定係數的一種數字濾波器，該電路包括由一個控制元件控制的計算元件並接收輸入數據，以便在輸出端產生濾波器結果的一個序列，其特徵在於計算元件包括一個累加器，試圖按接收輸入數據和濾波器係數間的中間結果的連續乘積方式加起來，以實現當前濾波器結果的預期迭代計算，以及根據接收一個新數據，提供控制元件，以觸發所說當前結果的預期計算的最近一次迭代。
2.如權利要求1的電路，用於形成長度為L的一個濾波器，同時表示為[Y(n)]的濾波器結果的序列可寫成y(n)=k=0L-1kx(n-k)---(1)]]>這裡y(n)為濾波器在瞬時n的解，ωk為具有下標k的預定係數，而x(n-k)為在瞬時n-k接收的輸入數據，其特徵在於，P為等於由計算單元並行計算的乘積數的正整數，在包括在濾波器結果y(n)中的最近一次數據到達之前，所說預期計算的迭代是有效的，同時每個迭代實現在P個連續輸入數據和相應按等式(1)的濾波器係數之間的P個乘積的計算，該P個連續輸入數據已經被用於計算表示為y(n-1)的在先濾波器結果的計算。
3.如權利要求1或2中任一的電路，包括同所說計算元件一起工作並由中心管理元件控制的多個控制元件，以便使多路復用數字濾波器有效實施，其特徵在於所說管理元件包括與每個濾波器相關的優先級指示，以便觸發一個濾波器結果的預期計算為所說濾波器的優先級的函數。
4.如權利要求3的電路，其特徵在於每個控制元件實現四態自動化，包括一個初始狀態，用於儲存每個濾波器的係數，一個不起動狀態，用於等待一個新輸入數據的到達，一個預期迭代計算狀態，試圖藉助迭代計算，按中間結果方式，將在已接收的連續的輸入數據和相應濾波器係數之間的乘積加起來，一個計算最近一次迭代的狀態，用於計算當前結果的所說預期迭代計算的最近一次迭代。
5.如權利要求4的電路，其特徵在於當接收每個新輸入數據時，提供中央管理元件來起動該濾波器的最近一次迭代的計算狀態，此為所說新數據的含義。
6.用於接收數字輸入數據的一種數位電視接收機，包括一個解調塊，其中包括一個濾波器裝置，其特徵在於所說濾波器裝置包括如權利要求1-5中之一個權利要求的電路，該電路用於對所接收的數據進行濾波。
7.一種計算方法，用於藉助-可編程輔助處理器電路使具有預定係數的多路復用數字濾波器有效實施，該電路試圖接收輸入數據並在其輸出端上產生一個濾波器結果序列，其特徵在於包括下列步驟·一個初始化步驟，用於儲存每個濾波器的係數，·一個預期迭代計算步驟，試圖藉助迭代計算，按中間結果方式，將在連續地接收的輸入數據和相應濾波器係數之間的乘積加起來，以便預期計算當前濾波器結果，·計算最近一次迭代的步驟，這是當接收每個新輸入數據時觸發的，用於計算當前結果的預期迭代計算的最近一次迭代。
全文摘要
本發明提供一種計算數字濾波器的方法,該濾波器能藉助一個可編程輔助處理器電路(實現)多路復用的各種不同的濾波器,所述電路包括一個計算元件和若干存儲寄存器。本發明在得到包括在當前濾波器的結果的計算中的最近一次數據之前將進行預期計算該結果。為此,在預定濾波器係數和相應輸入數據之間的連續乘積按迭代方式按中間結果方式累積,以便預期該目前結果的計算,該相應的輸入數據已用於計算該在先的結果。每次接收到一個新的輸入數據時觸發最近一次中間結果的計算用於每個最後的結果,使得一旦已接收到包括在每個濾波器中的最近一次的輸入數據,該結果立即可得到。應用:多媒體處理器,頂置盒,數位電視接收機,等。
文檔編號H03H17/02GK1264959SQ0010229
公開日2000年8月30日 申請日期2000年2月22日 優先權日1999年2月26日
發明者E·杜亞丁, O·蓋－貝利勒 申請人:皇家菲利浦電子有限公司