Устройство быстрого преобразования фурье

(11 660057 Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 30,04.79. Бюллетень1)Я Кл 26 06 Г 15/34 Госуларственнь:й комитет Совета Министров СССР681.32 (088.8 по лелам изобретеии и открытий45) Дата опубликования оппсани 4,79(54) УСТРОЙСТВО БЫСТРОГО ПРЕО ВАН УРЬЕ Изобретение относится к области вычислительной техники и предназначено для использования в аппаратуре, осуществляющей спектральную обработку электрических сигналов в реальном масштабе времени, в частности для реализации больших фильтровых полей,Известно цифровое устройство быстрого преобразования Фурье, реализующее оперативный метод вычислений по алгоритму быстрого преобразования Фурье (БПФ), позволяющий вычислять Л коэффициентов дискретного преобразования временной последовательности из Л выборок входного сигнала 1. Это устройство содержит множительный блок, блок памяти, сумматоры и работает в реальном масштабе времени.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство быстрого преобразования Фурье, содержащее блок управления, блок формирования весовых коэффициентов и вычислительный блок, состоящий из коммутаторов, блоков памяти и арифметического блока, причем управляющие входы коммутаторов, блоков памяти и арифметического блока подключены к соответствующим выходам блока управления, а соответствующий информационный вход арифметического блока - к выходу блока формирования весовых коэффициентов 21. Недостатком известных устройств является низкое быстродействие, ограничивающее возможности их использования для обработки большого числа выборок Ж в ре 5 альном масштабе времени,Целью изобретения является повышениебыстродействия устройства,Поставленная цель достигается тем, чтоустройство быстрого преобразования Фурье10 содержит дополнительно 1 вычислительныхблоков (1+1=К - общее число вычислительных блоков), причем первые входыпервого и второго коммутаторов в каждомвычислительном блоке являются соответст 15 венно первым и вторым входом вычислительного блока, вторые входы первого ивторого коммутаторов являются соответственно третьим и четвертым входом вычислительного блока, выходы первого и вто 20 рого коммутаторов подключены ко входамсоответственно первого и второго блоковпамяти, выходы первого и второго блоковпамяти, являющиеся соответственно первым и вторым выходом вычислительного25 блока, подключены ко входам арифметического блока, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко входам третьего и четвертого блоков памяти,выходы которых являются соответственно30 третьим и четвертым выходом вычислительного блока, управляющие входы коммута 66005750 е) ст 60 Ы торов, блоков памяти и арпфмстпчс:кого блока в каждом из дополнительно Вводе- ных вычислительных блоков подкл.о сны к СООтВСтетВУЮЩИМ ВЫХОДаМ бЛОКа УПРс 2.5 Е- ния, а соответствующие информацпспные ные входы арифметических блоков -- к выходам блока формирования Весовых коэффициентов, первый вход первого Вычислительного блока является информационным входом устройства, второй вход первого ВЫЧИСЛИТЕЛЬПОГО бЛОКа ПодКЛ 50 сЕН К ПЕрвому выходу К-го вычислительного блока, первый и второй входы -го ,я=2 - К) вычислительного блока подключены соответственно к первому и второму Выходам ( - 1)-го вычислительного блока, третий и четвертый выходы -го (=1 - К/2) высислительного блока подключены к четвертому входу соответственно 2 - 1)-го и 2-го вычислительного блока, третий и четвертый выходы 5,-го = (1+К/2) - К) вычислительного блока подключены к третьему входу соответственно ,2 - К - 1) -го и 2 - К) -го вычислительного блока,На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства преобразования; на фиг. 2 - вычислительного блока, на фиг. 3 - арифметического блока.Устройство содержит К вычислительных блоков 1, блок 2 формирования весовых коэффициентов, устройство 3 управления, блоки 4 памяти, арифметические блоки 5, блоки 6 памяти, коммутаторы 7, В состав 2 РИфЪ 5 СТИс 5 ЕСКОГО ОЛОКа ВХОД 5 СУММ 2 ТОР 5 т 8, 9, блок 10 умножения, коммутаторы 11,Устройство осуществляет обра ботку У=2 дискретных значений Входного сигнала, Каждый вычислительный блок обрабатывает одновременно Ы=2" дискретныхтЧ тзначений Л= - 1, причем число Вычисли 1,тельных блоков К=2"-тс должно быть выбрано исходя из требуемого быстродейстВия. Вся информаця редес комплексными числами. Емкость каждого блока памяти составляет 2" -комплексных чисел. Входная информация 1 Х=-2" выборок) поступает последовательно 2 первый вход вычислительного блока 1, После Л тактов сдвига в первый блок 4 памяти -го вычислительного блока 1 запишутся выборки сЛ 4номерами / с -- 1) по ЛХ/2)- 11, во)второй блок 4 памяти этого же блока выборки с номерами + - . После записи всей входной информации начинается собственно процесс обработки ес по алгоритму БПФ, Обработка состоит из л=т 1 опсЛ операций. В любой операции в каждом вычислительном блоке 1 пара комплексньх чисел х(/) из первого блока памяти и х + в ) нз второго одновременно поступает на входы сумматоров 8 и 9 арифм.етиче 10 15 )0 25 30 35 40 45 4ского блока 5. На выходе сумматора 9 потЧятяастся рсаттьтат а-.т( - ,). Ре.lзультат, полученный на сумматоре 8 и равсЧ,ный х 1/) - х/+ -поступает на входблока 10 умножения, на другой Вход которого из формирователя 2 весовых коэффициентов поступает соответствующее комплексное значение коэффициента Т, завиС 5 пцее о номера выборки и номера операции.1 эсзультаты с Выхода смх 5 атора 9 и свыхода блока 10 умножения последовательно один за другим по управляющемусинхроимпульсу от у стройства 3 управления 1 УУ) записываются в третий и четвертый блоки 6 памяти в зависимости от номера /, причем в третий блок памяти заисыва 5 отся суммы и ьзвешенныс разностипервой половины вычисленных результатов,)тактов Вычислений содержимое третьих ис 5 етвсртых блоков 6 памяти переписываетсяв первые и вторые блоки 4 памяп соответствующих вычислительных блоков (черезкоммутаторы 7 по управляющему синхроимпульсу от УУ 3). Это позволяет проводить обработку информации во всех последующих операциях аналогично описаннойвыше. Окончатсльньш результат - Л коэффициентов дискретногореобр азователяФурье - получается после операций записанным в третьи и четвертые блоки 6 памяти всех К Вычислите,5 ных б.оков 1. Порядок записи резульггта двоично-инверсныйпо отношению и пордку записи входнойинформации,11 рсдложенная стр;ктура, устройства позволяет значительно сократпгь время обработки, так как вместо п 2 - : комплексныхумножений и л 2" -комплексных сложенийи вычитаний оно выполняет д 2" -комплексных уможсний и столько же комплексных сложений и вычита;ий,Фор мула изобретения Устройство быстрого преобразования Фурье, содержащее блок управления, блок формирования весовых коэффициентов и вычислительный блок, состоящий из коммутаторов, блоков памяти и арифметического блока, причем управляющие входы КОМтУтсчтОРОВ, ОЛОКОВ Пс 1:55 Я 52 и 2 РИфМЕТИ- чсского блока подкапочены к соответству 5 ощим выходам блока управления, а соответствующий информационный вход арифметического блока - к выходу блока формирования весовых коэффициентов, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства, оно содержит дополнительновычислительных блоков (1+1=К - общее число вычисли тельных блоков), причем первые входы первого и второго коммутаторов в каждом вычислител по блоке являются соответственно первым и вторым входом вычислительного блока, вторые входы первого и второго коммутаторов являются соответственно третьим и чствертым входами вычислительного блока, выходы первого и второго коммутаторов подключены ко входам соответственно первого и второго блоков памяти, выходы первого и второго блоков памяти, являющиеся соответственно первым и вторым выходами вычислительного блока, подключены ко входам арифметического блока, первый и второй выходы которого подключены соответственно ко входам третьего и четвертого блоков памяти, выходы которых являются соответственно третьим и четвертым выходами вычислительного блока, управляющие входы коммутаторов, блоков памяти и арифметического блока в каждом из дополнительно введенных вычислительных блоков подключены к соответствующим выходам блока управления, а соответствующие информационные входы ЫаО 576арифметических блоков - к выходам блока формирования весовых коэффициентов,первый вход первого вычислительного блока является информационны.,: входом уст 5 ройства, второй вход первого вычислительного блока подключен к первому выходуК-го вычислительного блока, первый и второй входы -го (=2 - К) вычислительногоблока подключены соответственно к перво 10 му и второму выходам ( - 1) -го вычислительного блока, третий и четвертый выходы-го ( = 1 - К/2) вычислительного блокаподключены к четвертому входу соответственно (2 - 1) -го и 2-го вычислительного15 блока, третий и четвертый выходы -го(= (1+К/2) - К) вычислительного блокаподключены к третьему входу соответственно (2 - К - 1) -го и (2 - К) -го вычислительного блока.20 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 480079, кл. С 06 Р 15/34, 1975.2, Патент Франции М 2082030, кл. 6 06 Р25 15/00, 1975.ипография, пр. Сапунова,Заказ 568/13НПО Госу Изд,265 венного комитета ССС 13035, Москва, Ж, Тираж 779делам изобретений нская иаб., д. 4/5 Подписно