Устройство для вычисления коэффициентов фурье

СОЮЗ СОВЕТСКИХащюлать ески иРЕСПУБЛИК А С 06 Г 15332 ПИСАНИЕ ИЗОБРятеНи АВТОРСКОМУ С 53) 681. 3 (088. 8 2. Авторское свидетУ 736112, кл. С 06 Р 1(прототип),ство ССС 4, 1977 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТИРЫТИ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯКОЭФФИЦИЕНТОВ ФУРЬЕ, содержащее блокисдвига действительной и мнимой частей первого и второго операндов, регистры действительной и мнимой частей первого, второго операндов итригонометрического коэффициента, че"тыре умножителя, четыре промежуточных регистра, шесть сумматоров, блокуправлрния сдвигами, четыре выходных регистра, причем информационныевходы блоков сдвига действительнойи мнимой частей первого и второгооперандов являются входами уст"ройства, а их входы подключены соответственно к входам регистров действительной и мнимой частей первогои второго операндов, выход регистрадействительной части тригонометрического коэффициента подключен кпервым входам первого и третьегоумножителей, а выход регистра мнимой части тригонометрического коэффициента - к первым входам второгои четвертого умножителей, выходы ре"гистров действительной и мнимой час 901 98004 ти второго операнда подключены квторым входам первого и третьегоумножителей соответственно, выходыумножителей подключены к входамсоответствующих промежуточных регистров, выходы первого и второго промежуточных регистров подключены ковходам первого сумматора, а выходытретьего и четвертого промежуточных регистров - к входам второгосумматора, выход первого сумматораподключен к первым входам третьегои четвертого сумматоров, а выходвторого сумматора - к первым входампятого и шестого сумматоров, выходытретьего, четвертого, пятого и шестого сумматоров подключены к входамсоответствующих выходных регистров,выходы которых являются выходамирезультата устройства, и к входамблока управления сдвигами, выходкоторого является выходом масштабного коэффициента устройства и подключен к управляющим входам блокасдвига действительной и мнимой частипервого и второго операндов, о т -личающееся тем, что, сцелью расширения функциональных воэможностей устройства, состоящего ввозможности умножения исходного массива данных на взвешивающую функцию"окна", оно содержит четыре коммутатора и два регистра сброса, причемвыход регистра действительной частипервого операнда подключен к входупервого регистра сброса и первомувходу первого коммутатора, выходрегистра мнимой части первого операнда - к входу второго регистра сбросаи первому входу второго коммутатора,1 О 98 оос ра 123 выходы регистров действительной имнимой частей второго операнда подключены к вторым входам второго и пер-.вого коммутаторов соответственно,выход первого коммутатора подключенк второму входу второго умножителя,а выход второго коммутатора. - квторому входу четвертого умножителя,первые входы третьего и четвертогокоммутаторов объединены и являютсявходом взвешивающей функции "окна"устройства, вторые входы третьегои четвертого коммутаторов являотся Изобретение Относится к 11 втом.1 т ке и вычислительной технике и мож "т быть использовано для построения вычислительных уст 1)ойств, используютих алгоритм быстрого преобразования 5 фурье.Известно устройство для вычисл=ния коэффициентов Фурье содержащее бло;и умножения, суммирующие блоки регист-. ры деР 1 ствитель 5 ой и мимой частей Опе- . рандов и Бесового коэйрицтентя, я также буферное и постоянное запоминающие устройства1 3Недостатком этого устройства ,1 вляегся низкое быстродействие, обуспов ленное тем, что все операции выполняются последовательно по мере поступления разрядоь чисел, участвующи); в данном Бьщислении,Наиболее близким к предлагаемому 2) является устройство для вьчислеси 51 коэффициентов Фурье, содержащее блоки сдвига действительной и и;симой частей операндов, регистры дзйствитпть-. ной и мнимой частей операндог и трио:- нометрического коэффиццснта, четыре умножителя, четыре промежуточных регистра, шесть сумматоров, блок упразления сдвигами, четыре выходных регистНедостатками известного устройстваявляются ограниченные функциональные возможности, поскольку в нем невозможно осуществить умножение исходного массива данных на Бзвеиватощуофункцию "окна". СООтБЕТСТБЕНО БХОДЯ т ЦЕИСТБИТЕЛЬНОйи мпмОй частей т ригоомт 1 тческОГОкоэффиБсття:стройства, я выходы третьего и четвертого сомутаторов подключены к входам регистроь действительнсй и ттимой частей тригонометриеского коэффициента,. Быхов первого 1)ееист)я сброс;1 :ст,"1 к;т)че е Б. 01 ым входам "ретьего и четвертого суммяторов а Бьг;од второго регистра сбрсся ; етОрым Бхо ДЯМ ПЯТОГО И ШЕСТОГО СУММЯТОНен т зо)рпте 5 - р г .г -Ттт 1 ЯПт"Х т; -,пГГтг г - ,: тт Ту"же 51 исходного )ясеББ длины.:, .а.ЗЗБЕШЬБЯтт) ГНКИЮ ОТНЯ 1 р3 ТМ )"Е И 5 1 а СТ :. я 1) 1 З:. Т:и Е ИСттт)Ят)=т;:; СОСТ БТТТЮХ, ЛОВЫВяется эф)е;т" и 13 остт ОбОБъ.:",сил Г,.т. - .,Х СТ:ЯС., и С. О,0,ОЛО у щ тп . "Гнт;;тГ,1-.,)0 итес.х сомах близкой час" ПОСГЯВЛЕНЯЯ ЦЕЛЬ ПОС;ИГЯЕтся Ге , .) тус ройт БО для вьч:с,:е и 5коэффициентов фур ет содержащееблоки с. ия действителс,ной и мн)мой ясте: 101 ог и зторого Операндов,)ЛОК УтЯБ:ИЯ СТТБГЯЬ)И "ТЬ)ЕЬХСТДЬХ РЕТ,.ТСГ).:, ПРИ:Е 1 ИфОРЬЯ 15 СН,Е тОп с ;яООБ "дв Я ПЕйет 1 ИГЕЛЬ;ОЦ Т" тП,КО Чт ТЕ ПЕРБОГОВтОр ОГО Оет)я тдов явл 5 ются т)" дати)УСТОО)С ГВЯ а 1 Х БЬ)СОТ;ЗЬ ттод;ЛЮЧЕНЫ СООТБЕТСТЕ;НО СО БХОгЯМ БЕГ.-СГООБ :ас ГБительОй и:нимОЙ чя отей сер ЗС)ГСТ И БгсРОГО ОПЕРЯКДОТ БЬБ 01 Я РЕ " БИС Р 11 Д Е ИС Т БТЕГ. и Н 0 т ЧЯ С Т т ТО И0 Е 0 ЕТРИТТЕСКОГО ;ОБ 1 асят ИЕН Я тОДКПЮТЕт к перльм входам первого и третьего 5.ножтг еле, я Быход регистра .,п- Ой ЧЯС, и Тт) С 0 ТЕРттЕСКО-т) тС)зф- :ТЕта - т, НЕРБЫМ :;.Отта) Я ГОРОГО3 109800шивающей функцииокна", используядля этой цели умножители 15-18,Устройство .работает следующимобразом.Подлежащие обработке комплексные 5операнды А(1) и А,(%) через блокисдвига 1-4 записываются в соответствующие регистры 5-8. Действительнаяи мнимая части каждого числа записываются в отдельные регистры.1 ДНа первой итерации действительная и мнимая части комплексного числаА;(1) с выходов регистров 5 и 6 постугают на входы регистров сброса 19,20 и через коммутаторы 9 и 10 - навходы умножителей 16 и 18. Черезкоммутаторы 11 и 12 в регистры 13 и14 записываются значения взвешивающей функции "окна Я , поступающиеизвне (например, из ПЗУ) . Прохождение информации, поступающей на вторыевходы коммутаторов 9 и 10 с выходоврегистров 7 и 8, запрещаетсяНа выходах умножителей 15-18 одновременно Формируются четыре частичных произведения КеА;(ЙОКеА,(3)(3, 1 А;Ь)Ц, Х А;(3)(, которые переписываются в промежуточныерегистры 21-24. С выходов регистров21-24 частичные произведения посту- ЗОпают на входы сумматоров 25 и 26,на выходах которых Формируются значения, равные суммам".КеА+(3) = КеА ч(3)(2 + КеА (1 с)Я (4)1 А,+(3) = 1,А,(З)Я + 1 А(1)Я, З 5Полученные суммы (4) поступают навторые входы сумматоров 27-30, гдесуммируются с нулями, поступающимис выходов обнуленных регистров сброса 19 и 20. С выходов сумматоров27 и 28 информация записывается ввыходные регистры 32 и 33 и являетсяконечным результатом вычислениякомплексных операндов А;+ (1) на первой итерации. Затем сумматоры 25 и26 устанавливаются в режим вычитанияи на их выходах Формируются значенияоперандов А;,(В), равные разностям:КеА 1+(1) = КеА(3) О КеА (ЙРэ1 А;(1 с) = 1 А,(3)Я -1,А;(1 с),которые поступают на вторые входысумматоров 27-30, где суммируютсяс нулями, поступающими с выходов обнуленных регистров сброса 19 и 20,С выходов сумматоров 29 и 30 информация записывается в выходные регистры 34, 35 и является конечнымрезультатом вычисления комплексных операндов А;,(%) на первой итерации.На последующих итерациях вычисления коэффициентов фурье коммутаторы 9 и 10 разрешают прохождение операндов 1 А;(М), КеА;(%) на вхсды умножителей 16 и 18, коммутаторы 11 и 12 разрешают прохождение значений комплексного тригонометрического коэффициента Ф на входы регистров 13 и 14, действительная и мнимая части операнда А 1 с выходов регистров 5 и 6 переписываются в регистры 19, 20 и устройство работает в соответствии с алгоритмом, представленным выражениями (1),Для достижения максимальной точности вычислений и исключения переполнения разрядной сетки осуществляется автоматическое масштабирование операндов и результатов вычислений.Операнды, поступающие на входы регистров 5-8, масштабированы при помощи сдвига в блоках 1-4 так чтоК,А;(1) 1,11,А;(1) 1, 3 КЕА; (3)1 А (З) не превышает 1/2. В процессе Формирования суммКДА;11%=1,Я;й %-3 Я;(ЦЗ Ф,зй,1 Цв з,л,цд,чн,д,.1 Ра на выходах сумматоров 25 и 26, может пОПУчитьсЯ, чтоКЕА;(1Ч) -- или 1,А,(1)ИЪ , но перепол 1нение разрядной сетки не произойдет, При Формировании сумм (1) в сумматорах 27 - 30 возможно переполнениеразрядной сетки. Чтобы при этом непроизошла цотеря информации, в сумматорах 27.-30 и регистрах 32-35 содержится дополнительный разряд, Фиксирующий переполнение. ЗначенияК,А; (1), 1 АЬ), 1 К,А,.(3)1 А; (3)а также сигнал о наличииили отсутствии переполнения поступаютв блок управления сдвигами 3 1,Проверка условийКеА 1(1 с)1 с 21 еАн(1) с Х,КеА;+(3) с ф 1 А+(3)С Ц 2 осуществляется с помощью схем сравнения 36-39 и элемента ИЛИ 40, а результат проверки фиксируется в триггере 41. С помощью элемента ИЛИ 42 и триггера 43 фиксируется переполнение разрядной сетки о хотя бы в одном из сумматоров 27 30, Сигналом "конец итерации" состояИИПИ За Подписно раж 699 ул.Проектна 7 1098004 8ние триггеров 41, 43 переписывается И 47 и 48 формируется один из сигна:в триггеры 44 и 45, Через время, оп- лов для управления сдвигами в блокахределенное задержкой элемента 46, 1-4 0 сдвигов 1 сдвиг ф 2 сдвтриггеры 41 и 43 срабатывают в исход- га". Количество сдвигов в процессеное состояние, а по состоянию триг-БПФ регистрируется счетчиком 49 и.геров 44. и 45 при помощи элементов составляет масштабный коэффициент,