Устройство для вычисления дискретного преобразования фурье и свертки

1573459 Изобретение относится к вычислительной технике, предназначено дляычисления дискретного преобразованияфурье (ДПФ) и процедуры цифровой1 ильтрации и может быть использованов системах цифровой обработки сигнаЛов.Цель изобретения - упрощение устройства,На чертеже изображена структурнаяСхема устройства.20Устройство содержит первый информационный вход 1, второй информационный вход 2 (входной), мультиплексор3, входной умножитель 4:, (входной)блок 5 постоянной памяти, блок 6 постоянной памяти весовых коэффициентов, регистры 7.3. (=1,М) весовых коэффициентов, регистры 8, весовыхкоэффициентов, мультиплексоры 9. весовых коэффициентов, умножители 10.1, 30Сумматоры 11.1., регистры 12., мультиплексоры 13. передачи данных,Двухвходовые регистры 14., генератор15 тактовых импульсов, счетчик 16,Дешифратор 17, элемент ИЛИ 18, вход19 задания режима, блок 20 постояной памяти, выходной умножитель 21,выход 22 свертки, выход 23 ДПФ, вход24 задания режима, элемент И 25.Рассмотрим работу устройства врежиме вычисления ДПФ, которое определяется выражением Г= СТ 0 ц Хцф-(-д 2 г)Я г .ог1 г 1 гв1 аИ(1 гнь фф 1) ф40гнфДля описания примера работы устройства примем И=4. В этом случаевыражение (2) имеет вид 45 о - -а -ч Ь 8 8 Эо - -а 8 88 8а - о8 8 8 8 -9 -а - 0 8 8 8 8 а 8 И о 8 И 8 Г(0) Х(0) Х(1) Х(2) Х(3) Г(2) Р(3) 3,9.,13 умножители 10,1, сумматоры 11, генератор тактовых импульсов .15, счетчик 16, дешифратор 17, элементы ИЛИ 18, И 25, выходной умножиБудем полагать, что сумматоры 11. осуществляют операцию суммирования операндов при нижнем уровне на управляющем входе и операцию пересылки операнда с первого входа на выход при высоком уровне на управляющем входе, Регистры 14.1 осуществлятель 21. Имеются также информацонныевходы 1,2, выход свертки 22, выходДПФ 23, входы задания режима 19,24,1 ил,где Х - исходный комплексный вектор размерности И с элементами Х; Р, - результирующий комплексныйвектор размерности И с элементами Р(1 с),Е- матрица весовых коэффициентов размерности И М с элементами Я" =ехр(-12 нп 1 с/М), 1=,Г:1. Выражение (1) можно записать вследующем виде: теплицева матрица вида ,г 1 1 ц-г) -Од 1"2 а 1 г С, - диагональная матрицают прием информации с первого входа при нижнем уровне на управляющем входе и с второго входа при высоком уровне на управляющем входе. При нижнем уровне на входе 19 устройства производится вычисление ДПФ, а при верхнем вычисляется свертка. ИнфорВторой такт.с первого Выхода блока 6 поступаеэ значение 1 ь; , с второго выходаИ . В регистрах 7.1-7.4 значениясоотве 1 ственно.В регистре 8.1 значение Ыб , С выхо да блока 5 поступает значение ЧВНа входе 2 устройства значение Х(1).На выходе мультиплексора 3 значениеЯХ(1) Ж. На управляющих входах мультиплексоров 9.1-9.4 нижний логическийуровень, На выходах мультиплексоров4 значения 16 1 ИсоответственноНа выходах умножитем лей 10.1-10.4 значения Х(1) И;Х(1) И , Х(1) И; .Х(1) 1 соответственно. В регистрах 12.1-12.4 значения Х(0). М, Х(0)Ыв, Х(0) Ы920 Х(0) И соответственно. На выходахсумматоров 11. 1-11. 4 значения Х(0) У,++Х(1)У, Х(0) И +Х(1) И соответственно.25 Третий такт.С первого выхода блока 6 поступает9значение И, с Второго Выходя - ИВ регистрах 7.1-7.4 значения У-1, О, -9Ы , Ив Ы 8 соответственно В регистрах 8. 1 и 8.2 значения И и 144 -9соответственно. На выходе блока 5значение И 8. На входе 2 устройства4значение Х(2). На выходе мультиплексора 3 значение Х(2) И ; На управля 48 35ющих входах мультиплексоров 9.1-9.4нижний логический уровень. На выходах мультиплексоров 9,1-9.4 значения-3Четвертый такт.С первого выхода блока 6 поступает-4, -9М И 8 соответственно. На выходе 554блока 5 значение Ы, на входе 2 устройства значение Х(3), на выходемультиплексора 3 значение Х(3). Науправляющих выходах мультиплексоров 5 1573459мация с входа 2 устройства через умножитель 4 и мультиплексор 3 поступает беэ дополнительных тактировок,хотя для повышения быстродействияза сче т увеличения тактовой частотыцелесообразно ее протактировать после мультиплексора 3 или умножителя 4.Поскольку данная тактировка не наруп 1 ает принципов работы устройства,мы ее не будем учитывать в дальнейшемописании работы устройства. На входе24 устройства нижний логический уровень. При наличии нижнего логического уровня на управляющих входах регистров 7.д и 8.1 они производят приеинформации (при наличии синхроимпульса), При верхнем логическом уровнена управляющих входах этих регистровони находятся в режиме хранения информации, Информация во все регистрызаписывается положительным фронтомсинхросигнала. Все мультиплексорыосуществляют передачу информации спервого входа на выход при нижнемуровне на управляющем входе, а с вто.рого входа - при высоком уровне науправляющем входе. Считаем, что в регистры 71, 7,2, 7.3, 7.4 произведенапредварительная запись информацииУ , М , И;, У . Все операнды в регистрах и арифметические операциинад ними комплексные.Первый такт.На управляющих входах сумматоров14. в этом такте присутствует верхний логический уровень. С .первоговыхода блока 6 поступает значение- .9И, с второго выхода блока 6 - Мс выхода блока 5 постоянной памяти -И , на вход 2 устройства - Х(0). Свыъода умножителя 4 снимается значение Х(0)118, которое через мультиплексор 3 поступает на первые входы умно- .жителей 101-10.4. На управляющихвходах мультиплексоров 9.1-9.4 нижнийлогический уровень, который поступаетс соответствующего выхода счетчика16. Поэтому на выходах мультиплексоров 9.1-9.4 будут значения Ю , М-4 -9Иб , М , поступающие на вторые Входй соответствующих умножителей 10,110.4. На выходах умножителей 10.110.4 будут значения Х(0)И 8=Х(0) У 8;Х(0)У Ы =Х(0) Ы, Х(0)18 Ъв9.1-9.4 нижний логический уровень.На выходах мультиплексоров 9.1-9,4чзначения И , И ; И , И 8 соответственно. На выходах умножителей 10.110.4 значения Х(3) И 1 Х(3). И 7, Х(3)хИ 8, Х(З) И 7, соответственно. В региб, 9страх 12.1-12.4 значения Х(0) И ++Х(2) И; Х(0) Иь +Х(1) И 8 +Х(2) Яд ь 1014(0) И +Х(1) И +Х(2) И 8 соответственно. На выходах сумматоров 11.111,4 значения Х(0) И 8+Х(1) И+Х(2) И++Х(3) Иь соответственно, На управля- .ющие входы регистров 14.1-14,4 поступает верхний логический уровень, разрешающий запись информации в них повторому входу.Пятый такт,Аналогичен первому такту. УстройстЭо начинает обработку нового массиваданных по описанному выше алгоритму.На управляющих входах мультиплексоров9, верхний логический уровень, поэтому весовые коэффициенты на вторые9 ходы умножителей поступают с регистров 8., Последовательность поступлеНия весовых коэффициентов аналогичнаописанной ранее. В регистры 7. осуществляется загрузка весовых коэффициентов для следующего массива данныхв последовательности, приведенной длярегистров 8.х при вычислении предыду 35щего массива. В регистрах 14,1-14,4значения Х(0) И+Х(1) Ив+Х(2) И++Х(3) И,На выходе блока 20 постоянной памяти значение И , которое поступаетна второй вход умножителя 21. На первый вход умножителя 21 поступает значение из регистра 14.4, В результатеопроизведения получаем Х(0) И 4+Х(1) И++Х(2) И+Х(3) И=Р(3), которое поступает на выход 23 устройства. На управляющих входах регистров 14.1-14.4нижний логический уровеньШестой такт,Аналогичен второму такту. Содержимое регистров 14. сдвигается на одинрегистр. На выходе регистра 14.4 значение Х(0) И 8 +Х(1) И 8+Х(2) И 8+Х(3) И 8,На выходе 23 устройства результат умножителя 21 равный Х(0) И +Х(1) И + +Х(2) И +Х(3) И=Х(2).Седьмой такт.Аналогичен третьему такту. В регистре 14.4 значение Х(0) Ив.+Х(1) И+ +Х(2) И+Х(3) И 8, На выходе блока 20постоянной памяти значение И. На вью ходе 23 устройства значение Х(0) И + +Х(1) И +Х(2) И+Х(3) И=У(1).Восьмой такт,Аналогичен четвертому такту. На выходе блока 20 постоянной памятиозначение Иа. На выходе устройства значени Х(0) И 4 +Х(1) И+Х(2) И +Х(3) И -Х(0).Дальнейшая работа устройства в режиме вычисления ДПФ продолжается по описанному ранее алгоритму.При реализации процедуры цифровой фильтрации устройство должно вычислить выражение видаК 4у(1 с) =Х(7 с-и) Ь(п)р:огде Ь(п) - коэффициент импульсной характеристики фильтра.На второй управляющей вход 24 подают верхний логический уровень и в течение И тактов производят загрузку коэффициентов импульсной характеристики фильтра в регистры 7.1 и 8. параллельно.После этого на управляющий вход 19 подается верхний логический уровень. Входные отсчеты поступают на вход 1 устройства. Результаты свертки снимаются с выхода 22 устройства. Мультиплексоры 13. передают информацию с второго входа. Коэффициенты импульсной характеристики предварительно записываются в регистры 7.д и 8.а параллельно, При этом состояние на управляющих входах мультиплексоров 9. может быть любым. Результаты свертки формируются в регистрах 12. по мере поступления входных отсчетов. Их продвижение по систолической линейке обспечивается мультиплексорами 13Формула изобретенияУстройство для вычисления дискретного преобразования Фурье и свертки, содержащее М (где М - размер преобразования) умножителей, И сумматоров, Б регистров первой группы, дешифратор, счетчик и генератор тактовых10 1573459 Составитель А,БарановТехред М,Ходанич Корректор М,Максимишинец Редактор Н.Лазаренко Заказ 1 б 43 Тираж 568 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 импульсов, выход которого подключенк счетному входу счетчика, информационный выход которого подключен квходу дешифратора, выход -го (д=1,Я)умножителя подключен к первому входу-го сумматора, выход 1-го (3=1,И)регистра первой группы подключен кпервому информационному входу (1+1) -го регистра первой группы, а установочный вход счетчика является первымвходом задания режима устройства,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью упрощения, оно содержит триблока постоянной памяти, вторую, третью и четвертую группы из И регистров каждая, первую и вторую группыиз И мультиплексоров, входной умножитель, выходной умножитель, элементИ, элемент ИЛИ и мультиплексор, выходы 3-х регистров второй и третьейгрупп подключены к информационнымвходам (3+1)-х регистров соответственно второй и третьей групп, а выходы х-х регистров второй и третьейгрупп подключены соответственно кпервому и второму информационным входам х-го мультиплексора первой груп.пы, выход которого подключен к первому входу х-го умножителя, второй входкоторого подключен к выходу мультиплексора, первый информационный входкоторого является первым информационным входом устройства, вторым инфор,мационным входом которого являетсяпервый вход входного умножителя,выход которого подключен к,второмуинформационному входу мультиплексора,выход д-го сумматора подключен к второму информационному входу -го регистра первой группы и информационному входу -го регистра четвертойгруппы, выход которого подключен кпервому информационному входу х-гомультиплексора второй группы, а выход 3-го регистра четвертой группыподключен к второму информационномувходу Ц+1)-го мультиплексора второй 5 10 15 20 25 30 35 40 45 группы, выход 1-го мультиплексоравторой группы подключен к второму входу -го сумматора, второй информационный вход первого мультиплексоравторой группы является входом логического нуля устройства, выходомсвертки которого является выход Х-горегистра первой группы, выход первогоблока постоянной памяти подключен квторому входу входного умножителя,первый и второй выходы второго блокапостоянной памяти подключены к информационным входам первых регистров соответственно второй и третьей групп,выход третьего блока постоянной памяти подключен к первому входу выходного умножителя, второй вход которогоподключен к выходу И-го регистра первой группы, первый выход дешифратораподключен к первому входу элементаИЛИ, выход которого подключен к тактовым входам регистров первой группы,второй выход дешифратора подключен кпервому входу элемента И, выход которого подключен к входу синхронизациих-го сумматора, вторые входы элемента И и элемента ИЛИ соединены с управляющим входом д-го мультиплексоравторой группы, тактовыми входами -хрегистров второй и третьей групп, управляющим входом мультиплексора иподключены к первому входу заданиярежима устройства, выходом дискретного преобразователя Фурье которого является выход выходного умножителя,выход переполнения счетчика подключенк управляющему входу х-го мультиплексора второй группы, информационныйвыход счетчика подключен к адреснымвходам первого и третьего и первомуадресному входу второго блоков постоянной памяти, второй адресный входкоторого является вторым входом задания режима устройства, а выход генератора тактовых импульсов подключенк тактовому входу -го регистра четвертой группы.