Устройство для вычисления коэффициентов фурье

(22) Заявлено 22,11.-6(2 М 22051/18-24 с присоединением заявки-Госудерютеенньй кеметет ссср ро лелем табретеннн я ртирьце(088. 8) Дата опубликований описаний 28.01.79) УСТГОйСТВО ПЛЯ ВЫЧИСПЕ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ФУРЬЕИзобретение относится к устройствам вычислительной техники и может быть использовано в цифровой аппаратуре для спектрального анализа радиотехнических и акустических сигналов, в высокоскоростных цифровых фильтрах, устройствах для вычисления корреляций и сверток,Известно устройство для реализации алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ), содержащее запоминающее устройство с произвольным обращением и централизованный процессор, который под ключается к соответствующим ячейкам запоминающего устройстве ( 11Недостаток этого устройства - низкое быстродействие, обусловленное гем, что при обработке каждой реализации входного сигнала, состоящей из М отсчетов, в интервале между отсчетами с номерами М ц И процессор должен выполнять 2 (2 - 1) операций цад комЦплексными числами, что при ограниченном быстродействии элементной базы определяет невысокий верхний предел часготы отсчетов, при котором устройство способно работать в реальном масштабе времейи, В другом известном устройстве 2 задача повышения бысгродействия решается за счет вычисления частичных сумм на четырех процессорах, однако такое техническое рещение позволяет повысить быстродействие лищь в 4 раза за счет пропорционального увеличения обтема аппаратуры. Кроме того, скорость вычислений в этом устройстве ограничена быстродействием оперативного запоминающего ус гройства.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для вычисления Я коэффициентов Фурье, содержащее ЗОВ, К - 1 блоков сдвига, арифметический блок (АБ)е постоянный запоминающий блок, адресный вход которого подключен к соответствующему выходу блока управления, тактовый генератор, выход которого подключен к синхронизирующему входу аналого-цифрового преобразователя Э . Арифметическийровых отсчетов она загружается в дополнительный блок сдвига 10, которыГ последовательно сдвигает информацию с частотой аналого-цифрового преобразователя 5, задаваемой ТГ 6. В момент вре мени, соответствующий поступлению отсчета с номером - + 1 по команде выУ23 рабатываюшейся блоком управления 4, мультиплексоры 7 и 8 подключают выход АЦП 5 и выход ячейки дополнительного блока сдвига 10 с номером- к ицформаХ2ционным входам АБ 11. Одновременно адрес соответствующего вектора поворота поступает в ПЗБ 3, а в АБ 11 подается значение данного вектора. Поступив шие отсчеты умножаются на вектор поворота, складываются, и результаты через коммутатор 2, управляемый блоком управления 4, последовательно засылаютдя в первый блок сдвига. Описанная процеду 20 ра повторяется с частотой поступления входных отсчетов до тех пор, пока первый блок сдвига не заполнится. На втором этапе объем вычислений, производи 25 мых АБ 11 над входными данными, воз-. растает более чем в два раза, поскольку после операций над числами, поступающими с выходов дополнительного блока сдвига 10 АБ 11 производит аналогич 930 ные операции над значениями, поступаю-. шими через мультиплексоры с входа и выхода первого блока сдвига, причем результат:4 этих операций через коммутатор 2 засылаются во второй блок сдвига через интервалы времени, задаваемые ФСИ 9, При этом время, отведенное для арифметических операций над каждой парой отсчетов на втором этапе, превышает период следования тактовых импульсов.40 Поскольку числа, с АБП 5 поступают с частотой ТГ, соответствующие пары отсчетов входной реализации за время паузы между импульсами ФСИ сдвигаются из ячеек с номерами 1 ив последу 2 45 ющие ячейки, Ячейки, содержащие в моменты поступления импульсов ФСИ необходимую информацию и соединенные с входами мультиплексоров 7 и 8, подключаются к входам АБ 11, После того, как заканчивает действие над предыдущей парой отсчетов на его входы из дополнительного блока сдвига 10, ПЗБ 3 и первого блока сдвига поступают следующие операнды. Указанный порядок оаботы сохраняется до тех пор, пока не заполнятся сдвигающие регистры второго блока сдвига и их содержимое не начнет поступать на входы мультиплексоров 7 и 8, Палее начинается третий этап работы и объем вычислений в ЛБ 11 снова возрастает. Вместе с этим увеличивается и время, отводящееся на эти вычисления, поскольку интервал между импульсами ФСИ растет по соответствующему закону, таким образом, снижаетсячастота сдвигов в блоках сдвига, Приэтом период Т сдвигов в дополнительномблоке сдвига 10 остается неизменным, анеобходимые пары отсчетов выбираютсяиз соответствующих.ячеек блока, номеракоторых заранее известны, Цикл работыпродолжается по этапам, пока не заполнятся регистры последнего блока сдвига,содержащие значения коэффициентов фурье.ЭПри этом в интервале между Й и-ЙТтактами в дополнительный блок сдвига10 загружаются отсчеты следующей реализации входного сигнала. На фиг. 2(а,б) показаны эпюры сигналов в соответствующих точках устройства.Ниже приводится расчет номеров ячеек дополнительного блока сдвиге, которыеподключены к информационным входаммультиплексоров 7 и 8 для любого допустимого закона распределения во временивыходных импульсов ФСИ.Указанный закон характеризуется количеством импульсов тактового генератораК, заполняющих интервал между выходными импульсами ФСИ на к-этапе вычисления коэффициентов Фурье. Нижняя граница диапазона возможных значенийфК определяется из условия, что в интервале между импульсами ФСИ АБ 11, способный выполнить совокупность арифметических операций над одной парой отсчетов (условную операцию) за 1 с , производит все необходимые вычисления, объем которых в соответствии с алгоритмом БПФ составляет на к-этапек2 (2 -1) условных операций, т.е.,2(аКВерхняя граница диапазона возможных значений 5 К определяется необходимостьк, вычисления К коэффициентов фурье в реальном масштабе времени, т.е. за время, равное длительности одной реализации(ЬРРКВыбор К, удовлет оряюших указанными условиям, однозначно определяет номера ячеек дополнительного блока сдвига, подключенных к информационным входам муль типлексоров 7 и 8. Номера ячеек, содег6438 жащих необходимые операнды для вычислений на к-этапе, отличаются между собой на величину, кратную Ьк -1. Отсюда для ячеек, подключенных к.первому мультиплексору 7 и содержащих отсчеты из 5 второй половины реализации, имеем 1 М М М бе,:Уц1=+ +" т:цМр Я 6 Ф 1 1 О где/3 д= 1, к - целое число, которое определяется из неравенстваМ Мо 2 Коа - ,+1 т 1 И 1=ИИ 1 Лля ячеек, подключенных ко второму мультиплексору 8 и содержащих отсчеты 20 из первой половины реализации, имеемК--- и с2к Еа де 1 В предложенном устройстве благода-: ря наиболее полному использованию арифметического блока улучшены габаритно- весовые характеристики и, как следствие, повышена надежность.30 Формула изобретения Устройство для вычисления И коэффициентов Фурье, содержащее 10 Н - 1рблоков сдвига, арифметический блок, постоянный запоминающий блок, адресный вход которого подключен к соответствующему выходу блока управленцы, тактовый генератор, выход которого подключен к синхронцзирующему входу аналого-цифрового преобразоъателя, о т л и ч а ю - ще е с я тем, что, с целью повышении надежности н упрощения устройства, в него введены первый н второй мульти 89плексоры, коммутатор, формировательсерий импульсов с возрастающим периодом и дополнительный блок сдвига, при- .чем выход тактового генератора подключен к синхронизирующему входу дополнительного блока сдвига и ко входу формирователя серий импульсов с возрастающимпериодом, выход которого подключен ксинхронизирующим входам блоков сдвига,первая группа выходов дополнительногоблока сдвига и выход аналого-цифровогопреобразователя подключены к первойгруппе информационных входов первогомультиплексора, вторая группа выходовдополнительного блока сдвига - к первойгруппе информационных входов второго.мультиплексора информационный вход дополнительного блока сдвига подключенк выходу аналого-цифрового преобразователя, выходы первого и второго мультиплексоров и выход постоянного запоминающего блока подключены к информационным входам арифметического блока, выход которого подключен к информационному входу коммутатора, выходы коммутатора подключены к информационным входам блоков сдвига и ко второй группеинформационных входов первого мульти,плексора, выходы блоков сдвига подключены ко второй группе информационныхвходов второго мультиплексора, адресныевходы первого и второго мультиплексоров, а также адресный вход коммутатора подключены к соответствующим выходам блока управления.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе.1, Акц. заявка ВеликобританииМ 1330741, кл. С 4 А, 06,07.71.2. Авторское свидетельство СССРИо 421994, кл. Ц 06 Г 15/34,1 3.0.9.71.3. Патент США М 3816729,кл. 235-156, 11,06,74.643889 игФ ЭФФ Ф4фФР р а Ф ФФ фСоставитель В. БайковМепуришвили Техред И. Асталош Корректор А, Власе едак ПодписноеСССРрытийаб., д, 4/5 каз 159 ите ний и о ушская ал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Фф импупьси /У/Ю имлуфьсвд е лери 060 ия Т е мрООЗОм,д тР Тираж 779 1 НИИПИ Государственного,. по делам изобрет 3035, Москва, Ж, Ра