Устройство для ортогонального преобразования по уолшу

" "ю7 фНИЯ ОПИСАН ЕТЕЛЬСТВ ВТОРСКОМУ С им, (53 (56 У 8 ощ ГОСУДАРСТВЕННЬ 1 Й КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Ленинградский ордена Ленинаэлектротехнический институтВ.И. Ульянова (Ленина)) 1, Авторское свидетельство СССР81761, кл, С 06 Р 15/332, 1980.2. Авторское свидетельство СССРУ 922721, кл. С 06 Р 15/332, 1980.3. Авторское свидетельство СССРУ 918952, кл. С 06 Р 15/332, 1980(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРТОГОНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПО УОЛШУ, содержащее сумматоры, коммутатор информационных сигналов, регистр сдвига,блок формирования функций Уолша икоммутатор тактовых импульсов, первыйвход которого является тактовым входо,устройства, тактовый выход коммутатора тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра сдвига, выходпереполнения которого соединен с уп.равляющим входом коммутатора тактовыхимпульсов, второй выход которого соединен с тактовым входом блока формирвания функций Уолша, информационныевходы сумматоров объединены и являются информационным входом устройства,управляющие входы сумматоров соединены с выходамн соответствующих разрядов регистра сдвига, о т л и ч а ю"щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностейустройства за счет выполнения восстановления сигналов, представленныхкоэффициентами разложения по интеграл,БО 104527 А ным функциям Уолша, оно содержит регистры, преобразователи прямого двоичного кода в обратный, суммирующийблок, первый и второй сумматоры с ускоренным распространением переносов,буферный регистр и триггер, причемвыходы сумматоров соединены с информационными входами регистров, входыуправления приемом которых объединены и соединены с выходом переполнениярегистра сдвига, выходы регистров соединены с информационными входами преобразователей прямого двоичного кодав обратный, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока формирования функцийУолша, выходы преобразователей прямого двоичного кода в обратный соединены с входами суммирующего блока, выход которого соединен с входом первого сумматора с ускоренным распространением переносов, выход которого является первым выходом устройства исоединен с информационным входом буферного регистра и с первым входомвторого сумматора с ускоренным распространением переносов, второй вход которого соединен с выходом буферногорегистра и с вторым информационнымвходом коммутатора информационныхсигналов, первый информационный входкоторого соединен с выходом второгосумматора с ускоренным распространением переносов, управляющий вход буферного регистра соединен с вторымвыходом коммутатора тактовых импульсов, тактовый и управляющий входыкоторого соединены соответственнос первым и вторым входами триггера,выход которого соединен с управляющимвходом коммутатора информационныхсигналов, выход которого являетсявторым выходом устройства, управля 1104527ющий вход регистра сдвига является управляющим входом устройства.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в аппаратуре обработки образов, сжатия информации при передаче данных, для анализа и 5 обработки звуковых и видеосигналов, для цифровой фильтрации.Известно устройство для вычисления коэффициентов разложения функции в ряд, содержащее основную и дополни О тельную группы ключей, Интеграторы, блок Формирования функций Уолша коммутатор тактовых импульсов, регистр сдвига. Характерной особенностью устройства явлЯется обработка анало- .15 гового входного сигнала и формирование коэффициента разложения также в аналоговой форме 13.Недостатками устройства являются низкая производительность при обра ботке последовательности сигналов и невозможность восстановления сигнала, представленного коэффициентами разложения по интегральным Функциям Уолша. 25Известно устройство ортогонального преобразования по Уолшу, содержащее Регистры сдвига и сумматоры-вычитатели, Устройство обеспечивает выдачу 2 (И = 1, 2, ) коэффици ентов преобразования, а также вычис ляет текущие значения этих коэффици. ентов 23.Недостатком устройства является невозможность восстановления сигнала, представленного коэффициентами разложения по интегральным функциям Уолша.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для преобразования по функциям Уолша, содержащее сумматоры, коммутатор информационных сигналов, сумматорывычитатели, коммутатор тактовых импульсов, регистр сдвига, блок Формирования функций Уолша-Радемахе ра, выходы функций Радемахера кото-, рого подключены к управляющим входам коммутатора информационных сигналов входы которого подключены к выходам сумматоров, информационные входы которых объединены и являются входом устройства, управляющие входы сумматоров подключены к выходам соответствующих разрядов регистра сдвига, выход переполнения которого соединен с управляющим входом коммутатора тактовых импульсов, первый и второй выходы которого подключены к тактовым входам регистра сдвига и блока формирования функций Уолша-Радемахера соответственно, Вход коммутатора тактовых импульсов является тактовым входом устройства. Выход коммутатора информационных сигналов подключен к информационным входам сумматороввычитателей, управляющие входы которых подключены к выходам соответствующих функций блока формирования функций Уолша-Радемахера, выходы сумматоров-вычитателей являются выходами устройства 3 1.Недостатком известного устройства является невозможность проведения обратного преобразования - невозможность восстановленйя сигнала по коэффициентам его разложения по интегральным функциям Уолша.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет выполнения восстановления сигналов, представленных коэффициентами разложения по интегральным функциям УолшаПоставленная цель достигаетя тем, что в устройство, содержащее суммато" ры, коммутатор информационных сигналов, регистр сдвига, блок формирования функций Уолша и коммутатор тактовых импульсов, первый вход которого является тактовым входом устройства, тактовый выход коммутатора тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра сдвига, выход переполнения которого соединен с управляющим вхо" дом коммутатора тактовых импульсов, второй вход которого соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша, информационные входы55 Э 11045 сумматоров объединены и являются информационным входом устройства, управляющие входы суяматоров соединены с выходами соответствующих разрядов регистра сдвига, дополнительно введены регистры, преобразователи прямого двоичного кода в обратный, суммирующий блок, первый и второй сумматоры с ускоренным распространением переносов, буферный регистр и триггер, при О чем выходы сумматоров соединены с информацпонными входами регистров, входь 1 управления приемом которых объединены и соединены с выходом переполнения регистра сдвига, выходы регист ров соединены с информационными входами преобразователей прямого двоичного кода в обратный, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока формирования функ" 20 ций Уолша, выходы преобразователей прямого двоичного кода в обратный соединены с входами суммирующего блока, выход которого соединен с входом первого сумматора с ускоренным распрост ранением переносов, выход которого является первым выходом устройства и соединен с информационным входом буферного регистра и с первым входом второго сумматора с ускоренным распространением переносов, второй вход которого соединен с выходом буферного регистра и с вторым,информационным входом коммутатора информационных сигналов, первый информационный35 вход которого соединен с выходом второго суМматора с ускоренным распространением переносов, управляющий вход буферного регистра соединен с вторым выходом коммутатора тактовых импуль сов, тактовый и управляющий входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами триггера, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора информацион 45 ных сигналов, выход которого является вторым выходом устройства, управляющий вход регистра сдвига является управляющим входом устройства.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - элект"50 рическая функциональная схема суммирующего блока для случая сложения в дополнительном коде четырех двух" битовых чисел. Устройство ортогонального преобразования по Уолшу содержит сумматоры 1 накапливающего типа, регистры 2, пре 27 4 образователи 3 прямого двоичного кода в обратный, суммирующий блок 4,первый 5 и второй 9 сумматоры с ускоренным распространением переносов,коммутатор 6 тактовых импульсов, регистр 7 сдвига, блок 8 формированияфункций Уолша, буферный регистр 10,коммутатор 11 информационных сигналов,триггер 12, управляющий вход, являющийся управляющим входом 13 регистра 7 сдвига. Информационные входысумматоров 1 объединены и являютсяинформационным входом устройства,управляющие входы сумматоров 1 соединены с выходами соответствующих разря.дов регистра 7 сдвига, выходы сумматоров 1 соединены с информационнымивходами соответствующих регистров 2,управляющие входы которых объединеныи соединены с выходом переполнениярегистра 7 сдвига, с вторым входомтриггера 12 и с управляющим входомкоммутатора 6 тактовых импульсов,тактовый вход которого являетсятактовым входом устройства и соединенс первым входом триггера 12. Выходырегистров 2 соединены с информационными входами соответствующих преобра"зователей 3 прямого двоичного кодав обратный, выходы которых соединеныс входами суммирующего блока 4, вь 1 ход которого соединен с. входом первого сумматора 5 с ускоренным рвспространением переносов, выкод которогоявляется первым выходом устройстваи соединен с входом буферного регистра 10 и с первым входом второго сумматора 9 с ускоренным распространением переносов. Управляющие входы преобразователей 3 прямого двоичного кодав обратный соединены с соответствующими выходами блока 8 формированияфункций Уолша, тактовый вход которогосоединен с вторым выходом коммутатора 6 тактовых импульсов и с управляющим входом буферного регистра 10,выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 9 и с вторыминформационным входом коммутатора 11информационных сигналов, первый входкоторого соединен с выходом второгосумматора 9 с ускоренным распространением переносов. Выход триггера 12соединен с управляющим входом коммутатора 11 информационных сигналов,выход которого является вторым выхо,цом устройства. Суммирующий блок 4 для сложения И п-разрядных чисел состоит из одно1104527 где 10 Х Х 1 2МИ 1 11 1 0 11 123 МИ 1-1 0 ,. 0 О 0 1 -10 0 121 ЧИОО 0 0 1О 0 Е =У 0001 -1 000.;. 0 1 1 0 Й 0 1 М 0 О 0 01 1 0 0О 1 0 0 разрядных трехвходовых сумматоров 14,имеющих по три входа и два выходасуммы и переноса. На фиг, 2 приведенаэлектрическая функциональная схемаблока 4 для случая сложения четырехдвухбитовых чисел: А, О, Г и Н.Работа устройства основа-а на математическом определении интегральныхфункций Уолша, которое можно представить в,виДе. Р(+1,Е) - Ма 1(, С)с 1 Т,0 се(Т, 0 где 1 = О, 1, 2, ; Р(О,С)= 1;Иа 1(, ) - функции Уолша. Для дискретной формы представления данных преобв разование (1) можно записать в матричном виде Р = И, (2) где Р - матрица интегральных функций Уолша; У -матрица функций Уолша;Я - Теплццева верхнеугольная матрица, элементы которой, включая главную ди- , агональ, равны единице. Коэффициенты Тождественное преобразование - умйожение на единичную матрицу Е введе-. но для того, чтобы более точно отразить процессы, протекающие в предлагаемом устройстве. Обозначим через В вектор промежуточных результатов: В=НЕС,Х=Я В,Устройство работает в двух режимах: прямого и обратного преобразования, В режиме разложения входного сигнала на вход устройства в двоичном коде в такт с синхроимпульсами поступают значения, ординат исследуемого процесса, Эти ординаты поступают на информационные входы суммато ров 1, работой которых управляет регистр 7 сдвига. Управляющий вход каждого сумматора 1 соединен со своим разрядом регистра 7 сдвига так, что 1-й сумматор соединен с -м разрядом 55 регистра 7 сдвига. На управляющий вход 13 регистра 7 сдвига подается "1", а его исходное значение равно С, разложения произвольного сигнала, представленного совокупностью ординат Х;(1 = 1, , И), в ряд интегральных функций Уолша с учетом выражения (2) равны С = ИХ,вектор коэффициентов разложения;- вектор ординат исследуемого процесса; Я М - число ординат исследуемогопроцесса. Обратное преобразование определяется выражением Х,.= ("ЮС = 1"УЕС, где Теплицева 1, обратная ей Я "и единичная матрицы Е выглядят так 10ОО"; по каждому синхроимпульсу на тактовом входе регистрасдвига его содержимое сдвигается на одинразряд вправо, а в освободившийсяразряд заносится "1" с управляющеговхода 13 регистра 7. После приходана тактовый вход регистрасдвига Ясинхроимпульсов на выходах сумматоров 1 накапливаются суммы, соответствующие произведению процесса Х на,матрицу Я, и в это время регистр 7сдвига вырабатывает импульс переполнения, по которому значения сумм изсумматоров 1 преписываются в регистры2 и который (при обработке первогопроцесса) дает разрешение на прохождение синхроимпульсов на тактовыйвход блока 8 формирования функцийУолша. После передачи сумм в регистры2 память сумматоров 1 накапливающеготипа сбрасывается в ноль. Цепи сброса на фиг. 1 не показаны. На входустройства начинают поступать ордина1104527ты следующего исследуемого про- сываются в регистры 2, и триггер 12 цесса. устанавливается в "1 (при обработкеВыходы функций Уолша блока 8 уп- первого процесса это несущественно), равляют работой преобразователей 3 . и который при обработке первого пропрямого. двоичного кода в обратный: 5 цесса дает разрешение на прохождение если значение функции Уолша равно +1, синхроимпульсов на тактовый вход блото соответствующее значение из регист- ка 8 формирования функции Уолша, Посра 2 через преобразователь 3 переда- ле передачи коэффициентов 3-го восется в прямом коде; если значение станавливаемого процесса в регистры функции Уолша равно -1, то содержимое2 память сумматоров 1 накапливающего регистра 2 передается в обратном коде. типа сбрасывается в ноль, и на вход В результате на вход суммирующего устройства начинают поступать коэффиблока 4 поступают И произведений ком- циенты (3+1)-го восстанавливаемого понентов вектора сумм, хранящихся в процесса.регистрах 2, на дискретную функцию 15Уолша. Суммирующий блок 4 формирует Выходы функций Уолша блока 8 управ- сумму поступающих на ее входы чиселляют работой преобразователей 3 пря.в виде, двухрядногокода, Резуль- мого двоичного кода в обратный так же, тат преобразования двухрядного кода как и в режиме прямого преобразовав однорядный с помощью первого сум ния. Поэтому на выходе первого суммаматора 5 с ускоренным распространени- тора 5 с ускоренным распространением ем переносов пропорционален значению .переносов последовательно появляются коэффициента при той функции Уолша, компоненты Ь вектора В промежуточных значение которой в данный момент вре- результатов. Пусть в данный момент мени присутствует на выходе блока 8 25 времеи блоки устройства находятся Темп выдачи коэффициентов разложения . в следуюп -и состоянии: в регистрах 2сравен темпу поступления ординат ис- находятся коэффициенты разложения следуемых процессов на вход устрой-го восстанавливаемого процесса, ства. При этом быстродействие уст- сумматоры 1 и регистр 7 сдвига в наройства в рассматриваемом режиме оп- чальном состоянии, триггер 12 в состо 30ределяется временем срабатывания це-янии "1", на выходах блока 8 - знакопочки: преобразователи 3 - суммиру- постоянная функция, а на выходе суммающий блок 4 - первый сумматор 5.тора 5 - значение компоненты Ь" /1В режиме обратного преобразова- в. буферном регистре 10 - значение комния - восстановления сигналов по ко- поненты Ъ 1 = Х 1 на выходе коммута-. 35 М 4 эффициентам разложения по интеграль- тора 11 информационных сигналов присутным фуНкциям Уолша устройство работает ствует значение Х из регистра 10 следующим образом, На вход устройства вследствие того, что триггер 12 нахов двоичном коде в такт с синхроимпуль- дится в единичном состоянии. Верхний сами поступают значения коэффициентов индекс обозначает номер обрабатываемо 40разложения восстанавливаемого процес- го процесса. С приходом на вход устса. На управляющий вход .13 регистраройства значения С 1 в сопровождении11 11 + 7 сдвига подается 0 , а его исходное синхроимпульса, значение С 1 " занозфзначение равно 10 00 ; по каждо- сится в первый (верхний на фиг. 1) из му синхроимпульсу на тактовом входе сумматоров 1 обнуляется триггер 1,245Э Э регистра 7 сдвига его содержимое содержимое регистра 7 сдвига смещает- сдвигается на один разряд вправо, а ся на один разряд вправо, причем в .в освобождающийся разряд заносится его самый левый разряд заносится ноль фф гни0 с управляющего входа 13 регистра 7. с управляющего входа. По синхроимпульПосле прихода на тактовый вход регист- су на втором выходе коммутатора 6 расдвига И синхроимпульсов на. вы- тактовых импульсов в буферный регистр50ходах сумматоров 1 появляются значе заносится значение Ь 1 а на выхо 9 ния коэффициентов разложения, соот", де блока 8 появляется значение следуветствующие произведению вектора ко- ющей функции Уолша. После завершения эффициентов С на матрицу Е - тождест- переходных процессов на выходе сумма- венное преобразование, и в это время тора 5 присутствует значение Ь ко 55а ф регистр 7 сдвига вырабатывает импульс торое с помощью сумматора 9 с ускопереполнения, по которому значения ренным распространением переносов коэффициентов из сумматоров 1 перепи- вычитается из значения Ь 1 храняще 1 фс10 1104527 9гося в буферном регистре 10, Раз" ность Ъ 1. - ЬХ , через коммутатор 11 информационных сигналов под управ" . лениемнулевого сигнала с выхода триг. гера 12 поступает на второй выход 5 устройства. Описанная последовательность повторяется по приходе коэффи" циентов С(1 2, , И).С приходом в сопровождении синхро импульса,на вход устройства коэффициента Сзначение С ",", заносится и последний из сумматоров 1, значение Х . с второго выхода устройства, передается потребителю. В буферный регистр 10 заносится значение Ь 1 = Х 1н и на выходах блока 8 появляется значение знакопостоянчой функции Уолша,и по импульсу переполнения с выходарегистра 7 сдвига триггер 12 переходит в единичное состояние, а значения коэффициентов разложения (1+1)-гопроцесса переписываются в регистры 2, т,е. устройство возвращаетсяв состояние, в котором находилосьв начале его работы и данном режиме. Таким образом, предлагаемое устройство обладает расширенными функциональными возможностями.по сравне-нню с известным устройством, поскольку с его помощью возможно проведение как прямого, так и обратного преобразования по интегральным функциям Уолша,1104527 % /А аказ 5262/Збираж. 6.99 Подписищщ Пд,уеду Уф УЯ ОРОд Ул е Р фили