Устройство для вычисления свертки

)9)5)5 6 06 Г 15/34 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТО МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 35иходед, В.В. Косьянчук ния на СБИС. Системы тки, - М.: Мир, 1985, с ельство СССР15/347, 26.06.88(57) Изобретение о ной технике и можвысокопроизводите ванных вычислител ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ носится к вычислительет быть использовано в льных специализироьных машинах и устройИзобретение ной технике и мо высокопроизводи ванных вычислите ствах обработки с свертки (фильтрац сной характеристи тносится к вычислительет быть использовано в тельных специалиэироьных машинах и устройигналов для вычисления и с бесконечной импулькой),ля вычисления свертки согруппу информационныхгруппу информационных группу информационных чный вход 4 (1 = 1, щах(Ро, 5, вычислительные модули истры 7 ( = 1, 1), группы 1( = 1, 1) и группу выходов ныи мод ционныйВХОД 11, четверты настрое егистры 1 24, тригг 7 - 30, г уль б содержит вход 10, второй третий информа- Й инф 01)мациончный вход 14, б - 22, умножиеры 25 и 26, групруппу )л г нтов ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Кунг Х.Т. Вычислпараллельной обраб348, рис. 16.8.Авторское свидеВ 1587539, кл, 6 06 Целью изобретения является сокращение аппаратурных затрат.На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для вычисления свертки (1 = 3, Ро =3, Р 1=2); на фиг.2 - функциональная схема вычислительного модуля (1, Р 0 и Р) - соответственно размерности вектора Выходных отсчетов т, векторов весовых коэффициентовд и г). ствах обработки сигналов для вычисления свертки (фильтрации с бесконечной импульсной характеристикой). Цель изобретения - сокращение аппаратурных затрат. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит матрицу 1 х п)ах(РО, Р 1) вычислительных модулей, где 1 - размерность выходного вектора У (1 =. О, 1-1), Ро и Р 1 - соответственно размерности векторов весовых коэффициентов а (1) = О, Р,-1) и г 1 (1 = 31, Р 1), причем каждый вычислительный модуль содержит семь регистров, умно- житель, сумматор, два триггера, четыре группы элементов И и группу элементов ИЛИ. В основу работы устройства положена параллельно - поточная организация вычислений. 2 ил., 3 табл,Устроиство ддержит первуювходов 1, вторуювходов 2, третьювходов 3, настроР 1), синхровход61 ( = 1, 1), регэлементов ИЛИ 891( =1, 1).Вычислителпервый информаинформационныционный вход 12ный Вход 13синхровход 15, ртель 23, сумматорпы элементов ИИЛИ 31, первый информационный выход 32, второй информационный выход 33, третий информационный выход 34, четвертый информационный выход 35 и настроечный выход 36.Свертка (фильтрация с бесконечной импульсной характеристикой) определяется формулойЪ . - 1У =69 рх +, Гр У - р, )==0,1 - 1 (1)Р=О р= 5 10 Разобьем задачу(1) на две подзадачи Р 0. - 1Ъ = (2) Р =О Р 1У, =У+ г У - (3)Р=Представим подзадачи (2) и (3) в виде 20 следующих рекуррентных соотношений ои вычислении значений У для=)-1, 2у(0) уу(Р) у Р- Ч+ г у у-у(Р р = 1, Р 1, которые положены в основу работы 25 устройства,При описании работы устройства в обозначении Е ) индексв скобках указыва 0)ет номер рекуррентного шага, а в обозначении Е индекс 1 без скобок - номер такта 30 работы устройства.Рассмотрим работу вычислительного модуля 6. Вычислительный модуль 6 работает в двух режимах, Первый режим работы задается единичным разрядом, котбрый по дается на вход 14 и устанавливает триггер 25 в единичное состояние. При этом на входы 10, 11 и 12 подаются соответственно значения У, Х и в . Значение У записывается в регистр 16, с выхода которого через 40 открытую группу элементов И 27(с прямого выхода триггера 25 на первый вход группы элементов И 27 подается единичный сигнал), группу элементов ИЛИ 31 подается на вход сумматора 24.Значение Х записывает ся в регистр 17, с выхода которого подается на вход умножителя 23. Значение азаписывается в регистр 19 и подается на вход умножителя 23, на выходе которого формируется значение вХ. 50На выходе сумматора 24 формируется значение У = У+ вХ, которое через откры 1тую группу элементов И 28 подается на выход 34 вычислительного модуля. Значение Х подается на выход 33 с задержкой на два 55 такта регистрами 18 и 20, Значение а подается на выход 34 с задержкой на один такт регистром 21, Настроечный сигнал задерживается также на один такт триггером 26. Второй режим работы задается нулевым настроечным разрядом, который устанавливает триггер 25 в нулевое состояние. При этом группы элементов И 29 и 30 открываются, на входы 11, 12 и 13 подаются соответственно значения У, г и У, которые записываются соответственно в регистры 17, 19 и 22. На выходе умножителя 23 формируется значение гу, а на выходе сумматора 24 - значение у = У+ гу, которое подается через группу элементов И 29 на выход 35 вычислительного модуля. Значение У задерживается на два такта регистрами 18 и 20, а значение г задерживается на один такт регистром 21;Рассмотрим работу устройства для= Р;ъ = 3 и Р 1 = 2 (фиг. 1). Состояние регистров и триггеров вычислительных модулей устройства приведены в табл. 1, 2 и 3, Особенностью работы устройства является то, что только с элементами г подаются нулевые управляющие разряды. Кроме того, если Ро Р 1, то на входы 31, 32, , ЗР 0 - Р 1 подаются нулевые значения вместе с нулевыми настроечными разрядами соответственно в моменты времени Ро, Ро+1, Ро+(Ро+ Р - 1). Если РОР 1, то нэ входы 31, 32, , ЗР - РО подаются нулевые значения с единичным настроечным разрядом в моменты времени Ро, Ро+ 1, , Ро+(Р 1- Ра), 8 данном случае Ро = 3, Р 1 = 2 (РоР 1), и на вход 31 подается на третьем такте (Ро = 3) нулевое значение, а на вход 41 - нулевой разряд.Рассмотрим формирование значения Уо, На нулевом такте на вход 2 з 1 подается элемент Хо, на вход Зз - элемент вь, а на вход 4 з - единичный разряд. При этом в вычислительном мрауле 6 з формируется значение 2.О = 70 + а 0 Х, На первом такте на вход 22 подается элемент Х, на вход 32 - элемент в 1, а на вход 42 - единичный разряд. В вычислитель)ном Одуле 621 формируется значение 2 о( = Р + в Х, На втором такте на вход 211 подается элемент Х, на вход 31 - значение м, а на вход 41 - единичный разряд, В вычислительно(м моду(ле 61 формируется значение Уо ) = 20= Ео + в 2 Х, которое с выхода 32 вычислительного модуля 611 подается на вход 13 вычислительного модуля 611. На третьем такте на вход 31, 41 и 211 вычислительного модуля 611 подаются нулевые значения, при атрее на рходе 35 формируется значение Ю = Уо . На четвертом такте на вход 32 подается значение г 2, на вход 42 - нуевой разряд, а на вход 221 - значение У, При этом в вычислитель)ном мо)дуле 62 формируется значение Уо( - Уо( + г 2 У.2. На пятом такте на вход 2 з 1 подается значение У, на вход Эз - значение г 1, на вход 4 э - нулевойразряд. При этом в вычислительном модуе бз формируется значение Уо = Уо ) = Уо + г 1 У, которое задерживается регистром 7 на один такт и подается на выход 91 устройства на шестом такте. Значения У и У 2 формируются аналогичным образом в соответствии с табл, 2 и 3 и выдаются соответственно на выходы 92 и 9 з устройства.Значение У формируется на выходе 91 устройства на (2 гпэх(Ро, Р) + 21)-м такте. В емя вычисления всех значений У ( = О.-1) устройством равно 2 гпах(Ро, Р 1) + 21-1 тактов. Период ввода элементов в поточном режиме для вычисления свертки равен двум тактам (в табл. 1, 2 и 3 приведены состояния регистров и триггеров в поточном режиме для вычисления свертки),Формула изобретения Устройстводля вычисления свертки,содержащее матрицухвычислительных модулей ирегистров ( = щах(Ро, Р);1, Ро и Р 1 - соответственно размерности вектора выходных отсчетов У, векторов весовых коэффициентов Й и г), причем 1-й информационный вход первой группы устройства (1 = 1, ) подключен к первому информационному входу (3, 1)-го вычислительного модуля матрицы, первый информационный вход(,ф-го вычислительного модуля матрицы Ц = 1, - 1) подключен к первому информационному выходу О + 1, 1) - го вычислительного модуля матрицы, (К 1) - й информационный вход второй группы устройства подключен к второму информационному входу (К 1) - го вычислительного модуля матрицы (М =- 1, ),второй информационный выход (1, и)го вычислительного модуля матрицы (1 = 23, гп = 1, 1-1) подключен к второму информационному входу (-.1, в+1) - го вычислительного модуля матрицы, М-й информационный вход третьей группы устройства подключен к третьему информационному входу (К 1)-го вычислительного модуля матрицы, третий информационный выход ф, в)-го вычислительного модуля матрицы подключен ктретьему информационному входу (К в+1) - го вычислительного модуля матрицы, синхровход устройства подключен к синхровходам всех вычислительных модулей матрицы и всех регистров, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью сокращенияаппаратурн ых затрат, устройство содержит1-1 групп элементов ИЛИ, причем первый5 информационный выход (1, 1) - го вычислительного модуля матрицы подключен к егочетвертому информационному входу, четвертый информационный выход О, 1) - го вычислительного модуля матрицы подключен10 к четвертому информационному входу 0+1,1) - го вычислительного модуля матрицы, четвертый информационный выход(1, 1) - го вычислительного модуля матрицы подключенк информационному входу- го регистра, вы 15 ход которого подключен к 1 - му выходу группы устройства, выходы в-го регистраподключены к первым входам элементовИЛИ гп - й группы, вторые входы и выходыкоторых подключены соответственно к (1,20 гп+1) - м информационным входам второйгруппы устройства и к вторым информационным входам (1, в+1) - го вычислительногомодуля матрицы, 1 - й настроечный вход устройства подключен к настроечному входу(К25 1) - го вычислительного модуля матрицы, настроечный выход (Е, в) - го вычислительногомодуля матрицы подключен к настроечномувходу (К гп+1)-го вычислительного модуляматрицы, причем каждый вычислительный30 модуль матрицы выполнен с возможностьюреализации функцииг+гЬг+3гг+ г35г 1 г+ гЬга =а +сЬ,если Ы=1,где а, Ь, с и б - значения на первом,втором, третьем и четвертом информацион 40 ных входах вычислительного модуля на г - мтакте;а , Ь", си б- значения на первом,втором, третьем и четвертом информационных выходах вычислительного модуля на г 45 мтакте;аг и Рг- значение на настроечных входе и выходе вычислительного модуля на г - мтакте соответственно.ф ьО Ь О О О Ю О О О О О О О О О О О й О й О й Олъ СЧО фО 4 О 41 О й О М О М О й 4 4 4Э Ю 3 Ю 3 Ю 1 л 1 т1 1 1 1 О1 1 1 Я 1 1го - о - о мо ы о о я о г 1м о С ла 1соо о К ю 4 а Э Е о хд аРЛ мд Г 4Дма ьГ 1сГ 1РС "О О О О О О 4 О 1 о о о о ооо О го н ооо гг ф- г- О г О О о О О 4 о о оо о о о о о о о о 4 Ю К Оч1 Х о о о о Э о З о ЗЗ й Э о О о 4 О О окооно ФФЧ 1- ггО О О м О ь 4 о 4 ы ооо ы о о О г фР 4 о Х н М 3 ь 3 н 3 н 3 н лСч г Й го -я о "и о и ооо м о ы 3 о 3 о Э о сО СЧ МО О Л СО Г