ГЕНЕРАТОР ФУНКЦИЙ УОЛША Российский патент 2006 года по МПК G06G7/26 G06F1/02 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к генераторам дискретных функций, и может быть использовано в аппаратуре сжатия информации в телевидении, многоканальной связи, телеметрии для представления в базисе Уолша различных сообщений и сигналов.

Известен генератор функций Уолша, содержащий генератор тактов, n-разрядный счетчик (2ⁿ - число генерируемых функций Уолша), n элементов И, n-входовый сумматор по модулю два, блок формирования номера функции Уолша и группу n-1 сумматоров по модулю два (см. авторское свидетельство СССР №1091145, кл. G 06 F 1/02, 1982 г.).

Однако этот генератор обладает существенной сложностью и ограниченным быстродействием из-за использования в его схеме инерционных элементов суммирования по модулю два.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является генератор функций Уолша, содержащий задающий генератор, регистр сдвига, регистр номера функции, элемент НЕ, элемент И и триггер, причем выход регистра номера функции подключен к параллельному информационному входу регистра сдвига, выход задающего генератора подключен к тактовому входу регистра сдвига и к входу элемента НЕ, выход элемента НЕ и последовательный выход регистра сдвига через элемент И подключены к счетному входу триггера (см. авторское свидетельство СССР №1076892, кл. G 06 F 1/02, 1982 г.).

Однако этот генератор обладает существенной сложностью, обусловленной большим числом разрядов в используемом регистре сдвига (2ⁿ-1 при 2ⁿ генерируемых функциях Уолша), поскольку каждый разряд регистра сдвига представляет собой триггер.

Целью изобретения является упрощение генератора функций Уолша посредством уменьшения числа триггеров, используемых в качестве разрядов регистра сдвига.

Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор функций Уолша, содержащий задающий генератор, регистр сдвига, регистр номера функции, элемент НЕ, элемент И и триггер, причем выход регистра номера функции подключен к параллельному информационному входу регистра сдвига, выход задающего генератора подключен к тактовому входу регистра сдвига и к входу элемента НЕ, выход элемента НЕ и последовательный выход регистра сдвига через элемент И подключены к счетному входу триггера, введены n-разрядный счетчик (где 2ⁿ - число генерируемых функций Уолша) и дополнительный элемент И, причем регистр сдвига замкнут в кольцо цепью обратной связи через дополнительный элемент И, второй вход которого подключен к выходу старшего разряда счетчика, счетный выход которого подключен к выходу задающего генератора.

На фиг.1 представлена структурная схема генератора функций Уолша, на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования генератором функции Wal (5, θ), на фиг.3 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования генератором функции Wal (6, θ).

Генератор функций Уолша содержит задающий генератор 1, элемент НЕ 2, регистр 3 сдвига, регистр 4 номера функции, элемент И 5, триггер 6, n-разрядный счетчик 7 и дополнительный элемент И 8.

Генератор функций Уолша работает следующим образом.

Двоичный код номера функций Уолша, который должен быть записан в регистре 3 сдвига, определяется следующими таблицами:

Матрица, строками которой являются двоичные коды номеров функций Уолша, симметрична относительно столбца с порядковым номером 2^n-1, помеченного в таблицах стрелкой. Следовательно, начальные условия для моделирования нужной функции Уолша можно задать, записав в регистре 3 сдвига не весь двоичный код номера функции, а только символы 2^n-1, и следующие за ним по порядку в строке, соответствующей номеру нужной функции. Количество этих символов равно 2^n-1.

Число этих символов равно числу разрядов в регистре 3 сдвига. Перед началом работы старший разряд n-разрядного счетчика 7 должен быть установлен в единичное состояние, а остальные разряды - в нулевое состояние, триггер 6 должен быть установлен в единичное состояние.

Кодовая комбинация, представляющая собой усеченный код, имеющий число разрядов в два раза меньше, чем полный двоичный код номера функции Уолша (см. таблицы 1, 2, 3), переписывается из регистра 4 номера функции в регистр 3 сдвига.

Например, для случая N=16 при формировании функции с порядковым номером 7 в прототипе (см. авторское свидетельство СССР №1076892, кл. G 06 F 1/02, 1982 г.) используется регистр сдвига 3, имеющий 15 разрядов (триггеров) для записи двоичного кода номера функции Уолша 010101010101010. А в предлагаемом генераторе для формирования этой же функции используется регистр сдвига 3, имеющий всего 8 разрядов (триггеров) для записи усеченного двоичного кода номера функции Уолша 10101010 (см. таблицу 3).

Под воздействием тактовой частоты, поступающей с выхода задающего генератора 1 на тактовый вход регистра 3 сдвига, информация, записанная в нем, сдвигается и поступает на один из входов элемента И 5, на второй вход которого поступает инвертированный сигнал тактовой частоты. Информация с выхода регистра 3 сдвига поступает также на один из входов дополнительного элемента И 8, на второй вход которого поступает единичный потенциал с выхода старшего разряда счетчика 7. Информация с выхода дополнительного элемента И 8 будет поступать на вход регистра 3 сдвига до тех пор, пока старший разряд счетчика 7 будет находиться в единичном состоянии. Поскольку счетчик 7 имеет n разрядов, причем перед началом его работы в его старшем разряде была записана «1», то это произойдет через 2^n-1 тактов работы задающего генератора 1. Таким образом, в регистр 3 сдвига по цепи обратной связи запишутся 2^n-1-1 символов, вышедших из него, и, следовательно, они повторно поступят на вход элемента И 5, то есть на вход элемента И 5 в итоге поступит не усеченный, а полный код номера функции Уолша.

Напряжение на выходе элемента И 5 оказывается стробированным, причем на каждый двоичный интервал минимальной длительности приходится по одному стробу, а длительность каждого строба равна половине длительности тактового интервала. Сигналы с входа элемента И 5 поступают на счетный вход триггера 6, предварительно установленного в одиночное состояние. Моменты появления логических единиц на выходе элемента И 5 соответствуют моментам перемен знака генерируемой функции Уолша, поэтому на выходе триггера 6 оказывается сформированной соответствующая функции Уолша.

На фиг.2 и фиг.3 представлены диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования функций Wal (5, θ) и Wal (6, θ).

На диаграммах показано временное состояние выходов:

а) задающего генератора 1;

б) элемента НЕ 2;

в) старшего разряда счетчика 7;

г) регистра 3 сдвига;

д) дополнительного элемента И 8;

е) элемента И 5;

ж) триггера 6.

В предлагаемом генераторе функции Уолша число разрядов в регистре 3 сдвига равно 2^n-1, а число разрядов в счетчике 7 равно n, тогда общее число разрядов:

N₁=2^n-1+n.

В прототипе число разрядов в регистре 3 сдвига равно:

N₂=2ⁿ-1.

Таким образом, схема предлагаемого генератора функций Уолша содержит значительно меньше, чем прототип, число триггеров (разрядов регистра 3 сдвига и счетчика 7). Выигрыш в числе триггеров составляет:

N₂-N₁=2ⁿ-1-(2^n-1+n)=2^n-1(2-1)-1-n=2^n-1-n-1.

В таблице 4 представлены расчеты числа триггеров, входящих в состав регистра 3 сдвига и счетчика 7 предлагаемого генератора функций Уолша и прототипа для различного числа формируемых функций N=2ⁿ.

Таблица 4Используемая схемаКоличество триггеров для различного числа генерируемых функций Уолша1632641282565121024Прототип1531631272555111023Предлагаемый генератор12213871136265522

В предлагаемом генераторе обеспечивается выигрыш в числе триггеров, используемых для построения регистра 3 сдвига и счетчика 7 по сравнению с прототипом для варианта, формирующего 16 функций Уолша - 20%, для формирующего 128 функций 44%, для формирующего 1024 функции - 49%.

При увеличении числа N=2ⁿ формируемых функций Уолша выигрыш увеличивается и в пределе равен 50%.

Использование изобретения позволяет существенно упростить устройство генератора функций Уолша посредством уменьшения числа триггеров, используемых в качестве разрядов регистра сдвига.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в аппаратуре сжатия информации в телевидении, многоканальной связи, телеметрии для представления в базисе Уолша различных сообщений и сигналов. Достигаемый технический результат - упрощение генератора посредством уменьшения числа триггеров, используемых в качестве разрядов регистра сдвига. Генератор содержит задающий генератор, элемент НЕ, регистр сдвига, регистр номера функции, элемент И, триггер, n-разрядный счетчик и дополнительный элемент И. 3 ил., 4 табл.

Генератор функций Уолша, содержащий задающий генератор, регистр сдвига, регистр номера функции, элемент НЕ, элемент И и триггер, причем выход регистра номера функции подключен к параллельному информационному входу регистра сдвига, выход задающего генератора подключен к тактовому входу регистра сдвига и к входу элемента НЕ, выход элемента НЕ и последовательный выход регистра сдвига через элемент И подключены к счетному входу триггера, отличающийся тем, что, с целью упрощения генератора посредством уменьшения числа триггеров, используемых в качестве рязрядов регистра сдвига, в него введены n - разрядный счетчик, где 2ⁿ - число генерируемых функций Уолша, и дополнительный элемент И, причем регистр сдвига замкнут в кольцо цепью обратной связи через дополнительный элемент И, второй вход которого подключен к выходу старшего разряда счетчика, счетный вход которого подключен к выходу задающего генератора.