Устройство для вычисления коэффициентов Фурье Советский патент 1984 года по МПК G06F17/14 

выходы регистров действительной и мнимой частей второго операнда подключены к вторым входам второго и пе вого коммутаторов соответственно, выход первого коммутатора подключен к второму входу второго умножителяS а выход второго коммутатора - к второму входу четвертого умкожлт еля первые входы третьего и четвертого коммутаторов объединены и являются входом взвешивающей функции окна устройства, вторые входы третьего и четвертого коммутаторов являются 04 соответственно входалч-т )ствительной и мп1-;мой частей тригонометрического коэффи1ще)та устройства, а выходы третьего и четвертого коь мутаторо з подключены к входам регистров деист-вительной и нимой частей тригонометри еского коэффициента, выход первого регистра сброса г;одключен к вторы -; входам третьего и четвертого сумматоров, а вькод второго регистра сброса - к вторьм входам пятого и шестого суг-гмато ров.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОЭФдаЦИЕНТОВ ФУРЬЕ, содержащее блоки сдвига действительной и мнимой частей первого и второго операндов, регистры действительной и мнимой частей первого, второго операндов и тригонометрического коэффициента, четыре умножителя, четыре промежуточных регистра, шесть сумматоров, блок управления сдвигами, четьфе выходных регистра, причем информащюнные входы блоков сдвига действительной и мнимой Частей первого и второго операндов являются входами устройства, а их входы подключены соответственно к входам регистров действительной и мнимой частей первого и второго операндов, выход регистра действительной части тригонометрического коэффициента подключен к первым входам первого и третьего умножителей, а выход регистра мни- . мой части тригонометрического коэффициента - к перовым входам второго и четвертого умножителей, выходы регистров действительной и мнимой части второго операнда подключены к вторым входам первого и третьего умножителей соответственно, выходы умножителей подключены к входам соответствующих промежуточных регистров, выходы первого и второго промежуточных регистров подключены ко входам первого сумматора, а выходы третьего и четвертого промежуточньк регистров - к входам второго сумматора, -выход первого сумматора подключен к первым входам третьего и четвертого сумматоров, а выход второго сумматора - к первым входам пятого и шестого сумматоров, выходы третьего, четвертого, пятого и шестого сумматоров подключены к входам соответствующих выходных регистров, выходы которых являются выходами результата устройства, и к входам блока управления сдвигами, выход которого является выходом масштабного коэффициента устройства и подключен к управляющим входам блока CD сдвига действительной и мнимой части сх первого и второго операндов, о т л и ч а ю щ е е с я тем что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, состоящего в возможности умножения исходного массива данных на взвешивающую функцию окна, оно содержит четыре коммутатора и два регистра сброса, причем выход регистра действительной части первого операнда подключен к входу первого регистра сброса и первому ВХОДУ первого коммутатора, выход регистра миимой части первого операнда - к входу второго регистра сброса и первому входу второго коммутатора.

Изобретение относится к , автомат ке и вычислительной технике и может быть использовано для построения вычислительных устройств, использующих алгоритм быстрого преобразования Фурье.

Известно устройство для вычисления коэффициентов Фурье, содержащее блоки умнолсения, суммир пощие блоки,, регистры действительной и мнимой частей one рандов и весового коэ(Ь{рнциентаз а также буферное и постоянное запоминающие устройства Г 1 .

Недостатком этого устройства явля-ется низкое быстродействие, обуспов-ленное тем, что все операции выполняются последовательно по кере поступления разрядов чисел5 участвуюи их в данном вычислении.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вь числения коэффищ-jeHTOB Фурье, содержащее блоки сдвига действительной и мниьой час-тей операндов, регистры действит&пь-ной и мнимой частей операг-здов и триго нометрического коэффициента четьфе умножителя, четыре промелсуточных регистра, шесть сумматоров, блок упразлния сдвигами, четыре выходных, регистра 2.

Недостатка№{ известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, поскольку в нем невозможно осуществить умножение исходнего массива данных на взвенивающую функцию окна.

женин 13СКОДПОГО масс;тва данных -а ззвешивающую |Ьуккцию окна

При этом у1-и иьи ается размь;ванне спектральных cocTaBjTHroiuHx., повышается эффективность обнаруясспия гарм м1ческ11У. curnajiOB в илфокогголо1;ок шуме и при );али;И11 интенсив-ных гармонических покех близкой час--.готы.

Поставленная г.;ель достигается гем, Что - стройство для .леиия -коэффициентов Фурье, с одержан ее блоки сдвига действительной и мнимо частей псрзого л 1зторого операндов регистры дейс..нытельной и мнимой частей первого, в-гпрого операндов и тpIlro;io к;тpнчt.;cк.or-o коэффицие1 та , четыре уг-1нон;илеля. четыре п-ромежугочных регистра, тесто суг.;.лторов., блок управления сдвигами, -чатыре выходных periiCipa,, причем информационные liKOfJU блоков СДВИГ.2 дейстзИтельной к ;vuKKon частей первого н второго операндов являются входам устройстваJ а их выходы подключены соочветствептьо ко входам регистров действительпон к мнимой частей первого и второго операндов, регистра действительной части тригонометришского ко.эффиа-гено-а подк.пгсчен к первым входам п.ервого г-; третьего умножпслей; а оькод регист1за мнимой части трнгоиометрнч-аского коэффициента - к первым входам второго и четвертого умножителей, выходы регистров действительной и мнимой части второго операнда подключены к вторым входам первого и третьего ум ножителей соответственно, выходы умножителей подключены ко входам соответствующих промежуточных регистров, выходы первого и второго промежуточнь х регистров подключены ко входам первого сумматора, а вьгхо ды третьего и четвертого промежуточ ных регистров - ко входам второго сумматора, выход первого сумматора подключен к первым входам третьего и четвертого сумматоров, а выход второго сумматора - к первым входам пятого и шестого сумматоров, выходы третьего, четвертого, пятого и шестого сумматоров подключены ко входа соответствуюпщх выходных регистров, выходы которых являются выходами результата устройства, и ко входам блока управления сдвигами, выход ко торого является выходом масштабног коэффищ-гента устройства и подключен к управляющим входам блоков сдвига действительной и мнимой части первого и второго операндов, содержит четыре коммутртора и два регистра сброса, причеь выход регистра дейст вительной части первого операнда подключен ко входу первого регистра сброса и первому входу первого ком мутатора, выход регистра мнимой части первого операнда - ко входу второго регистра сброса и первому входу второго коммутатора, выходы р гистров действительной и мнимой частей второго операнда подключены ко вторым входам второго и первого коммутаторов соответственно, выход первогр коммутатора подключен ко второму входу второго умножителя, а выход второго коммутатора - ко второму входу четвертого умножителя первые входы третьего м четвертого коммутаторов объединены и являются входом взвешивающей функции окна устройства, вторые входы третьего и четвертого коммутаторов являются соответственно входами действительн и мнимой частей тригонометрического коэффициента устройства, а выходы третьего и четвертого коммутаторов подключены ко входам регистров действительной и мнимой частей тригонометрического коэффициента, выход первого регистра сброса подключен ко вторым входам третьего и четнертого сумматоров, а выход второго регистра сброса - ко BTOptiM входам пятого и шестого сумматоров. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для вычисления коэффициентов Фурьер на фиг.2 возможный вариант конструктивной реализации блока управления сдвигами. Устройство содержит блоки сдвига 1-4, регистры 5-8 действительных и мнимых частей первого и второго операндов, коммутаторы 9-12, регистры 13 и 14 действительной и мнимой частей . тригонометрического коэффициента, умножители 15-18, регистры 19 и 20 сброса, промежуточные регистры 21-24, сумматоры 25-30, блок управления сдвигами 31, выходные регистры 32-35. В состав блока управления сдвигами 31 (фиг. 2) входят схемы сравнения 36-39, элемент ИЛИ 40, триггер 41, элемент ИЛИ 42, триггеры 43-45, элемент задержки 46, элементы И 47, 48, счетчик 49, элемент ИЛИ 50. Алгоритм работы устройства описывается следующими выражениями: Ai4,,(j) Ai(j) + Ai(V) W... Ai-,(t) A,(j) - А-(Ю iJ/ , где A;(j), (k) и W - комплексные числа. Или: ReA;,(j|--Re (J)(() (.(. (e( п,1()(()ReW Гак как значение реальной части комплексного тригонометрического коэффициента на первой итерации равно динице (RgW 1), а мнимой - нулю ( 9), то имеем: Mt.i(il ( .,(jl, ,()Re(il-Pe W ((|-Jm() Из (3) следует, что умножение операндов RgA,-(l.) и (k) на можно не производить и заменить его умножением операндов RpA,(j), (j), RjA(k), .(1) на значения извешивающей функции окна, используя для этой цели умножители 15-18. Устройство .работает следующим образом, Подлежащие обработке комплексные операнды A.(.j) и A(ft) через блок сдвига 1-4 записываются в соответствующие регистры 5-8. Действительн И мнимая части каждого числа записываются в отдельные регистры. На первой итерации действительная и мнимая части комплексного чис A(j) с выходов регистров 5 и 6 пос пают на входы., регистров сброса 19, 20 и через коммутаторы 9 и 10 - на входы умножителей 16 и 18. Через коммутаторы11 и 12 в регистры 13 и 14 записываются значения взвешивающей функции окна Q, поступающие извне (например, из ПЗУ). Прохождение информации, поступающей на втор входы коммутаторов 9 и 10 с выходов регистров 7 и В, запрещается. На выходах умножителей 15-18 одповременно формируются четыре частичных произведения RgA,-(1)Q, ReA.(j)Q, .(I)Q, .(j)Q, которые переписываются в промежуточные регистры 21-24. С выходов регистров 21-24 частичные произведения поступают ка-входы сумматоров 25 и 26, на выходах которых формируются значения, равные суммам: SgAj,/j) ReA(j)Q + . г лf т л , т It ft.r ,4i(j) ,(j)Q + ,.(k)Q. Полученные суммы (4) поступают на вторые входы сумматоров 27-30, где суммируются с нулями, поступаюЕр1ми с выходов обнуленных регистров сбро са 19 и 20. С выходов сумматоров 27 и 28 информация записьшается в вькодные регистры 32 и 33 и являетс конечным результатом вычисления комплексных операндов A-(j) на пер -вой итерации. Затем сумматоры 25 и 26 устанавливаются в режим вычитани и на их выходах формируются значени операндов А;4(), равные разностям ReA,.,,(1) ReA;(j)Q - ReA-(1)Q, Vui(l) V, -ImA()Q, которые поступают на вторые входы сумматоров 27-30, где суммируются с нулями, поступающими с выходов об нуленных регистров сброса 19 и 20, с выходов сумматоров 29 и 30 информация записывается в выходные регистры 34, 35 и является конечным результатом вычисления комплексных операндов A;j(k) на первой итерации. На последующих итерациях вычис-ления коэффициентов Фурье коммутаторы 9 и 10 разрешают прохождение операндов ), RgA,-(1c) на входы умножителей 16 и 18, коммутаторы 11 и 12 разрешают прохождение значений комплексного тригонометрического коэффициента W на входы регистров 13 и 14, действительная и мнимая части операнда A)(j) с выходов регистров 5 и 6 переписываются в регистры 19, 20 и устройство работает в соответствии с алгоритмом, представленным выражениями (1). Для достижения максимальной точности вычислений и исключения переполнения разрядной сетки осуществляется автоматическое масштабированне операндов и результатов вычислений. Операнды, поступающие на входы регистров 5-8, масштабированы при помощи сдвига в блоках 1-4 так что )| , (,(1.)|,lReA(j)| , jl A.j(j}l не превыюа.ет 1/2. В процессе формирования сумм Re(;A;(,A5(K)R,W-V.(, mPiW Vi e eAi)mW на выходах сумматоров 25 и 26, может получиться, что I Rp А (1)W --гили (1) --j но переполнение разрядной сетки не произойдет. При формировании сумм (1) в сумматорах 27 - 30 возможно переполнение разрядной сетки. Чтобы при этом не произошла цотеря информации, в сумматорах 27-30 и регистрах 32-35 содержится дополнительный разряд, фиксируюпяй переполнение. Значения .„ , .. , 1т )} , 1 т л V 41 nr-lt-i- ( j--tnAj+jU l а также сигнал о наличии или отсутствии переполнения поступают в блок управления сдвигами 31. Проверка условий | ) , il.,,(k) , |ReA.,(j)i , I I|.j+(j)| f/2 осуществляется с помощью схем сравнения 36-39 и элемента ИЛИ 40, а результат проверки фиксируется в триггере 41. С помощью элемента ИЛИ 42 и триггера 43 фиксируется переполнение разрядной сетки о хотя бы в одном из сумматоров 27 30. Сигналом конец итерации состоя710980048

ние триггеров 41, 43 переписываетсяИ 47 и 48 формируется один из сигнА

в триггеры 44 и 45. Через время, оп-лов для управления сдвигами в блоках

ределенное задержкой элемента 46, ,1-4; О сдвигов,1 сдвиг, 2 сдвитриггеры 41 и 43 срабатывают в исход-га. Количество сдвигов в процессе

ное состояние, а по состоянию триг- jБПФ регистрируется счетчиком 49 и

.геров 44. и 45 при помощи Элементовсоставляет масштабный коэффициент.