Устройство для вычисления коэффициентов Фурье Советский патент 1985 года по МПК G06F17/14 

.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов в реальном масштабе временио .

Uejib изобретения - повьшение точности вычислений.

На чертеже приведена схема устройства для вьиисления коэффициентов Фурье.

Устройство содержит регистр 1 (действительной и мнимой частей входных операндов), мультиплексор 2 (действительной и мнимой частей входных операндов), арифметический блок 3, блок 4 постоянной памяти коэффициентов, преобразователи 5 и 6 дополнительного кода в прямой блок. 7 постоянный памяти, элемент ИЛИ 8, регистры 9 и 10, счетчик 11 и регистр 12.

Арифметический блок 3 выполнен, как в известном устройстве, и соетоит из последовательно соединенных умножителя и накапливающего сумматора.

Устройствораоотает с числами, представленными с фиксированной запятой. Для исключения переполнения используется алгоритм условняго масштабирования, при котор ом на каждой итерации производится оценка величины модуля комплексных операндов на выходе арифметического блока Если хотя один операнд имеет модуль больше или равный 0,5, то на следующей итерации производится сдвиг входных операндов на один разряд вправо. Если операнды имеют модули меньше 0,25, то производится сдвиг всех входных операндов на один разряд влево Если все операнды имеют модули меньше 0,5, но имеется хотя бы один операнд,модуль которого больш или равен 0,25, то входные операнды поступают на вход арифметического блока без сдвига. При выполнении этих условий обеспечивается работа арифметического блока без переполнения..

Как известно, модуль комплексного 55 числа определяется выражением

/А,/ 4(Vi) (ImA;)

где А, - комплексное число; КдА- - действительная часть чисС 1

ла А,; I А- - мнимая часть числа А.

Из анализа этого выражения видно что при значении 0,5 модул комплексного числа А,- 0,5 независимо от значения I При значении 0,5. модуль комплексного числа ,5 независимо от значения RgA,. При других значениях и выполнение неравенства 0,5 зависит как от значений реальной, так и мнимой частей комплексного числа.

. С целью экономии оборудования оценка величины модуля комплексного числа производится приближенно по анализу К старших разрядов действительной и мнимой частей числа.

При К 5 устройство работает следующим образом.

В исходном положении все регистры поставлены в ноль. В счетчик 11 записьшается код, равный (), где N - размер отрабатываемого массива. Значение численно равно числу итерации алгоритма БПФ. На управляющий вход мультиплексора 2 подан нулевой потенциал, что способствует сдвигу всех операндов на пер вой итерации на один разряд вправо. Операнды, участвующие в вычислениях в соответствующей последовательности, необходимой для алгоритма БПФ, через регистр 1 операндов подаются на вход мультиплексора 2, сдвигаются на нем на один разряд вправо и поступают- на первый вход арифметического блока 3. На второй вход блока поступают весовые коэффициенты из .блока 4. В арифметическом блоке 3 производятся вычисления в соответствии с алгоритмом базовой операции БПФ. На выходе блока 3 производится оценка величины модуля операндов, вычисленных на текущей итерации. Вначале с помощью преобразователей 5 и 6 производится преобразование их в прямой код, что позволяет сократит объем блока ПЗУ/. Длк этого на управляющие входы преобразователей 5 и 6 подключены знаковые разряды соответственно действительной и мнимой частей операнда. При единичном значении знакового разряда производится инвертирование кодов мантиссы, поданных на вход преобразователей 5

3

или 6. При нулевом значении знакового разряда производится передача кода мантиссы без инвертирования. С выхода преобразователей 5 и 6 старшие разряды мантиссы действительной и мнимой частей, имеющие модуль 0,5, заводятся непосредственно на вхоДы элемента 6, выход которого поступает на вход старшего разряда регистра 9.

Остальные четыре разряда преобразователей 5 и 6 заведены на адресные, входы, блока If Ь первТьй разряд блока 7 по адресам, которые соответствуют кодам мантисс действительной и мнимой частей числа, у которых модуль больше или равен 0,5, записан код 1, а по остальным адресам - код О. Во второй разряд блока 7 по соответствующим адресам, при которых модуль меньше 0,5, записан код 1, а по остальным адресам код О.

В третий разряд блока 7 по соответствующим адресам, при которых модуль комплексного числа меньше 0,25, записан код 1, а по остальным адресам код О. С выхода блока 7 второй и разряды заведены на вход регистра 9, причем регистр 9 построен так, что в случае установки в единичное состояние старого разряда происходит установка в нуле68967 4

вое состояние всех младших по отношению к нему разрядов.

Таким образом, за время текущей итерации в регистре могут быть 5 установлены следующие коды: 100 или 010 или 001. По окончании первой итерации содержимое регистра 9 переписьгоается в регистр 10 и затем регистр 9 обнуляется. Регистр 10 управ0 ляет входами мультиплексора 2. При наличии в регистре 10 кода 100 происходит сдвиг входной последовательности на один разряд вправо и вычитание единицы из счетчика 11.

t5 При наличии в регистре 10 кода 010 происходит передача входной последовательнбсти без сдвига и состояние счетчика не меняется. При наличии в регистре 10 кода 001 происходит сдвиг

20 входной последовательности на один разряд вправо (в сторону старших разрядов) и к содержимому счетчика i Ю добавляется единица.Далее этотпроцесс повторяетсяна казвдойитерации,

25 На последней итерации содержимое счетчика 11 переписывается в регистр 12. После завершения вычислений по алгоритму БПФ в регистре 12 находится код, значения которого соответствуют масштабу вычисленного спектра Этот код передается в устройство последуняцей обработки, где учитывается при дальнейших вычислениях.

/XL

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОР ФУРЬЕ, содержащее первый регистр, элемент ИЛИ, выход которого подключен к входу старшего разряда второго регистра, информационный выход которого подключен к информационному входу третьего регистра, блок постоянной памят коэффициентов, информационный выход которого подключен к входу задания коэффициентов арифметического блока, выходы реальной и мнимой частей операндов которого являются выходами соответственно реальной и мнимой частей операндов устройства, а информационный вход первого регистра является информационным входом устройства, отличающееся тем что, с целью повышения точности, в него введены мультиплексор, четвертый регистр, счетчик, блок ПОСТОЯННЕЙ памяти и первый и второй ВСЕСОЮЗ 9й |3 lAtiviT.;-;-; |R TE iCOrinCHAh БМБЛ00Ш(А преобразователи дополнительного кода в прямой, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам кода адреса блока постоянной памяти, выходы разрядов которого соответственно подключены к группе входов элементов ИЛИ и разрядам второго регистра, информационный выкод которого подключен к информационному входу счетчика, информационный выход которого подключен к информационному входу четвертого регистра, информационный выход которого является выходом масштабного коэффициента устройства, причем выход -го разряда (i« 1,m,m- разрядность) первого регистра подклюсл чен к (i-1)t, (i+1)-M информационным входам мультиплексора, выход которого подключен к входу задания операндов арифметического блока, выходы реальной и мнимой частей операндов которого подключены к входам соответственно первого и второго О5 преобразователей дополнительного 00 кода в прямой, выходы старшиз рядов которых подключены соответст-. О5 венно к первому и второму входам элемента ИЛИ, информационный выход « третьего регистра подключен х управ|ляющему входу мультиплексора.

1Z

/I

ВымЬ J- и

lU

Ф Ф

Ю

5