Устройство для вычисления свертки Советский патент 1990 года по МПК G06F17/16 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в специализированньгх вычислительных машинах и устройствах цифровой обработки сигналов для вычисления свертки, определяемой рекурсивным .алгоритмом.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет вычисления свертки по рекурсивному алгоритму.

На фиг,1 представлена структурная схема устройства для вычисления свертки для случая , Р, с потоками входных и выходных данных; на фиг,2 - функциональная схема

(i,j)-ro вычислительного модуля; на фиг.З - схема (К,j)-го вычислительного модуля,(i 2, 1, j 1,1; К Р, + 2, Р, ,+ Р, + 1; РО, Р, - размерности векторов весовых коэффициентов г ,HW, I - размерность выходного вектора); на фиг.4 - картина распространения вычислительных фронтов устройства; на фиг.5 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство дпя вычисления свертки (фиг.1) содержит первую группу инт формационных входов 1, вторую группу информационных входов 2, третью группу информационных входов 3, четвертую группу информационных входов

сл

СХ)

сл

со

4, пятую группу информационных входов 5, синхровход 6, регистры 7, вычислительные модули 8 и 9, группу выходов 10 устройства.

(i.j)-и вычислительный модуль (фиг.2) содержит первый 11, второй 12 и третий 13 информационные вхо- дь, синхровход 14, регистры 15-17, умножитель 18, сумматор 19, первый 20, второй 21 и третий 22 выходы.

(К,)-й вычислительный модуль содержит первьш 23, второй 24 и тре тий 25 информационные входы, синхровход 26, регистры 27-30, умножитель 31, сумматор 32, первьй выход 33, второй выход 34, третий выход 35.

В основу работы устройства положен рекурсивный алгоритм вычисления свертки, который задан рекур- рентными соотношениями для ,1-1

уН1 п Y i 0

Y.P (f-n +Шр. , р 0,

ЧР1

(р-1) - ,-Р -РО-Р,Р

р Р„, РО + Р - 1

(

Y. Y- 1 1

При описании работы устройства в обозначении в скобках указывается номер i-ro рекуррентного шага, а в обозначении Y номер i указьтает номер такта работы устройства.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии регистры 15-17, 27-30 устанавливаются в нулевое состояние.

Рассмотрим работу устройства при вычислении свертки для входного вектора X (1,5) и начальных значений Y (1,2).

у(0 Y ( 0 О

0

5

0

5

0

0

На первом такте на вход 2;, подается элемент х

-t

При этом в вычислительном модуле 95-7 формируется значение Y У н + x.W(, на втором такте на входы 2 и 2g2 подаются соответственно элементы х их,. При этом в вычислительном модуле 9 , формируется значение Y , в вычислительном модуле 9/;-- значение

.а;,х,.

На третьем такте в вычислитель- значение

,, в вычислительном модуле 9jj, формируется значение

YV + iXoНа чертвертом такте на вход 2, подается значение элемента х. При этом в вычислительном модуле В,, формируется значение + i У-t j в вычислительном модуле 42 - значение , . в

ном модуле формируется

У Ч) + г.у .. в вычи.

т вычислительном модуле 9 / .

ние Y V ,- значеНа пятом такте с выхода регистра 7, значение Y (, подается на выход устройства 10,, в вычислительном модуле Bjj формируется значение 1 Y , + в вычислительном модуле 9 JJ - значение + +W.,.

На последующих тактах аналогичным образом формируются остальные элементы Y. (i 2, 1-1). Картина распространения вычислительных фронтов показана на фиг.4, временные диаграммы работы устройства на фиг.5.

Период ввода соответствующих элементов очередного входного вектора x(l,q) равен одному такту работы устройства.

45

Формула изобретения

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ И МОЖЕТ БЫТЬ ИСПОЛЬЗОВАНО В СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ И УСТРОЙСТВАХ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ. ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ - РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УСТРОЙСТВА ЗА СЧЕТ ВЫЧИСЛЕНИЯ СВЕРТКИ ПО РЕКУРСИВНОМУ АЛГОРИТМУ. УСТРОЙСТВО СОДЕРЖИТ МАТРИЦЫ P 0 . J ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ (J, P 0 - РАЗМЕРНОСТИ СООТВЕТСТВЕННО ВЫХОДНОГО ВЕКТОРА Y, ВЕКТОРА ВЕСОВЫХ КОЭФФИЦИЕНТОВ Ω) И J РЕГИСТРОВ. В ОСНОВУ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ПОЛОЖЕН АЛГОРИТМ ВЫЧИСЛЕНИЯ СВЕРТКИ, КОТОРЫЙ ЗАДАН РЕКУРРЕНТНЫМИ СООТНОШЕНИЯМИ Y (-1) = 0, Y (P) = Y (P-1) + ΩP XI - P, P = 0, P 0 - 1, Y (P) = Y (P-1) + RP 0+P 1-P Y I-P 0- P 1-P 1P = P 0, D 1+P 1-1, YI = YI(P 0+P 1-1). ОСОБЕННОСТЯМИ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ЯВЛЯЕТСЯ ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОТОЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ. ВРЕМЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СВЕРТКИ ДЛЯ L ВХОДНЫХ ВЕКТОРОВ X(L 1P 0 + J - 1), ГДЕ /P 0 + J - 1/ - РАЗМЕРНОСТЬ ВХОДНОГО ВЕКТОРА /X/P 0 + J - 1/, РАВНО P 0 + P 1 + 2J + L - 2 ТАКТОВ. 5 ИЛ.

На входы 1j, 1 j и 1 5 постоянно подаются нулевые значения, на входы 3, ЗУ и 3 постоянно подаются соответственно значения элементов си,, со, и , на входы 4 и 4, постоянно подаются соответственно значения эле ментов г, и r.j.

На нулевом такте на вход 2.. пода ется элемент х. При этом в вычисли тельном модуле 9 , формируется значе

f

ние

Устройство для вых исления свертки, содержащее матрицу Р х I (Р,, I размерности соответственно вектора SO- фвесовых коэффициентов w и выходного

вектора у) вычислительных модулей, причем первый информационный вход ()-ro вычислительного модуля подключен к первому выходу (i,j-1)-ro - вычислительного модуля (i ,+ 2, 1. J 27Г; Р, - размерность вектора весовых коэффициентов г), второй информационный вход

Xl/X(t5)

22

16

19

1$

20

Л

21

и

Фиг г

Фиг.З

5 5 7 8 е

|1

Ъ

XN

Л

8ц

ЧЛ

1

;з

1

822

В:

SA

у «/Zf

N л оу

-- «37 °32 Л

823

7 Г

8

33

3i(2

Л

t

Л

V/

л

КЖ

%г

о1УдУ

W л

9б1

62

363

ГхЛрАТ л J

Фиг. 4