Устройство для вычисления спектрафуНКций уОлшА Советский патент 1981 года по МПК G06F17/14 G01R23/16 

1

Изобретение отнрсится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при построении специализированных процессоров для спектрального анализа случайнЕЛх процессов методом промежуточного предстваления процесса в системе функций Уолша, цифровых систем связи, систем автоматизированного ринтеза сложных структурных элементов цифровой техники методом спектрального отображения в базисе Уолша, аппаратуры распознавания и имитации образов, а также при создании диагностической аппаратуры для систем и устройств, работающих в базисе функций Уолша.

Известно устройство для спектралного анализа, содержащее три блока памяти, коммутатор, блок задания тригонометрических функций, операционный блок, выполненный в виде сумматоров и умножителей, блок инверсной перестановки, регшизующее вычисления методом быстрого преобразования Фурье til.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является .устройство для вычисления спектра функций Уолша, содержащее

сумматор по модулю два, дешифратор, блок памяти, блок умножения, счетчик, элементы И, блок синхронизации и, кроме того, сумматор, делитель частоты, аналого-цифровой преобразова.тель 2 .

Недостатком известных устройств является низкое быстродействие при анализе спектра функций Уолша, заoданных своими номерами.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройства для вычисления спектра функций Уолша.

Поставленная цель достигается , тем, что устройстводля вычисления

5 спектра функций Уолша, «Содержащее сумматор по модулю два, дешифратор, блок памяти, блок умножения, счетчик, первый и второй элементы И,, блок синхронизации, причем первый

0 вход дешифратора подключен к выходу первого элемента И и входу управления запуском блока оинхронизации, второй вход дешифратора - к выходу

5 счетчика и ко входу второго элемента И, выход дешифратора подключен к адресному входу блока памяти, выход блока подключен ко входу блока умножения, выход второго элемента И - ко входу управления оста-,

.новом блока синхронизации, первый выход которого подключен ко входу счетчика и синхронизирующему входу блока умножения, второй выход блока синхронизации подключен к установочному входу счетчика, а третий выход -г к управляющему входу блока памяти, выходы логического блока и блока умножения являются выходами устройства, содержащий регистр, блок формирования кода Грея , первый и второй регистры сдвига, причем вход регистра является входо устройства, а выход подключен ко входу блока формирования кода Грея, выход младшего разряда которого является выходом устройства, а выхо .всех разрядов подключены ко входам сумматора по модулю два и первого регистра сдвига, выходы которого поключены ко входам первого элемента а выход младшего разряда - к третьему входу дешифратора, выходы разряд второго регистра сдвига подключены к четвертому входу дешифратора, установочные входы первого и второг регистров сдвига подключены к первому выходу блока синхронизации, а входы синхронизации сдвига - к четвертому выходу блока синхронизации.

Функциональная схема устройства для вычисления спектра функций Уолша представлена на чертеже.

Устройство содержит регистр 1, блок 2 формирования кода Грея, сумматор 3 по модулю два, первый 4 и второй 5 регистры сдвига, элементы И 6,7, дешифратор 8, счетчик 9, блок 10 памяти, блок И синхронизации, блок 12 умножения.

В основу работы устройства положены следующие математические соотношения. Любую функцию Уолша можно представить в виде произведения функций Радемахера

aJof(rx) (x)

где R (х) 5osii - i-ая функция Радемахера; д;, - i-ый разряд кода Грея от номера-.Z функции Уолша. Спектр функции Радемахера (,2,...,mp

равен

ФзМ}-Зв4 аГвПоо., (1)

где ,2,...,N, Sa- символ функции отсчетов (sin х)/х. Выражение (1) имеет особый случай для k 1, меняя Злак на противоположный. Спектр Z -ой функции Уолша определяется как свертка спектров соответствующих функций Радемахера знак и признак,

действительной

,FJu)aKr,x) или мнимой величины.

)- И

.(

TDk

где S - максимальный номер функции Радемахера в структуре данной функции Уолша; параметр S определяется как разность Z-S множества ,2,...,mj и номеров S функций Радемахера из структуры 2-ой функции Уолша;

знак и признак

/действительной ;л1 f- ЧИЛИ МНИМОЙ ве- /

личины

0

где oi- количество функций Радемахера в представлении 2-ой функции Уолша;д€ 0,ij - значение первого (младшего) разряда кода Грея от номера г.

5

Работа устройства начинается с момента записи в регистр 1 номера ;г функции Уолша, спектр которой не-обходимо вычислить. Влок 2 преобразует его в код Грея G(r), который

0 отражает структуру функции Уолша как комбинации функций Радемахера,

Блок 11 синхронизации формирует на своем втором выходе сигнал установки в нуль счетчика 9, а затем

5 вырабатывает на первом выходе импульс, по которому код G(r) записывается в регистр 4 сдвига, циклический регистр 5 сдвига принима,ет состояние 0...01, а в счетчик 9 записывается единица.

0

Младшим разрядом регистра сдвига 4 (первый выход) задается признак функции синуса либо косинуса. Регистр 9 сдвига 5 предназначен для кодирования аргумента 1и/2 (1 - i-й раз5ряд двоичного представления номера г) путем циклического сдвига единицы. Счетчиком 9 задается значение к. Элемент И б анализирует на нуль состояние регистра 4 и таким, обра0зом формирует признак функций sin, cos (логическая единица), либо Sg (логический нуль) . Следотвательно, на входы дешифратора 8 подаются все признаки, необходимые для формирования адреса, по которому

5 в блоке 10 памяти записана соответствующая константа sin (k1C/2,), cos (kX/2 ) , a ( ) .

Далее организуется считывание

0 константы, которая передается на второй вход блока 12 умножения и хранится там до поступления очередного операнда.

На BTOjpoM такте осуществляется синхронный сдвиг содержимого регист5ра 4 (в сторону младших разрядов) и циклического регистра 5 (в сторону старших разрядов) на один разряд. Тем самым задаются очередные признаки функций .и аргумента на четвер0том и третьем входах дешифратора 8.

Количество таких тактов определяется логическим уровнем на выходе элемента И 6, и если он равен нулю, то устройство переходит в режим

5 отработки.последнего такта первого цикла. Этот же уровень является одновременно и признаком задания функции отсчетов от аргумента, опр деляемого состоянием циклического регистра 5 сдвига и счетчика 9, т.е. от аргумента предпоследнего такта первого цикла. Значение данной функции отсчето считывается из блока 10 памяти и умножается в блоке 12 умножения на результат предыдущих операций, хранящихся в локальной памяти последнего. Следовательно, на первом цикле работы устройства выполняются вычисления в соответствии с (2) для заданного значения. Знак и признак действительной или мнимой величины формируется на выходе младшего (разряда блока 2 и выходе сумматора по модулю два 3. Следующий цикл работы устройств .начинается с момента формирования на первом выходе блока 11 импульсн сигнала, по которому счетчик 9 уве личивает на единицу свое состояние в регистр 4 сдвига записывается пр ний код G(r), а циклический регист сдвига принимает исходное состояни 0...01. Функционирование устройства на .данном цикле работы отличается от предыдущего цикла только кодом на втором входе дешифратора 8. Вычисления заканчиваются в момент, когда счетчик 9 сбрасывается в ноль (переполняется) при этом на выходе элемента И 7 формируется логический уровень нуля, поступающий на второй вход блока. При вычислении спектра функции Рсщемах1эра. ) ее номер S задается на входе кодом S 2 -1,,2,;.,,in и функционирование устройства описывается соотношение kK . Wti, .«CJ) Повышение быстродействия в предлагаемом устройстве обеспечивается благодаря сведению процесса вычисле ний к перемножению компонент спектров функций Радемахера, образующих данную функцию Уолша Формула изобретения Устройство для вычисления, спектра функций Уолша, содержащее сумматор по модулю два, дешифратор, блок памяти, блок умножения, счетчик, первый и второй элементы И, блок синхронизации, причем первый вход дешифратора подключен к выходу первого элемента .И и входу управления запус- ком блока синхронизации, второй вход дешифратора - к выходу счетчика . и ко входу второго элемента И, выход дешифратора подключен к адресному входу блока памяти, выход блока памяти подключен ко входу блока умножения, выход второго-элемента И ко входу управления остановом блока синхронизации, первый выход которого подключен ко входу счетчика и синхронизирующему .входу блока умножения, второй выход блока синхронизации к установочному входу счетчика, а третий выход - к управлянэщему входу блока памяти, выходы сумматора по модулю два и блока умножения являются выходами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродейств,ия устройства, -оно содержит регистр, блок формирования кода Грея, первый и второй регистры сдвига, причем вход регистра является входом устройства, а выход подключен входу блока формирования кода Грея, выход Младшего разряда которого является выходом устройства, а выходы всех разрядов подключены ко входам сумматора по модулю два и первого регистра сдвига, выходы которого подключены ко входам первого элемента И, а выход младшего разряда к третьему, входу дешифратора, выходы разрядов второго регистра сдвига подключены к четвертому входу дешифратора, .установочные входы первого и второго регистров сдвига подключены к первому выходу блока синхронизации, а входы синхронизации сдвига - к четвертому выходу блока синхронизации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 509872, кл. G 06 F 15/34, 1975.2 . Авторское свидетельство СССР 480079, кл. .G 06 F , 1974.