Устройство для ортогонального преобразования по уолшу

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРТОГОНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПО УОЛШУ, содержащее сумматоры, коммутатор информационных сигналов, регистр сдвига, блок формирования функций Уолша и коммутатор тактовых импульсов, первый вход которого является тактовым входом .устройства, тактовый выход коммутатора тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра сдвига, выход переполнения которого соединен с уп .равляющим входом коммутатора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша, информационные входы сумматоров объединены и являются информационным входом устройства, управляющие входы сумматоров соединены с выходами соответствующих разрядов регистра сдвига, отличающееся тем, что, с целью расширения функдаональных возможностей устройства за счет выполнения восстановления сигналов, представленных коэффициентами разложения по интегральным функциям Уолша, оно содержит регистры , преобразователи прямого двоичного кода в обратный, суммирующий блок, первый и второй сумматоры с ускоренным распространением переносов, буферный регистр и триггер, причем выходы сумматоров соединены с информационными входами регистров, входы управления приемом которых объединены и соединены с выходом переполнения регистра сдвига, выходы регистров соединены с информационными входами преобразователей прямого двоичного кода в обратный, управляющие входы которых соединены с соответствующими выi ходами блока формирования функций Уолша, выходы преобразователей прямо (Л го двоичного кода в обратный соединены с входами суммирующего блока, выход которого соединен с входом первого сумматора с ускоренным распространением переносов, выход которого является первым выходом устройства и соединен с информационным входом буферного регистра и с первым входом второго сумматора с ускоренным распро4 странением переносов, второй вход коСП к торого соединен с выходом буферного регистра и с вторым информационным входом коммутатора информационных сигналов, первый информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора с ускоренным распространением переносов, управляющий вход буферного регистра соединен с вторым выходом коммутатора тактовых импульсов , тактовый и управляющий входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами триггера, выход которого соединен с управляющим, входом коммутатора информационных

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (р) G 06 F 15/332

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ДВтоЕСК0МУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3564661/18-24 (22) 03.03.83 (46) 23.07.84. Бюл. № 27 (72).О.Г. Кокаев, В.Б. Смолов, В.Г. Тарасов и Т.Э. Темирханов (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (53) 681.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 881761, кл. С 06 F 15/332, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР № 922721, кл. G 06 F 15/332, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР № 918952, кл. G 06 F 15/332, 1980 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРТОГОНАЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПО УОЛШУ, содержащее сумматоры, коммутатор информационных сигналов, регистр сдвига, блок формирования функций Уолша и коммутатор тактовых импульсов, первый вход которого является тактовым входом ,устройства, тактовый выход коммутатора тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра сдвига, выход переполнения которого соединен с уп.равляющим входом коммутатора тактовых импульсов, второй выход которого соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша, информационные входы сумматоров объединены и являются информационным входом устройства, управляющие входы сумматоров соединены с выходамн соответствующих разрядов регистра сдвига, о т л и ч а ю" щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможнас гей устройства за счет выполнения восстановления сигналов, представленных коэффициентами разложения по интеграль„,SU„„! 104527 А ным функциям Уолша, оно содержит регистры, преобразователи прямого двоичного кода в обратный, суммирующий блок, первый и второй сумматоры с ускоренным распространением переносов, буферный регистр и триггер, причем выходы сумматоров соединены с информационными входами регистров, входы управления приемом которых объединены и соединены с выходом переполнения регистра сдвига, выходы регистров соединены с информационными входами преобразователей прямого двоичного кода в обратный, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока формирования функций

Уолша, выходы преобразователей прямого двоичного кода в обратный соединены с входами суммирующего блока, выход которого соединен с входом первого сумматора с ускоренным распростра- д нением переносов, выход которого является первым выходом устройства и соединен с информационным входом буферного регистра и с первым входом второго сумматора с ускоренным распространением переносов, второй вход которого соединен с выходом буферного регистра и с вторым информационным

ЬР входом коммутатора информационных сигналов, первый информационный вход которого соединен с выходом второго сумматора с ускоренным распространением переносов, управляющий вход буферного регистра соединен с вторым выходом коммутатора тактовых импульсов, тактовый и управляющий входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами триггера, выход которого соединен с управляющим. входом коммутатора информационных сигналов, выход которого является вторым выходом устройства, управля1104527 ющий вход регистра сдвига является управлявшим .входом устройства.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в аппаратуре обработки образов, сжатия информации при передаче данных, для анализа и 5 обработки звуковых и видеосигналов, для цифровой фильтрации.

Известно устройство для вычисления коэффициентов разложения функции в ряд, содержащее основную и дополни- 1О тельную группы ключей, интеграторы, блок формирования функций Уолша коммутатор тактовых импульсов, регистр сдвига. Характерной особенностью устройства является обработка аналогового входного сигнала и формирование коэффициента разложения также в аналоговой форме С13.

Недостатками устройства являются низкая производительность при обра- 20 ботке последовательности сигналов и невозможность восстановления сигнала, представленного коэффициентами разложения по интегральным функциям

Уолша. 25

Известно устройство ортогонально- . го преобразования по Уолшу, содержащее регистры сдвига и сумматоры-вычитатели, Устройство обеспечивает выдачу 2 (N = 1, 2, ...) коэффици- 30 ентов преобразования, а также вычис» ляет текущие значения этих коэффициентов 2).

Недостатком устройства является невозможность восстановления сигнала, представленного коэффициентами разложения по интегральным функциям Уолша.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для преобразования по функциям

Уолша, содержащее сумматоры, коммутатор информационных сигналов, сумматоры--вычитатели, коммутатор тактовых импульсов, регистр сдвига, блок формирования функций Уолша-Радемахе- 4 ра, выходы функций Радемахера кото-, рого подключены к управляющим входам коммутатора информационных сигналов, входы которого подключены к выходам сумматоров, информационные входы которых объединены и являются входом устройства, управляющие входы сумматоров подключены к выходам соответствующих разрядов регистра сдвига, выход переполнения которого соединен с управляющим входом коммутатора тактовых импульсов, первый и второй выходы которого подключены к тактовым входам регистра сдвига и блока формирования функций Уолша-Радемахера соответственно. Вход коммутатора тактовых импульсов является тактовым входом устройства. Выход коммутатора информационных сигналов подключен к информационным входам сумматороввычитателей, управляющие входы которых подключены к выходам соответствующих функций блока формирования функций Уолша-Радемахера, выходы сумматоров-вычитателей являются выходами устройства (3 1.

Недостатком известного устройства является невозможность проведения обратного преобразования — невозможность восстановленйя сигнала по коэффициентам его разложения по интегральным функциям Уолша.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет выполнения восстановления сигналов, представленных коэффициентами разложения по интегральным функциям Уолша.

Поставленная цель достигаетя тем, что в устройство, содержащее сумматоры, коммутатор информационных сигналов, регистр сдвига, блок формирования функций Уолша и коммутатор тактовых импульсов, первый вход которого является тактовым входом устройства, тактовый выход коммутатора тактовых импульсов соединен с тактовым входом регистра сдвига, выход переполнения которого соединен с управляющим вхо" дом коммутатора тактовых импульсов, второй вход которого соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша, информационные входы

Э 11045 сумматоров объединены и являются информационным входом устройства, управляющие входы суяматоров соединены с выходами соответствующих разрядов регистра сдвига, дополнительно введены регистры, преобразователи прямого двоичного кода в обратный, суммирующий блок, первый и второй сумматоры с ускоренным распространением переносов, буферный регистр и триггер, при- ið чем выходы сумматоров соединены с информацпонными входами регистров, входь управления приемом которых объединены и соединены с выходом переполнения регистра сдвига, выходы регист- 15 ров соединены с информационными входами преобразователей прямого двоичного кода в обратный, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока формирования функ" 2б ций Уолша, выходы преобразователей прямого двоичного кода в обратный соединены с входами суммирующего блока, выход которого соединен с входом первого сумматора с ускоренным распрост- 25 ранением переносов, выход которого является первым выходом устройства и соединен с информационным входом буферного регистра и с первым входом второго сумматора с ускоренным распространением переносов, второй вход которого соединен с выходом буферного регистра и с вторым .информационным входом коммутатора информационных сигналов, первый информационный

35 вход которого соединен с выходом второго суМматора с ускоренным распространением переносов, управляющий вход буферного регистра соединен с вторым выходом коммутатора тактовых импуль- 40 сов, тактовый и управляющий входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами триггера, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора информацион45 ных сигналов, выход которого является вторым выходом устройства, управляющий вход регистра сдвига является управляющим входом устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 — элект50 рическая функциональная схема суммирующего блока для случая сложения в дополнительном коде четырех двух" битовых чисел.

Устройство ортогонального преобразования по Уолшу содержит сумматоры 1 накапливающего типа, регистры 2, пре27 4 образователи 3 прямого двоичного кода в обратный, суммирующий блок 4, первый 5 и второй 9 сумматоры с ускоренным распространением переносов, коммутатор 6 тактовых импульсов, регистр 7 сдвига, блок 8 формирования функций Уолша, буферный регистр 10, коммутатор 11 информационных сигналов, триггер 12, управляющий вход, являющийся управляющим входом 13 регистра 7 сдвига. Информационные входы сумматоров 1 объединены и являются информационным входом устройства, управляющие входы сумматоров 1 соединены с выходаМи соответствующих разрядов регистра 7 сдвига, выходы сумматоров 1 соединены с информационными входами соответствующих регистров 2, управляющие входы которых объединены и соединены с выходом переполнения регистра 7 сдвига, с вторым входом триггера 12 и с управляющим входом коммутатора 6 тактовых импульсов, тактовый вход которого является тактовым входом устройства и соединен с первым входом триггера 12. Выходы регистров 2 соединены с информационными входами соответствующих преобра" зователей 3 прямого двоичного кода в обратный, выходы которых соединены с входами суммирующего блока 4, вь1ход которого соединен с. входом первого сумматора 5 с ускоренным распространением переносов, выход которого является первым выходом устройства и соединен с входом буферного регистра 10 и с первым входом второго сумматора 9 с ускоренным распространением переносов. Управляющие входы преобразователей 3 прямого двоичного кода в обратный соединены с соответствующими выходами -блока 8 формирования функций Уолша, тактовый вход которого соединен с вторым выходом коммутатора 6 тактовых импульсов и с управляющим входом буферного регистра 10, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 9 и с вторым информационным входом коммутатора 11 информационных сигналов, первый вход которого соединен с выходом второго сумматора 9 с ускоренным распространением переносов. Выход триггера 12 соединен с управляющим входом коммутатора 11 информационных сигналов, выход которого является вторым выхо,цом устройства.

Суммирующий блок 4 для сложения

N п-разрядных чисел состоит из одно1104527 где

Х„

N

1 2 ... N- 1 N

1 1 ... 1 1

О 1 ... 1 1

1 2 3 ... М 1 N

1-1 О . ° . О О

О 1 -1 .. ° О О

1 2 ... N-1 N

О ° .. О 0

О 1 ... О О

Q 1

Е =

000 ... -1

000.;. О 1

О 0

1 О

0 0 ... 1 1

0 0 ... 0 1

О О разрядных трехвходовых сумматоров 14, имеющих по три входа и два выхода: суммы и переноса. На фиг. 2 приведена электрическая функциональная схема блока 4 для случая сложения четырех двухбитовых чисел: А, О, F и Н.

Работа устройства основа-а на математическом определении интегральных функций Уолша, которое можно представить в,виде

P(1+1 t) = Mal(l i)d

0 < t < T, 0.где i = О, 1, 2, ...; Р(0,t) = 1;

Mal(i, t) — функции Уолша. Для дискретной формы представления данных преобв разование (1) можно записать в матричном виде P = WQ, {2) где P — матрица интегральных функций .

Уолша; W - матрица функций Уолша;

Q — Теплицева верхнеугольная матрица, элементы которой, включая главную ди-, агональ, равны единице. Коэффициенты

Тождественное преобразование — умйожение на единичную матрицу Е введе-. но для того, чтобы более точно отразить процессы, протекающие в предлагаемом устройстве. Обозначим через

В вектор промежуточных результатов:

В-WEC,Х=Я В, Устройство работает в двух режимах: прямого и обратного преобразования. В режиме разложения входного сигнала на вход устройства в двоичном коде в такт с синхроимпульсами поступают значения, ординат исследуемого процесса. Эти ординаты поступают на информационные входы суммато- 50 ров 1, работой которых управляет регистр 7 сдвига. Управляющий вход каждого сумматора 1 соединен со своим разрядом регистра 7 сдвига так, что

i-й сумматор соединен с i-м разрядом 55 регистра 7 сдвига. На управляющий вход 13 регистра 7 сдвига подается

"1", а его исходное значение равно

C. разложения произвольного сигнала, 1 представленного совокупностью ординат

X;(i = 1, ..., N) в ряд интегральных функций Уолша с учетом выражения (2) равны С = WQX, вектор коэффициентов разложения; — вектор ординат исследуемого процесса;

N — число ординат исследуемого процесса.

Обратное преобразование определяется выражением Х, = Q"MC = Q"MEC где Теплицева Q, обратная ей Q "и единичная матрицы Е выглядят так 10 ... ОО"; по каждому синхроимпульсу на тактовом входе регистра 7 сдвига его содержимое сдвигается на один разряд вправо, а в освободившийся разряд заносится "1" с управляющего входа 13 регистра 7. После прихода на тактовый вход регистра 7 сдвига N синхроимпульсов на выходах сумматоров 1 накапливаются суммы, соответствующие произведению процесса Х на. матрицу Q, и в это время регистр 7 сдвига вырабатывает импульс переполнения, по которому значения сумм из сумматоров 1 преписываются в регистры

2 и который (при обработке первого процесса) дает разрешение на прохождение синхроимпульсов на тактовый вход блока 8 формирования функций

Уолша. После передачи сумм в регистры

2 память сумматоров 1 накапливающего типа сбрасывается в ноль. Цепи сброса на фиг. 1 не показаны. На вход устройства начинают поступать ордина-1104527 следующего исследуемого про- сываются в регистры 2, и триг,.ер цесса. устанавливается в "1" (при обработке

Выходы функций Уолша блока 8 уп- первого процесса это несущественно), равляют работой преобразователей 3 - и который при обработке первого ttpo прямого- двоичного кода в обратный: 5 цесса дает разрешение на прохождение если значение функции Уолша равно +1, синхроимпульсов на тактовый вход блото соответствующее значение из регист- ка 8 формирования функции Уолша. Посра 2 через преобразователь 3 переда- ле передачи коэффициентов j-ra восется в прямом коде; если значение станавливаемого процесса в регистры функции Уолша равно — 1, то содержимое 2 память сумматоров 1 накапливающего регистра 2 передается в обратном коде. типа сбрасывается в ноль, и на вход

В результате на вход суммирующего устройства начинают поступать коэффиблока 4 поступают N произведений ком- циенты (j+1)-го восстанавливаемого понентов. вектора сумм, хранящихся в процесса регистрах 2, на дискретную функцию

Уолша. Суммирующий блок 4 формирует Выходы функций Уолша блока 8 управсумму поступающих на ее входы чисел ляют работой преобразователей 3 пря.в виде, двухрядного . кода. Резуль- мого двоичного кода в обРатный так же, тат преобразования двухрядного кода - как и в Режиме пРямого преобразовав однорядный с помощью первого сум- 20 ния. ПоэтомУ на выходе пеРвого сУммаматора 5 с ускоренным распространени- . тоРа 5 с УскоРенным РаспРостРанением ем переносов пропорционален значению .пеРеносов послеДовательно поЯвлЯютсЯ коэффициента при той функции уолша, компоненты bj, вектора В промежуточных значение которой в данный момент вре- - результатов. Пусть в данный момент мени присутствует на выходе блока 8- 25 времечки блоки УстРойства находятся

Темп выдачи коэффициентов разложения в следуюп -и состоянии: в регистрах 2 равен темпу поступления ординат ис- нахоДЯтсЯ коэффиЦиенты РазложениЯ следуемых процессов на вход устрой- j-го восстанавливаемого процесса, ства. При этом быстродействие уст- сумматоры 1 и регистр 7 сдвига в наройства в рассматриваемом режиме оп- чальном состоянии, триггер 12 в состо30 ределяется временем срабатывания це- янии "1", на выходах .блока 8 — знакопочки: преобразователи 3 — суммиру- постоянная функция, а на выходе суммающий блок 4 — первый сумматор 5. тора 5 — значение компоненты Ь" V

В режиме обратного преобразова- в. буферном регистре 10 — значение комния — восстановления сигналов по ко- поненты Ъ 1 = Х 1 на выходе коммута-

35 М N эффициентам разложения по интеграль- тора 1 l информационных сигналов присутным фуНкциям Уолша устройство работает ствует значение Х1 из регистра 10 следующим образом. На вход устройства вследствие того, что триггер 12 нахов двоичном коде в такт с синхроимпуль- дится в единичном состоянии. Верхний сами поступают значения коэффициентов индекс обозначает номер обрабатываемо40 разложения восстанавливаемого процес- го процесса. С приходом на вход устса. На управляющий вход .13 регистра ройства значения С 1 в сопровождении

Ф t 11

+

7 сдвига подается 0, а его исходное синхроимпульса, значение С1 " зано1т 11

1 значение равно 10 ...00; по каждо- сится в первый (верхний на фиг. 1) из му синхроимпульсу на тактовом входе сумматоров 1 обнуляется триггер 1,2

Э Э регистра 7 сдвига его содержимое содержимое регистра 7 сдвига смещаетсдвигается на один разряд вправо, а ся на один разряд вправо, причем в .в освобождающийся разряд заносится его самый левый разряд заносится ноль на и

0 с управляющего входа l3 регистра 7. с управляющего входа. По синхроимпульПосле прихода на тактовый вход регист- tcy на втором выходе коммутатора 6 ра 7 сдвига N синхроимпульсов на. вы- тактовых импульсов в буферный регистр

50 ходах сумматоров 1 появляются значе- 10 заносится значение Ь1 а на выхоЭ ния коэффициентов разложения, соот-. де блока 8 появляется значение следуветствующие произведению вектора ко- ющей функции Уолша. После завершения эффициентов С на матрицу Š— тождест- переходных процессов на выходе суммавенное преобразование, и в это время тора 5 присутствует значение b ко55

1 регистр 7 сдвига вырабатывает импульс торое с помощью сумматора 9 с ускопереполнения, по которому значения ренным распространением переносов коэффициентов из сумматоров 1 перепи- „вычитается из значения b 1 храняще19

1104527

9 гося в буферном регистре 10. Раз" ность Ъ1. - b Х, через коммутатор т

11 информационных сигналов под управ- . лением нулевого сигнала с выхода триг гера 12 поступает на второй выход устройства. Описанная последовательность повторяется по приходе коэффициентов С "(i 2, ..., N-1).

С приходом в сопровождении синхро импульса,на вход устройства коэффициента С „ значение С ",", заносится и последний из сумматоров 1, значение

Х <.< с второго выхода устройства, передается потребителю. В буферный регистр 10 заносится значение Ь1 = Х1

IY и на выходах блока 8 появляется значение знакопостоянчой функции Уолша, и по импульсу переполнения с выхода регистра 7 сдвига триггер 12 переходит в единичное состояние, а значения коэффициентов разложения (j+1)-го процесса переписываются в регистры 2, т,е. устройство возвращается в состояние, в котором находилось в начале его работы и данном режиме.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает расширенными функциональными возможностями.по сравне- нИ:о с известным устройством, поскольку с его помощью возможно проведение как прямого, так и обратного преобразования по интегральным функциям

Уолша.

1104527

% и /1

М.

«"

43 о к

0С ч

Заказ 5262/Зб тирад 699 Подписное

"Патент", г. Ухгород,ул.Проектная, 4