Арифметическое устройство для быстрого преобразования фурье

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к цифровой обработке сигналов и может быть использовано в устройствах спектрального анализа. Цель изобретения - расширение области применения за счет реализации возможности N-точечного преобразования Фурье (N 2). Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство входят коммутатор 1, входной регистр 2, умножитель 3, регистры 4, 5, сумматор 6, блок памяти 7, входной регистр 8, коммутатор 9, выходные регистры 10 - 13, коммутатор 14, входной регистр 15 и блок синхронизации 16 с соответствующими связями. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 G 06 F 15/332

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ф ь„°

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /"

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1149275 (2 I ) 4139152/24-24 (.22) 28.10.86 (46) 23.03.88. Бюл. № 11 (72) В.Г.Мартюшев и В.А.Тетерин (53) 681 32(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1149275, кл. G 06 F 15/332, 1985. ! (54) АРИФМЕТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

БЫСТРОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к цифровой обработке сигна„„SU„„1383394 A 2 лов и может быть использовано в устройствах спектрального анализа. Цель изобретения — расширение области применения за счет реализации возможности N-точечного преобразования Фурье (И ) 2). Поставленная цель достигается за счет того, что в устройство входят коммутатор 1, входной регистр

2, умножитель 3, регистры 4, 5, сумматор 6, блок памяти 7, входной регистр 8, коммутатор 9, выходные регистры 10 — 13, коммутатор 14, входной регистр 15 и блок синхронизации

l6 с соответствующими связями. 3 ил.

1383394

Изобретение относится к автомати- аграмма, иллюстрирующая работу устке и вычислительной технике, в част- ройства. ности к цифровой обработке сигналов, Арифметическое устройство для может быть использовано в устройст- быстрого преобразования Фурье состо-. вах спектрального анализа и является ит из коммутатора 1, входного ре5 усовершенствованием устройства по гистра 2.(чисел), умножителя 3, реавт.св ° 111 1149275. гистра 4, регистра 5, сумматора 6, Цель изобретения — расширение об- блока 7 памяти, входного регистра 8 ласти применения эа счет реализации 10 (чисел), коммутатора 9, выходных ревозможности N-точечного преобразова- гистров 10-13, коммутатора 14, входния Фурье (N > 2). ного регистра 15 (коэффициентов) и

На фиг.1 приведена структурная блока 16 синхронизации. схема арифметического устройства для быстРого пРеобРазованиЯ ФУРье; на 15 Устройство выполняет быстрое префиг.2 — восьмиточечное быстрое пре- образование Фурье, в основе крторого образование Фурье, выполняемое уст-. лежит базовая операция быстрого преройством; на фиг.3 — временная ди- образования Фурье по основанию два:

1-1 К-1

ReA; = ReA,. +ReA;,„. ReW,. — ImA +1 . ImW к k-1 К-1

ImA; =ImA; +ReA „, ImW+ImA; „ReW

1 к fc- 1 К-1 !

ImA,. =ImA -ReA,, ImW,— ImA <„. ReW;, где А,А ". — исходные (входные) 30

1 1 отсчеты i-го этапа преобразования Фурье; преаб раз ов а нные о тсчеты (выходные)

i-ro этапа преобразо- 35 вания Фурье; весовой коэффициент;

W.—

I, ger

=3 = и е — 11-1

40 количество отсчетов

N в исходном массиве;

Re — действительная часть отсчета;

Im — мнимая часть отсчета. 45

Рассмотрим работу устройства при выполнении восьмиточечного быстрого преобразования Фурье (фиг.2), временная диаграмма которого приведена на фиг.3. На ней показаны моменты изменения состояний отдельных узлов устройства ° Номер узла приведен слева, номера тактов приведены вверху.

Период работы устройства составляет

48 тактов. Для входного регистра и входного регистра 8 приведена информация, записываемая в них либо с информационного входа устройства, либо из блока 7 памяти, что определяется третьим коммутатором 1, который, как видно из диаграммы, с первого по шестнадцатый такты пропускает на свой выход информацию входа устройства, а в тактах с 17-ro по 48-информацию из блока 7 памяти. Для блока 7 памяти указана информация на входе

"Адрес" и на входе "Запись", обеспечивающая надлежащую выборку и запись отсчетов. Для второго коммутатора

14 указаны моменты времени, когда на его выходах появляются выходные отсчеты восьмиточечного быстрого йреобразования Фурье. В конце первого такта по сигналу с пятнадцатого выхода блока 16 синхронизации коммутатор 1 подключает к входам входного регистра 2 вход устройства и по сигналу с второго выхода блока 16 синхронизации поступающая на второй вход устройства действительная часть

ReA входного отсчета А, . записывао о ется во входной регистр 2 (фиг.3.2).

Одновременно по управляющему сигналу во входной регистр 15 коэффициентов записывается действительная часть ReW коэффициента W (фиг.3.15), .Во втором такте выполняется умножение в умножителе 3 и произведение

ReA „ ReW q по сигналу с первого вы1383

3 хода блока 16 принимается в регистр

4 (фиг.3,4) . Поэтому же сигналу в регистр 15 принимается мнимая часть

ImW0 весового коэффициента W„ a no сигналу с третьего выхода блока 16 во входной регистр 8 (фиг.3 8) о действительная часть ReA исходо г ного отсчета А

В третьем такте выполняется умножение и произведение ReA, ImW, по сигналу с блока 16 синхронизации принимается в регистр 4, по этому же сигналу в регистр 5 принимается произведение КеА, ReW, и во входной ре-!5 гистр 15 мнимая часть ImWo весового коэффициента W . Во входной регистр

2 по сигналу из блока 16 принимается мнимая часть ImA исходного ото о г счета Аг. 20

В четвертом такте в умножителе 3 выполняется умножение, и произведеа ние ImA,. ТпИ, по сигналу из блока

16 синхронизации принимается в регистр 4, по этому же сигналу в регистр 5 принимается произведение

ReA „- ImW,à во входной регистр 15— действительная часть ReW, весового коэффициента W,. По сигналу с третьего выхода блока 16 но входной регистр 8 принимается мнимая часть о о

ImA< исходного отсчета А, коммутатор 9 по сигналу с четвертого выхода блока 16 синхронизации подключает к входу сумматора 6 выход входного регистра 8 (фиг.3,10). Сумматор

6 по сигналам из блока 16 выполняет операцию сложения в первой половине четвертого такта, а операцию вычитания — во второй половине четвертого такта, а операцию вычитания — во второй половине (фиг.3,7), соответственно сумма ReA, + КеА,, Ке11„ по сигналу из блока 16 принимается в выходной регистр 10 в середине четвер- 45 того такта, а разность ReA — КеА <

«КеИ вЂ” по сигналу из блока 16 в конце четвертого такта в. выходной регистр 11.

В пятом такте в умножителе 3 выполняется умножение и произведение о

ImA„ReW0 по сигналу из блока 16 принимается в регистр 4, произведео ние ImA „ ImW о по этому же сигналу принимается из регистра 4 в регистр

5, а во входной регистр 15 — действительная часть ReW, во входной регистр 2 по сигналу из блока 16 принимается через коммутатор 1. с перво394 го входа устройства действительная о часть ReA исходного отсчета следующего канала. Коммутатор 9 по сигналу из блока 16 подключает к нходу сумматора 6 выход входного регистра 9.

Сумматор 6 по сигналам из блока 16 выполняет операцию сложения в первой половине пятого такта и операцию вычитания — во второй половине. Соответственно в середине пятого такта о о сумма ?тпАг + ReA, ImW, по сигналу из блока 16 принимается н выходной регистр 12 а в конце пятого тактаразность ImA, — ReA, ImW, по сигналу из блока 16 принимается в выходной регистр 13.

B шестом такте в умножителе 3 выполняется умножение и произведение

ReA ReW по сигналу из блока 16 принимается в регистр 4, н регистр 5 по этому сигналу принимается произведение ImA,. ReW» а в регистр 15— мнимая часть ТпгЧ, весового коэффициента во входной регистр 8 по сигналу с третьего выхода блока 16 прио нимается действительная часть ReA о исходного отсчета А4 . По сигналу из блока 16 объединенный выход регистров 10-)3 через коммутатор 9 подключается к входу сумматора 6, который по сигналам из блока 16 выполняет операцию вычитания в первой половине шестого такта и операцию сложения— во второй. В первой половине шестого такта по сигналу из блока 16 иэ регистра 1 0 выдается сумма ReA z + ReA, о О Ке11, и после выполнения вычитания на выходе сумматора 6 появляется действительная часть преобразованного отсчета ReA „= ReA г + ReA „- ReW,— — ImA „. ImW,, которая по сигналу из блока 16 запишется в блок 7 памяти по адресу 1 (фиг.3,7 адрес). Во второй половине шестого такта по сигналу из блока 16 из регистра 11 выдается разность КеА — ReA „- ReW, и в конце такта по сигналу из блока 16 в блок 7 памяти по адресу 2 принимается су ма КеА г=КА -ReA „-ReW, +

+ ImA, ImW,.

В седьмом такте в умножителе 3 выполняется умножение и произведение

ReA .ImW, по сигналу из блока 16 принимается в регистр 4, в регистр 5 по этому же сигналу принимается про-! о изведение ReA ReW а во входной регистр 15 — мнимая часть ImW, весового коэффициента W<,. Коммутатор 1

1383394 остается в состоянии подключения к входу входного регистра 2 второго устройства, по сигналу из блока 16 во входной регистр 2 принимается о мнимая часть ЕшАэ исходного отсчета о

А коммутатор 9 по сигналу из блока

16 подключает к входу сумматора 6 объединенный выход регистров 10-13.

Сумматор 6 по сигналам из блока 16 !0 выполняет операцию сложения и вычитания соответственно в первой и второй половинах седьмого такта. В первой половине седьмого такта по сигналу из блока 16 из регистра 12 выдается сумма ImA y + ReA,. ImW, и после выполнения операции сложения на выходе сумматора 6 появляется мнимая часть преобразованного отсчета

ЕтпА -ЕаА < +ReA „. ImW о +ImA „ReWî в 20 которая по сигналу из блока 16 запишется в блок 7 памяти по адресу 3.

Во второй половине седьмого такта по сигналу из блока 16 в блок 7 памяти принимается по адресу 4 мнимая часть преобразованного отсчета ImA,, =

=ImA - ReA „ ImW, - ImA „ ImW

В восьмом такте в умножителе 3 выполняется умножение, и произведение о

ImAq ImW по сигналу из блока 16 30 принимается в регистр 4. В регистр 5 по этому же сигналу принимается произведение ReA ImW„ 15действительная часть ReW, весового коэффициента Wp. В регистр 2 по сигналу из блока !6 синхронизации при- . о нимается мнимая часть ImA исходного о отсчета А1, коммутатор 10 по сигналу из блока 16 подключает к входу сумматора выход входного регистра 8 чисел. 40

Сумматор 6 выполняет операции сложения и вычитания в первой и второй половинах такта соответственно. В первой половине восьмого такта по сигналу из блока 16 в регистр 10 при- 45 нимается сумма ReA< + КеА, ReW, во второй половине восьмого такта по сигналу из блока 16 в регистр 11 о о принимается разность ReA< — КеАд i

ReWq, В последующих тактах работа устройства будет отличаться поступающими отсчетами во входные регистры 2, 8 и 15 (фиг.3), Блок 7 памяти будет задействован кроме записи также для считывания информации. С 37 до 51 такты через коммутатор 14 на вход устройства пост 1пают входные отсчеты (фиг.3,14) с сумматора 6 или с объединенного выхода регистров 10-13 в зависимости от значения управляющего сигнала с блока 16 синхронизации.

Начиная с 49-ro такта устройство будет работать с циклом 48 тактов аналогично тому, как оно работало с 1 по 48 такты.

Формула изобретения

Арифметическое устройство для быстрого преобразования Фурье по авт. св. У 1149275, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет реализации возможности N-точечного преобразования Фурье (N ) 2), в него введены третий коммутатор и блок памяти, выход которого подключен к первому информационному входу третьего коммутатора, выход которого подключен к информационным входам первого и второго входных регистров, пятнадцатый выход блока синхронизации подключен к управляющему входу третьего коммутатора, второй информационный вход которого является информационным входом устройства, выход сумматора подключен к информационному входу блока йамяти, вход управления записью считыванием и адресный вход которого подключены соответственно к шестнадцатому и семнадцатому выходам блока синхронизации.! 383394 о

Я ч

tC) 1 1 л«

»

1

»»С л

1» 1

Са ч

Юр ч

С» ч Ct ч ь ч

Х

tt) ч

CCt ч ч

1

«

E лл«

Ф лл

»

»Ъ

«

1 о ч а

° О

° р

21

It) Ю

ttt

«1 E лс

«

»»

1 л л л

ttt О

С»

4\, о

О

4

tCl

Оу

Ф4

3(Clt о

Ъ

С» ч Ф о

Ф

ttt л

В

»»

Ъу о

»1

Е, 1

4 « ф

4. Ф

»

1 Ф ь

8

М

« о ч о о о о о о о о о ь

М о ф о

« о (» о

Ф о о

Ф о о

"I о

Ь о о о

Ь н

11

Ф о л

Ctt

11у

Ф

ttl ь

1 о

Я

Ф а

Ь.

Ф о л о и л

IIl

\, о

° tt ч

Ъ о

CC

\ ° о о о

»ц л о ч о ь о о

4Э л»

М о о о о о о о о о о

1 3833 94 44