Устройство для выполнения преобразования фурье

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 06 F 15/332

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ с; 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,: ",, )

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 4204257/24- 24 (22) 02.02.87 (46) 07.10.88, Бюл, В 37 (71) Институт электроники и вычислительной техники АН ЛатвССР (72) .И.Я. Билинский, Я.Р, Виксна, И.Б. Медниекс и P.Ô, Немировский (53) 681.32(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 571762, кл. G 01 R 23/165, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 928363, кл. G 06 У 1/332, 1982. .(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ (57) Изобретение относится к автома-. тике и вычислительной технике и может быть использовано для определения коэфФициентов преобразования Фурье непрерывных сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения — упрощение устройства, Поставленная цель достигается за счет того, что в состав устройства входят генератор

ÄÄSUÄÄ 1429125 А1

1 псевдослучайной последовательности, аналого-цифровой преобразователь 2, коммутаторы 3,6,9,12, 11, блоки 4 и

5 памяти, адресные счетчики 7,8, генератор 10 тактовых импульсов, элемент ИЛИ 13, счетчик 14 циклов, блок

15 постоянной памяти, триггеры 16, 77 при этом в устройства входят два блока цифровой обработки, каждый из которых содержит элементы ИСКЛ10ЧА10ЩЕЕ

ИЛИ 18, накапливающие сумматоры 19, регистры 20 н узел 21 решения системы линейных уравнений. Устройство ,цля выполнения преобразования Фурье основано на использовании кусочно-постоянных функций базиса и их стохастической дискретизации одновременно с обрабатываемым сигналом. Использование кусочно-постоянных функций

R(t), принимающих значения +1, позво— 4 ляет вычислить свертку .без выполнения операций умножения многоразрядных чисел. 1 ил.

Изобретение относится к автома и оматике Рассмотрим применение в предлагаебе фу и в61числительной технике и может мом изобре фу

6 етеиии Ьчнкций Вр t и Я т, бьг ь использовано для определения типа меандр" (3 наков61х функции со» коэффициентов преобразования Фурье 5 ответственно сигналов соз211 ft и непрерывных сигналов в реальном масш- з1п21 ), Промежуточные коэффициенты а; и табе времени, . Цель изобретения — упрощение уст- д для соответствующих функции В„() и R(t), (i=1 2...,N/2) при дискретро"ства.

На чертеже приведена с труктурная 10 ном преобразовании вычисляются по с ма е устройства для выполнения пре- формулам свертки о разования Фурье. а: = —,> х(ъ „) R<„(t è);

Устройство содержит генератор N и евдослучайной импульсной последоb

2 x(t„)R,;(t„ в 1тельности, аналого-цифровои прео — 15 як н

3 г e k=1 2,...N; N â€,цлина выборки р зователь 2, коммутатор 3 блоки 4 и 3 гд б а ресные счет- отсчетов сигнала. Каждую из функций п мяти, коммутатор б, адресны

1 ч ки 7 и 8, коммутатор, генератор с с, о ы ll Фурье, который содержит составляющие

1 тактовых импуль".ов, коммутаторы

14 20 с нечетными частотами, р и и 12, элемент ИЛИ 13, счетчик

4 — 1 — 1) б ок 15 постоянной памяти, тригге .R (t)= — . †. сов(2)-1)igft; (г)

ы 16 и !7.

K ме того в устройство входят о- 1, 2) 1 акже два идентичных и-канальных бло(3) в и об аботки. Каждый блок 25 rpe if=I /Nhtqp, 11И 18 etc — средний интервал дискретиключает элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1, ь зации., ак аплив ающие сумматоры l 9 и р еги стП омежуточные коэффициенты а и зел 21 решения системы линей- ро д и коэффициенты Фурье а и д в с " . об- 30 соответствии с (1) и (2) связывает

Устройство работает следующим об- соо система линейных уравнений разом. б а- 4 (-1) "

Устройство для выполнения преобра,: зования Фурье основано на использова. нии кусочно-постоянных функций базиса, 4 1 ! днскрem ац р нов еменно с о ра атыва

6 6 ываемым сигналом, Решая систему уравнений, прир

ых ходим к следующим окончательным выра. Использование кусочно-постоянных я о бц " R(t), инимающих значения жениям для о фф ц я коэ и иентов Фурье прео—

Ф. ункции (), пр без разуемого сигнала, 1, позволяет вычислить свертку без р ия много- 10 7 Г 1, (-l) ннполнення операций умножения м 4„ Г

4 (е- 2,)+1 1+@ разр ядных чисел, Операция умножения (), чение. 11 (1 с- функции R(tÄ) сводится к присвоению о () . ч ение. тсчета сигнала x(t„) на значение.

Ь = Ь. — b(zj+qX, у 4 i 21+1 Ъ

Г к ГN к 4i 2 пе а иям сложения и вычитания. 45

t j- целая часть выражения в скобВ тех случаях, когда базис функци (, я (- - И ()

A R(t1 вляется ортогональным (Функ- - Из (5)

И () сле ет что все коэффициду с ции Уолша, Хаара и другие), р

) результа- енты Фурье с номерами i> N/б непо ред нтами ственно равны соответствующим промежуты свертки являются коэффициента

50 соответствующего ортогональ о н го пре- точным коэффициентам, умноженным на !4. образования си ия сигнала. Если необходимо константу Г! б гармони- Как известно, стохастическая д га ., искиметь результаты в азисе га ческих функций (классическое ДПФ) ретизация позволяет снять ограничения, то полезно применять неорто гональный налагаемые теоремой Котельникова на

55 промежуточный базис кусочно-по стоян- верхнюю границу спектра преобразуемолнять не-. го сигнала, и обрабатывать без эффекных функций, а затем выполнять точных коэф- та наложения сигналы с частотами сложный пересчет промежуто

Фурье большими, чем половина частоты дискрефициентов в коэФФициенты урье, 1429125 тизации, В предлагаемом устройстве, поскольку использованы кусочно-пс-! стоянные функции базиса, имеющие теоретически неограниченный спектр, стохастическая дискретизация обрабатывае5 мого сигнала и базисных функций в совпадающие моменты времени является принципиально необходимой, В предла" гаемом устройстве последовательность псевдослучайных интервалов времени между моментами дискретизации t< задается алгоритмом работы генератора 1 псевдослучайной импульсной последовательности (ГПСИП). Поскольку алгоритм задан, он может быть реали-; зован программно. Это позволяет заранее рассчитать последовательность

- Hc;(tg) и В „.(t „) значений всех функций промежуточного базиса для каждого 2О момента дискретизации 1 и записать эту последовательность в блок 15 памяти. В процессе преобразования входного сигнала АЦП 2 тактируется в моменты времени t< импульсами, ксторь.е вырабатываются ГПСИП 1. Этим достигается эффект стахастической дискретчэации сигнала и функций прсмежуточного базиса в совпадающие моменты вре мени. С .выхода АЦП .2 отсчеты z(t ) сигнала в прямом коде через коммутатор З.поступают на вход блока 4 памяI . ти или на вход блока 5 памяти, в зависимости от того, какое из них в

"данный момент выполняет функцию запи35 си, Режим работы блоков устройства определяется состоянием триггера 17, который управляет всеми коммутаторами, Если на выходе триггера 17 - логическая единица, то блок 4 памяти функционирует в режиме записи, а блок

5 памяти — в режиме считывания, Соответственно в режиме записи работает адресный счетчик 7, который тактируется через коммутатор 9 той же псевдослучайной последовательностью импульсов, что и АЦП 2. В это время адресный счетчик 8 работает в режиме считывания информацпи, записанной в блок 5 памяти, и тактируется через коммутатор 9 импульсной последовательностью, генерируемой ГТИ 10.

После записи в блок 4 памяти последовательности из N отсчетов сигнала на выходе переноса адресного. счетчика 7 появляется импульс, который через элемент ИЛИ 13 поступает на счетный вход триггера 17, изменяя его выходной потенциал на логический ноль и изменяя тем самым управляющий сигнал коммутаторов 3,6,9,11 и 12. При этом блок 4 памяти переходит в режим считывания записанной выборки сигнала, а блок 5 памяти — в режим записи следующей выборки без пропуска отсчетов, чем достигается обработка на соприкасающихся выборка, Импульсная последовательность ст ГТИ 10 поступает теперь через коммутатор 9 на вход адресного счетчика 7, а псевдослучайная с выходя ГПСИП 1 — на вход адресного счетчика 8. Организуется Ь циклов считывания выборки, записанной в блок

4 памяти. В к-. „";с"; цикле отсчеты I /д Ъ Г, х1 л), х(" )....х .„, из блока 4 и.— мяти посл-:дсвателънс всступают =.;à

r ;.сд коммутатора 11 . С первого выхода кс; мутатора .: знаковый р:",зряд отсче га xl, с„t подан"c.ë на сбъеднненнь :. вторые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

1Ю1! 18 обоих б. с;-.св цифровой обработки,:. д абсолютного значени.-. отсчета

Р х!, „! снима".тся с второго выхода коммутатора 1! и подается на объединен ные вторые вход., I-.!;:<зчливающих сумматоров 0 дв . бпсксз цифровой сбрабатки, Одн=.-:pe:,níío с адресацией блока 4 памял= ". .åò÷èêîì 7 ерез коммутатор 6 и с-=- . -.икс. 14 циклсв задается код адре"- блока 15 постоянной памяти чем oCåñnå÷èíàåYñÿ считывание функций B. (t ) и Eq(t<) промежутс =--. ого базиса, В каждом -..--. цикле из блока 15 постоянной памяти, имеющего 2п выхо-! а дсв считываются значения п функций

В пг+Ц (1 ) и и функций Б (пг+1)(„), где г=0,1,...(L-1) — десятичный код числа, записанного в двоичном счетчи1

<е 14 числа циклов считывания; 1= .

1,2...п. Бинарные отсчеты функций

B<(t<), снимаемые с п выходов блока !

5 постоянной памяти, подаются на первые входы соответствующих элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ .:."И 18 первого блока цифровой обработки, бинарные отсчеты фукнций B з(1 ), снимаемые с других и выходов блока 15 постоянной памяти, подаются на первые входы соответствующих элементов ИСКЛОЧА1ОЩЕЕ ИЛИ 18 второго блока цифровой обработки.

Элементы ИСКЛЮЧА1ОЩЕЕ ИЛИ 18 выполняют операции геремнсжения знаков, сигналы с их выхсдсв подаются на знаковые входы соответствующих накапливающих сумматоров 19, задавая код операции — сложение. нли вычитание. В напользованием такой же последовательности из L циклов, 1429125

6 ка ливающих сумматорах 19 осуществляются вычисления промежуточных коэффициентов в соотвестствии с выражением (1), После завершения r-ro цикла Ф о р м у л а л а изобретения их значения переписываются в соответс вующие регистры 20, с выхода кото- Устройство д тво ля выполнения преобь поступают на соответствующие вхо- разования Фурь, д е со ержащее генератор дь узлов . уэ

21 В лах 21 решения сис- псевдослучайной последовательности, т м линейных уравнений по формулам 10 выход которо о д г по ключен к тактовому () выполняются операции пересчета входу аналого ц фр р ого- и ового преобразова-. п омежуточных коэффициентов в коэф- теля, информационный вход которого ф циенты Фурье, С выхода первого уз- является информационным входом устл 21 снимаются значения коэффициен- роиства, блок

"л,к постоянной памяти 1=

Ф

Л ы т в a,, с выхода второго — значения начения 1 =е(1=1 п ЖИ/2; И вЂ” размер преобрак эффициептов,. Ри этом ко

1 П том коэффи- зования) выходы первой и второй групп ц енты с номерами i>N/6 в соответст- которого под по ключены к 1-м входам групп нно пе вого и второго блов и с (5) транслируются на выход пос- соответственно п р ле умножения на константу ф /4, Одно- ков цифро " p вой об аботки выходы кото"!

Р ь являются соответственно первым ременно с завершением r-ro цикла 20 рых явл ю игнал с выхода переноса адресного и вторым инфор ц м ин о ма ионными выходами четчика 7 через коммутатор 12 посту- устроиства, при п ичем каждый из блоков ает на вход счетчика 14 циклов, за- цифровой обра д ботки со ержит п элемендавая новый адрес блока 15 постоянной тов ИСКЛ1ОЧАЮЩЕЕ ИЛИ, п накапливающих (1 ) амяти для (г+1)-го цикла считывания. 25 сумматоров, и регистров и узел реше. 1)- вновь из блока 4 памя- ния системы линейных уравнений, 1-й (г+1)-м цикле вновь из ти считывается последовательность от- вход котор .о кото ого подключен к выходу 1-го (4 ) а из блока 15 постоян- регистра, информационный вход которо1-го накаплиНой памяти — значения функций ro подключен к выходу -го 1 "Ь() 1).(t ) и В (п(1)+ (t ), д0 вающего сумматора, тактовын вход коPроц роцедура вычисления очередной группы торого подключен а ВКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ первый вход .промежуточных коэффициентов осуществ- цента ИСЦЕЛЮ

r является 1-м входом группы ляется так же, как и в r-м цикле, K которо о моменту окончания (г+1)- ro цикла пре- блока цифровой обработки, первым вхо,ом кото ого являются соединенные

:дыдущие результаты, записанные в ре- „ дом которо и вто ые входы и элементов гистры 20 уже пересчитаны и выведены между собой т р

Р

ИСКЛЮЧАЮшЕЕ ИЛИ информационные вхои производится перезапись в регистры ИСКЛЮЧАЮЩ .

20 очередной группы промежуточных, ды и накаплива щ акапливающих сумматоров соеди-: нены мел@у собой и являются вторым коэффициентов, 4 входом блока цифровой обработки, 40 зПосле завершения ц

Ь иклов считыва- выходом которого является выход у ния сигнал с выхода п ереноса счетчи- ла решения системы линейных уравнека 14 циклов поступает на вход уста- ний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, новки в ноль триггера 16 который что с целью упрощения устройства, Р сво им выходным сигналом запрещает оно содержит д ва блока памяти, два элемент дальнейшую работу ГТИ 10 и завершает . триггера, лять коммутаторов, элем обработку выборки сигнала, записанной ИЛИ, два адресных счетчика, счетчик в блоке 4 памяти, осле о

П кончания эа- циклов и генератор тактовых импульписи в блок памят

5 и очередной выбор- сов выход которого подключен к пер1 ки сигнала на выходе счетчика 8 появ- . вому информационному входу первого

50 ляется сиг нал переноса который через коммутатора, р пе вый и второй выходы

У ч тным вхо ам элемент юг 13 подается а н счетный которого подключены к сче ь д вход триггера 1, вновь изменяя ня режим соответственно первого и второго адработы блоков 4 и памяти, и

4 5 на вход. Ресных счетчиков, информационные выустановки в единицу триг в е,ини триггера 16, раз- ходы которых подключены к адресным

55 решая работу ГТИ 10 н чиная считыва- входам соответственно первого и втои а ние выборки сигнала, записаннои в в бло- рого блоков памяти и соответственно ке 5 памяти, ра отка э о"

Об б т и выборки первому и второму информационным вхо1 производится в том же по е порядке с ис- paM второго коммутатора, выход кото-.. 14Z91Z5

Составитель А, Баранов

Редактор В, Бугренкова Техред Л.Сердюкова

Корректор И. Муска

Заказ 5127/46 Тираж 704

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, рого подключен к первому адресному входу блока постоянной памяти, второй адресный вход которого подключен к информационному выходу счетчика циклов, счетный вход которого подключен к выходу третьего коммутатора, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ и под- 1О ключены к выходам переноса соответственно первого и второго адресных счетчиков, выход элемента ИЛИ подключен к входу установки в "1" первого триггера и тактовому входу второго 15 триггера, выход которого подключен к управляющим входам первого, второго, третьего, четвертого и пятого коммутаторов, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информа- 20 ционному входу четвертого коммутатора. первый и второй выходы которого подключены к информационным входам соответственно первого и второго блоков памяти, выходы которых подключены соответственно к первому и второму информационным входам пятого коммутатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам первого и второго блоков цифровой обработки, выход переноса счетчика циклов подключен к входу установки в "0" первого триггера, выход которого подключен к входу останова генератора тактовых импульсов, а выход генератора псевдсслучайной последовательности подключен к второму информационному входу первого коммутатора.