Генератор функций уолша

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в аппаратуре сжатия информации в телевидении, многоканальной связи, телеметрии для представления в базисе Уолша различных сообщений и сигналов. Достигаемый технический результат - упрощение генератора посредством уменьшения числа триггеров, используемых в качестве разрядов регистра сдвига. Генератор содержит задающий генератор, элемент НЕ, регистр сдвига, регистр номера функции, элемент И, триггер, n-разрядный счетчик и дополнительный элемент И. 3 ил., 4 табл.

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к генераторам дискретных функций, и может быть использовано в аппаратуре сжатия информации в телевидении, многоканальной связи, телеметрии для представления в базисе Уолша различных сообщений и сигналов.

Известен генератор функций Уолша, содержащий генератор тактов, n-разрядный счетчик (2ⁿ - число генерируемых функций Уолша), n элементов И, n-входовый сумматор по модулю два, блок формирования номера функции Уолша и группу n-1 сумматоров по модулю два (см. авторское свидетельство СССР №1091145, кл. G 06 F 1/02, 1982 г.).

Однако этот генератор обладает существенной сложностью и ограниченным быстродействием из-за использования в его схеме инерционных элементов суммирования по модулю два.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является генератор функций Уолша, содержащий задающий генератор, регистр сдвига, регистр номера функции, элемент НЕ, элемент И и триггер, причем выход регистра номера функции подключен к параллельному информационному входу регистра сдвига, выход задающего генератора подключен к тактовому входу регистра сдвига и к входу элемента НЕ, выход элемента НЕ и последовательный выход регистра сдвига через элемент И подключены к счетному входу триггера (см. авторское свидетельство СССР №1076892, кл. G 06 F 1/02, 1982 г.).

Однако этот генератор обладает существенной сложностью, обусловленной большим числом разрядов в используемом регистре сдвига (2ⁿ-1 при 2ⁿ генерируемых функциях Уолша), поскольку каждый разряд регистра сдвига представляет собой триггер.

Целью изобретения является упрощение генератора функций Уолша посредством уменьшения числа триггеров, используемых в качестве разрядов регистра сдвига.

Поставленная цель достигается тем, что в известный генератор функций Уолша, содержащий задающий генератор, регистр сдвига, регистр номера функции, элемент НЕ, элемент И и триггер, причем выход регистра номера функции подключен к параллельному информационному входу регистра сдвига, выход задающего генератора подключен к тактовому входу регистра сдвига и к входу элемента НЕ, выход элемента НЕ и последовательный выход регистра сдвига через элемент И подключены к счетному входу триггера, введены n-разрядный счетчик (где 2ⁿ - число генерируемых функций Уолша) и дополнительный элемент И, причем регистр сдвига замкнут в кольцо цепью обратной связи через дополнительный элемент И, второй вход которого подключен к выходу старшего разряда счетчика, счетный выход которого подключен к выходу задающего генератора.

На фиг.1 представлена структурная схема генератора функций Уолша, на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования генератором функции Wal (5, θ), на фиг.3 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования генератором функции Wal (6, θ).

Генератор функций Уолша содержит задающий генератор 1, элемент НЕ 2, регистр 3 сдвига, регистр 4 номера функции, элемент И 5, триггер 6, n-разрядный счетчик 7 и дополнительный элемент И 8.

Генератор функций Уолша работает следующим образом.

Двоичный код номера функций Уолша, который должен быть записан в регистре 3 сдвига, определяется следующими таблицами:

Матрица, строками которой являются двоичные коды номеров функций Уолша, симметрична относительно столбца с порядковым номером 2^n-1, помеченного в таблицах стрелкой. Следовательно, начальные условия для моделирования нужной функции Уолша можно задать, записав в регистре 3 сдвига не весь двоичный код номера функции, а только символы 2^n-1, и следующие за ним по порядку в строке, соответствующей номеру нужной функции. Количество этих символов равно 2^n-1.

Число этих символов равно числу разрядов в регистре 3 сдвига. Перед началом работы старший разряд n-разрядного счетчика 7 должен быть установлен в единичное состояние, а остальные разряды - в нулевое состояние, триггер 6 должен быть установлен в единичное состояние.

Кодовая комбинация, представляющая собой усеченный код, имеющий число разрядов в два раза меньше, чем полный двоичный код номера функции Уолша (см. таблицы 1, 2, 3), переписывается из регистра 4 номера функции в регистр 3 сдвига.

Например, для случая N=16 при формировании функции с порядковым номером 7 в прототипе (см. авторское свидетельство СССР №1076892, кл. G 06 F 1/02, 1982 г.) используется регистр сдвига 3, имеющий 15 разрядов (триггеров) для записи двоичного кода номера функции Уолша 010101010101010. А в предлагаемом генераторе для формирования этой же функции используется регистр сдвига 3, имеющий всего 8 разрядов (триггеров) для записи усеченного двоичного кода номера функции Уолша 10101010 (см. таблицу 3).

Под воздействием тактовой частоты, поступающей с выхода задающего генератора 1 на тактовый вход регистра 3 сдвига, информация, записанная в нем, сдвигается и поступает на один из входов элемента И 5, на второй вход которого поступает инвертированный сигнал тактовой частоты. Информация с выхода регистра 3 сдвига поступает также на один из входов дополнительного элемента И 8, на второй вход которого поступает единичный потенциал с выхода старшего разряда счетчика 7. Информация с выхода дополнительного элемента И 8 будет поступать на вход регистра 3 сдвига до тех пор, пока старший разряд счетчика 7 будет находиться в единичном состоянии. Поскольку счетчик 7 имеет n разрядов, причем перед началом его работы в его старшем разряде была записана «1», то это произойдет через 2^n-1 тактов работы задающего генератора 1. Таким образом, в регистр 3 сдвига по цепи обратной связи запишутся 2^n-1-1 символов, вышедших из него, и, следовательно, они повторно поступят на вход элемента И 5, то есть на вход элемента И 5 в итоге поступит не усеченный, а полный код номера функции Уолша.

Напряжение на выходе элемента И 5 оказывается стробированным, причем на каждый двоичный интервал минимальной длительности приходится по одному стробу, а длительность каждого строба равна половине длительности тактового интервала. Сигналы с входа элемента И 5 поступают на счетный вход триггера 6, предварительно установленного в одиночное состояние. Моменты появления логических единиц на выходе элемента И 5 соответствуют моментам перемен знака генерируемой функции Уолша, поэтому на выходе триггера 6 оказывается сформированной соответствующая функции Уолша.

На фиг.2 и фиг.3 представлены диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования функций Wal (5, θ) и Wal (6, θ).

На диаграммах показано временное состояние выходов:

а) задающего генератора 1;

б) элемента НЕ 2;

в) старшего разряда счетчика 7;

г) регистра 3 сдвига;

д) дополнительного элемента И 8;

е) элемента И 5;

ж) триггера 6.

В предлагаемом генераторе функции Уолша число разрядов в регистре 3 сдвига равно 2^n-1, а число разрядов в счетчике 7 равно n, тогда общее число разрядов:

N₁=2^n-1+n.

В прототипе число разрядов в регистре 3 сдвига равно:

N₂=2ⁿ-1.

Таким образом, схема предлагаемого генератора функций Уолша содержит значительно меньше, чем прототип, число триггеров (разрядов регистра 3 сдвига и счетчика 7). Выигрыш в числе триггеров составляет:

N₂-N₁=2ⁿ-1-(2^n-1+n)=2^n-1(2-1)-1-n=2^n-1-n-1.

В таблице 4 представлены расчеты числа триггеров, входящих в состав регистра 3 сдвига и счетчика 7 предлагаемого генератора функций Уолша и прототипа для различного числа формируемых функций N=2ⁿ.

Таблица 4
Используемая схема	Количество триггеров для различного числа генерируемых функций Уолша
16	32	64	128	256	512	1024
Прототип	15	31	63	127	255	511	1023
Предлагаемый генератор	12	21	38	71	136	265	522

В предлагаемом генераторе обеспечивается выигрыш в числе триггеров, используемых для построения регистра 3 сдвига и счетчика 7 по сравнению с прототипом для варианта, формирующего 16 функций Уолша - 20%, для формирующего 128 функций 44%, для формирующего 1024 функции - 49%.

При увеличении числа N=2ⁿ формируемых функций Уолша выигрыш увеличивается и в пределе равен 50%.

Использование изобретения позволяет существенно упростить устройство генератора функций Уолша посредством уменьшения числа триггеров, используемых в качестве разрядов регистра сдвига.

Генератор функций Уолша, содержащий задающий генератор, регистр сдвига, регистр номера функции, элемент НЕ, элемент И и триггер, причем выход регистра номера функции подключен к параллельному информационному входу регистра сдвига, выход задающего генератора подключен к тактовому входу регистра сдвига и к входу элемента НЕ, выход элемента НЕ и последовательный выход регистра сдвига через элемент И подключены к счетному входу триггера, отличающийся тем, что, с целью упрощения генератора посредством уменьшения числа триггеров, используемых в качестве рязрядов регистра сдвига, в него введены n - разрядный счетчик, где 2ⁿ - число генерируемых функций Уолша, и дополнительный элемент И, причем регистр сдвига замкнут в кольцо цепью обратной связи через дополнительный элемент И, второй вход которого подключен к выходу старшего разряда счетчика, счетный вход которого подключен к выходу задающего генератора.