DE4219060A1 - Identification set=up for coeffts. in fast Fourier transformation process - uses neural network to avoid need for sine and cosine functions to be calculated for each transformation - Google Patents

Identification set=up for coeffts. in fast Fourier transformation process - uses neural network to avoid need for sine and cosine functions to be calculated for each transformation

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DE4219060A1
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    • G06N3/06—Physical realisation, i.e. hardware implementation of neural networks, neurons or parts of neurons
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Abstract

A neural network approach is used for the rapid identification of coefficients in a fast Fourier transformation process. In particular, the process reduces the identification to a single routine. The serial input of a serial to parallel shift register receives the continuous signal and the parallel outputs are received by the neurons of the network. An output stage consists of a further shift register (2) generating a serial output. The output is defined as an + summation of fi. ga, n, 1 for values of n from i-o to m1. ADVANTAGE - Reduces time to determine Fourier coeffts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung von Fourier- Koeffizienten, wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben.The invention relates to an arrangement for determining Fourier Coefficients as indicated in the preamble of claim 1.

In vielen technischen Anwendungen, wie beispielsweise der Muster­ erkennung, ist es zweckmäßig, ein Signal vom Zeitbereich in den Frequenzbereich zu transformieren.In many technical applications, such as the pattern detection, it is useful to move a signal from the time domain to the Transform frequency range.

Hierzu ist es im allgemeinen üblich, die Transformation durch Bestimmung der Fourier-Koeffizienten an und bn nach den folgenden Formeln durchzuführen:For this purpose, it is generally customary to carry out the transformation by determining the Fourier coefficients a n and b n according to the following formulas:

Bei der bekannten Anordnung werden diese Gleichungen im allgemeinen mittels schneller Prozessoren nach der von-Neumann-Architektur und dem effizienten Algorithmus der schnellen Fourier-Transformation (FFT) gelöst.In the known arrangement, these equations are general using fast processors based on the von Neumann architecture and the efficient algorithm of the fast Fourier transform (FFT) solved.

Die bekannte Anordnung weist jedoch den schwerwiegenden Nachteil auf, daß bei jeder Transformation die Sinus- und Cosinusfunktionen erneut berechnet werden müssen, was einen erheblichen Zeitaufwand erfordert.However, the known arrangement has the serious disadvantage that that with each transformation the sine and cosine functions again have to be calculated, which takes a considerable amount of time.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Anordnung anzugeben, welche nach einer einmaligen Bestimmung der Sinus- und Cosinus­ funktionen eine Vielzahl von Transformationen ermöglicht und dadurch den Zeitaufwand für die Fourier-Transformation zu verringern.The object of the invention is therefore to provide an arrangement which after a one-time determination of the sine and cosine functions enables a variety of transformations and thereby reduce the time required for the Fourier transform.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zur Bestimmung der Fourier-Koeffizienten gelöst, welche die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 trägt.This object is achieved by an arrangement for Determination of the Fourier coefficients solved, which the characteristic features of claim 1 carries.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung und in den Zeichnungen dargestellt. Embodiments of the invention are in the subclaims in which Description and shown in the drawings.  

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. InEmbodiments of the invention are shown in the drawing and are described in more detail below. In

Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung eines Koeffizienten und in Fig. 1 is an inventive arrangement for determining a coefficient, and in

Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung der Fourier-Koeffizienten eines zeitkontinuierlichen Signales dargestellt. Fig. 2 shows a preferred embodiment of the assembly according to the invention for determining the Fourier coefficients of a time-continuous signal.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel zur Bestimmung des Fourier- Koeffizienten an mit einem technischen Neuron, welches ein lineares Übertragungsverhalten aufweist, dargestellt.In Fig. 1 a block diagram for one embodiment for the determination of the Fourier coefficients is shown with a technical neuron which has a linear transfer characteristic.

Dieses Neuron weist hierbei m Eingänge auf, welche mit einen aus m diskreten Werten fi, mit i = 0(1)m-1, bestehenden Signal beaufschlagt werden.This neuron has m inputs, to which a signal consisting of m discrete values f i , with i = 0 (1) m-1, is applied.

Das Neuron bildet nachfolgend sein Ausgangssignal an, indem die Werte fi mit den, dem jeweiligen Eingang zugeordneten, Gewichten ga, n, i gemäß der FormelThe neuron subsequently forms its output signal a n by the values f i with the weights g a, n, i assigned to the respective input in accordance with the formula

gewichtet summiert werden.weighted to be summed.

Die Gewichte zur Bestimmung des Fourier-Koeffizienten an erhält man hierbei durch Gleichsetzen von (1) und (3).The weights for determining the Fourier coefficient a n are obtained by equating (1) and (3).

Zur Bestimmung des Fourier-Koeffizienten an ergibt sich das i-te Gewicht zu:To determine the Fourier coefficient a n , the i-th weight is:

mit und i = 0 (1) m-1.with and i = 0 (1) m-1.

Analog hierzu ergeben sich die Gewichte gb, n, i zuAnalogously to this, the weights g b, n, i result

mit i = 0 (1) m-1. with i = 0 (1) m-1.  

Der durch die Verwendung eines Neurons erzielbare Vorteil besteht hierbei insbesondere darin, daß die Gewichte konstant sind, so daß sie nur einmal, bei der Initialisierung des Neurons, berechnet werden müssen und dadurch auch hardwaremäßig realisiert werden können.The advantage that can be achieved by using a neuron is in particular in that the weights are constant so that they only once, when the neuron is initialized must and can also be implemented in terms of hardware.

Die Konstanz der Gewichte ermöglicht eine analoge Implementierung der Neuronen, wodurch die erfindungsgemäße Anordnung erhebliche Geschwindigkeitsvorteile gegenüber der bekannten Anordnung aufweist.The constancy of the weights enables an analog implementation of the neurons, whereby the arrangement according to the invention is considerable Has speed advantages over the known arrangement.

Um eine Vielzahl von Fourier-Koeffizienten gleichzeitig bestimmen zu können, ist es gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung vorgesehen, eine Vielzahl von Neuronen zu einer Neuronenschicht parallelzuschalten.To determine a large number of Fourier coefficients at the same time can, it is according to a preferred embodiment of the invention provided a multitude of neurons to form a neuron layer to connect in parallel.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist hierdurch den Vorteil auf, daß die Fourier-Koeffizienten parallel ermittelt werden können, wodurch die hierzu benötigte Zeit erheblich reduziert wird.The arrangement according to the invention thereby has the advantage that the Fourier coefficients can be determined in parallel, whereby the time required for this is significantly reduced.

Da das zu transformierende Signal vielfach nicht in paralleler Form, sondern als zeitkontinuierliches Signal vorliegt, ist es, wie in Fig. 2 dargestellt, gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, in bekannter Weise, dieses zeitkontinuierliche Signal mittels eines Schieberegisters (Schieberegister 1), in eine parallele Form zu überführen.Since the signal to be transformed is often not in parallel, but as a continuous-time signal, it is provided, as shown in FIG. 2, according to a preferred embodiment of the invention, in a known manner, that continuous-time signal by means of a shift register (shift register 1 ), to convert into a parallel form.

Hierzu wird das zeitkontinuierliche Eingangssignal dem seriellen Eingang des Schieberegisters 1 beaufschlagt und nachfolgend das parallelgewandelte Signal an die Neuronen der Neuronenschicht weitergeleitet.For this purpose, the continuous-time input signal is applied to the serial input of the shift register 1 and the signal which has been converted in parallel is subsequently forwarded to the neurons of the neuron layer.

Da hierbei vor der Bestimmung der Fourier-Koeffizienten gewartet werden muß, bis das Eingangssignal parallelgewandelt wurde, ist es gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung vorgesehen, nach der, unter der Bezeichnung Pipelining bekannten Technik, ein Register zwischen dem Schieberegister 1 und der Neuronenschicht einzufügen.Since it is necessary to wait before determining the Fourier coefficients until the input signal has been converted in parallel, a further embodiment of the invention provides for a register to be inserted between the shift register 1 and the neuron layer using the technique known as pipelining.

Der hierdurch erzielbare Vorteil besteht darin, daß während der Bestimmung der Fourier-Koeffizienten dieses Registerinhaltes, durch das Schieberegister 1 bereits das nächste Signal parallelgewandelt werden kann, wodurch die Zykluszeit verkürzt wird. The advantage that can be achieved in this way is that during the determination of the Fourier coefficients of this register content, the next signal can already be converted in parallel by the shift register 1, as a result of which the cycle time is shortened.

Zur Weiterverarbeitung der Fourier-Koeffizienten mittels einer sequentiell arbeitenden Anordnung, wie beispielsweise einer von-Neumann-Architektur, ist es gemäß einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen, wie bekannt, das parallele Ergebnis der Neuronenschicht mittels eines Schieberegisters in eine serielle Form zu überführen.For further processing of the Fourier coefficients using a sequential arrangement, such as one von Neumann architecture, it is according to a further education of the Arrangement according to the invention provided, as is known, the parallel Result of the neuron layer in a using a shift register to convert serial form.

Bei einer analogen Realisierung der erfindungsgemäßen Anordnung ist hierbei insbesondere der Vorteil erreichbar, daß die Fourier- Koeffizienten mit sehr hoher Geschwindigkeit ermittelt werden können, so daß nachfolgend, anstelle der Analog/Digital-Umsetzung des Eingangssignales, direkt die Fourier-Koeffizienten digitalisiert werden können.In an analogous implementation of the arrangement according to the invention the advantage that the Fourier Coefficients can be determined at very high speed so that subsequently, instead of the analog / digital implementation of the Input signals, the Fourier coefficients are digitized directly can.

Claims (6)

1. Anordnung zur Bestimmung von Fourier-Koeffizienten eines Signales, wobei von diesem Signal m diskrete Werte vorliegen, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Neurons zur Bestimmung eines der Fourier­ Koeffizienten.1. Arrangement for determining Fourier coefficients of a signal, m of which there are discrete values of this signal, characterized by the use of a neuron for determining one of the Fourier coefficients. 2. Anordnung nach Anspruch 1 zur gleichzeitigen Bestimmung einer Vielzahl von Fourier-Koeffizienten, gekennzeichnet durch das Parallel­ schalten einer Vielzahl von Neuronen.2. Arrangement according to claim 1 for the simultaneous determination of a Large number of Fourier coefficients, characterized by the parallel switch a variety of neurons. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das n-te Neuron, zur Bestimmung des n-ten Fourier-Koeffizienten, sein Ausgangssignal gemäß der Formel bildet, daß das i-te Gewicht mit i = 0 (1) m-1 zur Bestimmung des Koeffizienten an gemäß der Gleichung gebildet wird, beziehungsweise, daß das i-te Gewicht mit i = 0 (1) m-1 zur Bestimmung des Koeffizienten bn gemäß der Gleichung gebildet wird.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the nth neuron, for determining the nth Fourier coefficient, its output signal according to the formula forms that the i-th weight with i = 0 (1) m-1 for determining the coefficient a n according to the equation is formed, or that the i-th weight with i = 0 (1) m-1 for determining the coefficient b n according to the equation is formed. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für zeitkontinuierliche Eingangssignale, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Schieberegister (Schieberegister 1) zur seriell-parallel-Umsetzung dieses Eingangs­ signals.4. Arrangement according to one of claims 1 to 3 for continuous time Input signals, characterized by an additional shift register (Shift register 1) for serial-parallel conversion of this input signals. 5. Anordnung nach Anspruch 4. zur Anwendung der Pipelining-Technik, gekennzeichnet durch ein zusätzliches Register zur Zwischenspeicherung der Ausgangssignale des Schieberegisters (Schieberegister 1). 5. Arrangement according to claim 4. for the application of the pipelining technique, characterized by an additional register for temporary storage the output signals of the shift register (shift register 1).   6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens ein zusätzliches Schieberegister (Schieberegister 2) zur parallel-seriell-Umsetzung der Koeffizienten.6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized by at least one additional shift register (shift register 2) for parallel-serial conversion of the coefficients.
DE4219060A 1992-06-11 1992-06-11 Identification set=up for coeffts. in fast Fourier transformation process - uses neural network to avoid need for sine and cosine functions to be calculated for each transformation Withdrawn DE4219060A1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005006250A1 (en) * 2003-06-25 2005-01-20 Variance Dynamical, Inc. Apparatus and method for detecting and analyzing spectral components
RU2473126C1 (en) * 2011-10-28 2013-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Neuroprocessor

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