NO173627B - Optimalisert parametrisk signalprosessor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår signalbehandling, og

særlig parametrisk signalbehandling.

Parametrisk signalbehandling benyttes på mange områder,

for eksempel ved tale- og bildeanalyse, -syntese og -gjenkjennelse, i nevrofysikk, geofysikk, matrisebehandling, dataassistert tomografi, kommunikasjon og astronomi, for bare å nevne noen få områder.

Et eksempel på signalbehandling av spesiell betydning er den lineære prediksjonsteknikk, som benyttes ved tale-

analyse, -syntese og -gjenkjennelse, og ved behandling av seismiske signaler for å muliggjøre rekonstruksjon av geofysiske grunnformasjonslag. Den lineære prediksjons-teknikken benytter en spesialisert autokorrelasjonsfunksjon.

En annen type signalbehandling som har funnet en rekke anvendelser, er bestemmelse av et optimalt (i betydningen "minste kvadrater") filter med endelig impulsrespons ("finite impulse response filter"). En signalprosessor som benytter en slik teknikk arbeider med autokorrelasjonen til filterets . inngangssignal og krysskorrelasjonen mellom inngangssignalet og det ønskede responssignalet, og kan benyttes i mange av de ovennevnte anvendelsene.

En ytterligere type signalbehandling av spesiell

betydning er kjent innen dette tekniske fagområde som "L-step ahead" prediksjon og filtrering for løsning av problemet med "optimal forsinkelse" ("optimum lag"). Denne teknikken er særlig nyttig når det gjelder å lage tilspissings- og formdannende filtere. Signalprosessorer som utfører denne funksjonen anvender en spesialisert autokorrelasjonsfunksjon som også tar i betraktning en tidsforsinkelse som er tilknyttet systemet.

Rent generelt vil kompleksiteten av den signalbehandlingen som er nødvendig for å tilveiebringe nyttig informasjon, øke ettersom det undersøkte systemets orden øker. Ved å benytte den generelle Gaussiske eliminasjonsprosedyren, kan for eksempel et system av orden p behandles i "0(p<3>)"

trinn, hvilket indikerer at antallet trinn "har orden" p<3>, d.v.s. en funksjon av p i tredje potens. Således vil man

forstå at et system med orden p = 100 har behov for størrelsesorden en million behandlingstrinn for å behandle signalet, hvilket utgjør en begrensning av ganske åpenbar betydning, særlig når det er nødvendig med sanntidsbehandling.

Det er utviklet signalbehandlingsteknikker som har redusert antallet operasjoner som er nødvendig for å behandle et signal. En slik metode er basert på en teknikk som er utviklet av N. Levinson, og metoden krever 0(p<2>) operasjoner i rekkefølge for å behandle signalet. Nøyere regnet vil "Levinson-teknikken" kreve 0(2.p<2>) operasjoner i rekkefølge for å behandle signalet. En forbedret versjon av denne teknikken, kjent som "Levinson/ -Durbin-teknikken", krever 0(l.p<2>) operasjoner i rekkefølge for å behandle signalet. Ingen av disse teknikkene passer for parallell-utførelse. Når det gjelder Levinson- og Levinson/Durbin-teknikkene generelt, skal det vises til N. Levinson, "The Wiener RMS (Root-Mean-Square) Error Criterion in Filter Design and Prediction", J. Math Phys.. Vol 25, side 261-278, januar 1947; og J. Durbin, "The Filtering of Time Series Models", Rev. Int. Statist. Inst., Vol. 28, side 233-244, 1960.

Selv om de representerer omtrent en størrelsesorden forbedring i forhold til den Gaussiske eliminasjonsteknikken, er Levinson- og Levinson-Durbin-teknikkene for langsomme for mange komplekse systemer hvor det er nødvendig med sanntidsprosessering.

En annen metode for iverksetting av hovedrekursjonen i Levinson/Durbin-teknikken, for beregning av det som er kjent som "gitter-koef f isienter", ble utviklet av Schiir i 1917 for å etablere en betingelse for system-stabilitet. Se I. Schur, "Uber Potenzreihen Die In Innern Des Einheitskreises Beschrankt Sind", J. Reine Angewandte Mathematik. Vol. 147, 1917, side 205 - 232. Lev-Ari og Kailath ved Standford-universitetet har utviklet en annerledes angrepsmåte, basert på Schur- og Levinson-teknikkene, og denne tilveiebringer en trekantet "stige-struktur" for signalbehandling. Lev-Ari og Kailath-teknikken benytter selve signalet som inngangssignal til prosessoren istedet for autokorrelasjons-koeffisienter, og signalet benyttes også i sammenheng med signalmodelleringen. Se H. Lev-Ari og T. Kailath, "Schur and Levinson Algorithms for Non-Stationary Prosesses", IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, 1981, side 860-864.

I en annen modifikasjon av Schur-teknikken utledet Le Roux og C. Gueguen Schur-algoritmen pånytt, idet ekstra vekt ble lagt på iverksettelsen av endelig ordlengde, og idet det benyttes fasttall-aritmetikk ("Fixed Point Arithmetics"). Se Le Roux og Gueguen, ""A Fixed Point Computation of Partial Correlation Coefficients", IEEE Transactions on Acoustics, Speech. and Signal Processing, juni 1977, side 257-259.

Endelig har Kung og Hu utviklet en parallell-metode basert på Schur-teknikken, og her benyttes flere parallelle prosessorer for å behandle et signal med orden p i løpet av O(P) operasjoner, hvilket er en betydelig forbedring sammenlignet med Levinson/Durbin-teknikken. Se Kung og Hu, "A Highly Concurrent Algorithm and Pipelined Architecture for Solving Toeplitz Systems", IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-31, nr. 1, februar 1983, side 66-76. Imidlertid begrenses anvendelsen av Kung og Hu-teknikken alvorlig i og med at den krever at antallet prosessorer er like stort som ordenen til systemet som skal løses. Således kan Kung og Hu-teknikken ikke behandle et signal som er tilveiebrakt av et system med orden som er større enn antallet parallelle prosessorer. System-kompleksitet er derfor en viktig begrensende faktor ved bruk av Kung og Hu-teknikken, siden mange komplekse systemer kan ha orden som er mye høyere enn det antall parallelle prosessorer som for tiden kan finnes i moderne VLSI- eller annen teknologi.

Fra publikasjonen IEEE Int. Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, vol. 4, 26-29 March 1985, New York, US: G. Carayannis m.fl.: "A new look on the parallel implementation of the Shur algorithm for the solution of Toeplitz equations", sidene 1858-1861, er kjent et system som benytter parallell realisasjon, og hvor antallet prosessorer tilsvarer systemets orden. I publikasjonen beskrives også en rekursiv teknikk hvor det kun benyttes en prosessor.

Det er et mål for foreliggende oppfinnelse å overvinne vanskelighetene som er knyttet til tidligere kjente signal-prosessorer og -metoder.

Det er et annet mål for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en optimalisert parametrisk signalprosessor og signal-behandlingsmetode.

Det er videre et mål for foreliggende oppfinnelse å skaffe en signalprosessor og signalbehandlingsmetode som kan iverksettes ved bruk av (i) en eneste behandlingsenhet for å behandle et signal på fullstendig sekvensiell måte, (ii) flere behandlingsenheter for å behandle et signal på fullstendig parallell måte, eller (iii) et mindre antall behandlingsenheter for å behandle et signal på "oppdelt parallell-måte".

Det er videre et mål for foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe en signalprosessor for lineær prediksjon som også utgjør basis for "L-step ahead"- og "minste kvadrater/endelig impulsrespons (LS-FIR)"-prosessorer.

I samsvar med et grunnleggende aspekt av foreliggende oppfinnelse, er det tilveiebrakt en signalprosessor som mottar autokorrelasjons-koeffisienter ri med i=[0-p] svarende til et system med orden p, for tilveiebringelse av gitter-koeffisienter kj for systemet, med j=[l-p]. Signalprosessoren omfatter

en inngangsinnretning for å motta autokorrelasjons-koef f isientene,

et antall behandlingsenheter som hver innbefatter en prosessor innrettet for å multiplisere verdier ved en første og en andre inngang med en gitter-koeffisient (kj), hvilket resulterer i et første og et andre produkt, og for individuelt å addere verdier ved en tredje og en fjerde inngang med henholdsvis det første og det andre produkt,

en første struktur innrettet for å føre utgangssignalene fra nevnte antall parallelle behandlingsenheter igjen til

inngangene på minst en av de parallelle behandlingsenhetene. Derved mottar den første og den andre inngang i løpet av et første tidsintervall i hver prosessor henholdsvis en første av autokorrelasjons-koeffisientene for multiplikasjon med en første gitter-koeffisient (ki), og tredje og fjerde inngang mottar et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene som ligger tilstøtende den første av disse koeffisientene, for å gi et par av første mellomliggende verdier

på utgangene av hver prosessor, og i løpet av et andre tidsintervall føres parene av første mellomliggende verdier igjen til prosessor-inngangene ved hjelp av nevnte første struktur for mulitiplikasjon av utvalgte to av de første mellomliggende verdier med en andre gitter-koeffisient for å frembringe et par av andre produkter, og for individuelt å addere et par av de første mellomliggende verdier, som ligger tilstøtende til de utvalgte to av de første mellomliggende verdier, med nevnte par av andre produkter, for å gi minst et par av andre mellomliggende verdier. Videre inngår divisjonskretser for å danne kvotienten for et utvalgt par av nevnte autokorrelasjons-koeffisienter for å frembringe den første gitter-koeffisient, og for å danne kvotienten for et utvalgt par av de første mellomliggende verdier for å frembringe den andre gitter-koeffisient. Signalprosessoren kjennetegnes ved at antallet behandlingsenheter er mindre enn systemets orden (p), og ved en andre struktur innrettet for å lagre utvalgte enkelte av de første og andre mellomliggende verdier og for selektivt å gjenfinne, i løpet av passende tidsintervaller etter nevnte andre tidsintervall, de lagrede mellomliggende verdier for å føre disse til passende innganger på behandlingsenhetene slik at ytterligere par av mellomliggende verdier frembringes når ytterligere gjenværende autokorrelasjons-koeffisienter tilføres til prosessorene. I samsvar med et annet aspekt av foreliggende oppfinnelse er det frembrakt en fremgangsmåte for å tilveiebringe, i en signalprosessor som mottar autokorrelasjons-koeffisienter ri med i=[0-p] svarende til et system med orden p, gitter-koef f isienter kj for systemet, med j=[l-p]. Fremgangsmåten omfatter tilførsel av autokorrelasjons-koeffisientene til et antall behandlingsenheter som hver innbefatter en prosessor som multipliserer verdier ved en første og en andre inngang med en gitter-koeffisient (kj), hvilket resulterer i et første og et andre produkt, og individuelt adderer verdier ved en tredje og en fjerde inngang med henholdsvis det første og det andre produkt, tilførsel av utgangssignalene fra nevnte antall parallelle behandlingsenheter igjen til inngangene på minst en av de parallelle behandlingsenhetene, slik at i løpet av et første tidsintervall i hver prosessor mottar den første og den andre inngang henholdsvis en første av autokorrelas jons-koef f isientene for multiplikasjon mec* en første gitter-koeffisient (ki), og tredje og fjerde inngang (a, d) mottar et utvalgt par av autokorrelasjons-koef f isientene, hvilke ligger tilstøtende til den første av disse koeffisientene, for å gi et par av første mellomliggende verdier

ved utgangene av hver prosessor, og i løpet av et andre tidsintervall tilføres parene av første mellomliggende verdier igjen til prosessor-inngangene for multiplikasjon av utvalgte to av de første mellomliggende verdier med en andre gitter-koeffisient for å frembringe et par av andre produkter, og for individuelt å addere et par av de første mellomliggende verdier, som ligger tilstøtende til de utvalgte to av de første mellomliggende verdier, med paret av andre produkter for å gi minst et par av andre mellomliggende verdier, og dannelse av kvotienten for et utvalgt par av

autokorrelasjons-koeffisientene for å frembringe den første gitter-koeffisient, og dannelse av kvotienten av et utvalgt par av første mellomliggende verdier for å frembringe den andre gitter-koeffisient. Fremgangsmåten kjennetegnes særskilt ved at et antall behandlingsenheter tilveiebringes som er mindre enn systemets orden p, og ved at utvalgte enkelte av de første og andre mellomliggende verdier lagres, og videre ved at de lagrede mellomliggende verdier selektivt gjenfinnes i løpet av passende tidsintervaller etter nevnte andre tidsintervall for tilførsel til passende innganger på behandlingsenhetene slik at ytterligere par av mellomliggende verdier frembringes når ytterligere gjenværende autokorrelasjons-koeffisienter tilføres til prosessorene.

Ifølge et tredje aspekt ved oppfinnelsen er det frembrakt en signalprosessor som mottar autokorrelasjons-koeffisienter ri med i=[-(p)-p]/ svarende til et system med orden p, for å tilveiebringe henholdsvis normale og adjungerte gitter-koef f isienter (kj og kj<*>) for systemet, med j=[l-p]. Signalprosessoren omfatter

en inngangsanordning for å motta autokorrelasjons-koeffisientene,

et antall behandlingsenheter som hver innbefatter en prosessor som multipliserer verdier ved en første og en andre inngang med henholdsvis en normal og en adjungert gitter-koeffisient (kj, kj*), hvilket resulterer i et første og et andre produkt, og individuelt adderer verdier ved en tredje og en fjerde inngang med henholdsvis det første og det andre produkt,

en første struktur for å tilføre utgangssignalene fra nevnte antall parallelle behandlingsenheter igjen til inngangene på minst en av de parallelle behandlingsenhetene. Derved mottar henholdsvis den første og den andre inngang i hver prosessor i løpet av et første tidsintervall en første av autokorrelasjons-koef f isientene for multiplikasjon med henholdsvis den første normale og adjungerte gitter-koeffisient (ki, kl<*>), og tredje og fjerde inngang mottar et utvalgt par

av autokorrelasjons-koeffisientene, hvilke ligger tilstøtende til den første av koeffisientene, for å gi et par av første mellomliggende verdier

ved utgangene (f, e) av hver prosessor, og i løpet av et andre tidsintervall tilføres parene av første mellomliggende verdier igjen til prosessor-inngangene ved hjelp av den nevnte første struktur for derved å multiplisere en utvalgt duo av de første mellomliggende verdier med henholdsvis andre normale og andre adjungerte gitter-koeffisienter for å frembringe et par av andre produkter, og for individuelt å addere et par av de første mellomliggende verdier, som ligger tilstøtende til den utvalgte duo av de første mellomliggende verdier, med paret av andre produkter, for å gi minst et par av andre mellomliggende verdier. Videre inngår divisjonskretser for å danne kvotienten for et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene for å frembringe de nevnte normale og adjungerte første gitter-koeffisienter, og for å danne kvotienten for et utvalgt par av første mellomliggende verdier for å frembringe de nevnte andre normale og adjungerte gitter-koef f isienter . Signalprosessoren kjennetegnes særskilt ved at antallet behandlingsenheter er mindre enn systemets orden p, og ved en andre struktur innrettet for å lagre utvalgte enkelte av de første og andre mellomliggende verdier og for selektivt å gjenfinne i løpet av passende tidsintervaller etter nevnte andre tidsintervall de lagrede mellomliggende verdier for å tilføre disse til passende innganger på behandlingsenhetene, slik at ytterligere par av mellomliggende verdier frembringes når ytterligere gjenværende autokorrelasjons-koeffisienter tilføres til prosessorene.

Ifølge et fjerde aspekt ved oppfinnelsen er det frembrakt en fremgangsmåte for å tilveiebringe, i en signalprosessor som mottar autokorrelasjons-koeffisienter ri med i=[-(p)-p] svarende til et system med orden p, henholdsvis normale og adjungerte gitter-koeffisienter (kj og kj<*>) for systemet, med

j=[l-p]. Fremgangsmåten omfatter

tilførsel av av autokorrelasjons-koeffisientene til et antall behandlingsenheter som hver innbefatter en prosessor som multipliserer verdier ved en første og en andre inngang med henholdsvis normale og adjungerte gitter-koeffisienter (kj, kj<*>), hvilket resulterer i et første og et andre produkt, og individuelt adderer verdier ved en tredje og en fjerde inngang med henholdsvis det første og det andre produkt,

tilførsel av utgangssignalene fra nevnte antall parallelle behandlingsenheter igjen til inngangene på minst en av de parallelle behandlingsenhetene, slik at i løpet av et første tidsintervall i hver prosessor mottar den første og den andre inngang henholdsvis en første av autokorrelasjons-koeffisientene for multiplikasjon med en første normal og en første adjungert gitter-koeffisient (ki, ki<*>), og tredje og fjerde inngang mottar et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene, hvilke ligger tilstøtende til den første av koeffisientene, for å gi et par av første mellomliggende verdier

ved utgangene på hver prosessor, og i løpet av et andre tidsintervall, tilføres parene av første mellomliggende verdier igjen til prosessor-inngangene for derved å multiplisere en utvalgt duo av de første mellomliggende verdier méd

. henholdsvis andre normale og adjungerte gitter-koeffisienter for å frembringe et par av andre produkter, og for individuelt å addere et par av de første mellomliggende verdier, som ligger tilstøtende til den utvalgte duo av de første mellomliggende verdier, med paret av andre produkter for å gi minst et par av andre mellomliggende verdier, og dannelse av kvotienten for et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene for å frembringe de første normale og adjungerte gitter-koef f isienter , samt dannelse av kvotienten for et utvalgt par av første mellomliggende verdier for å frembringe de andre

normale og adjungerte gitter-koeffisienter. Fremgangsmåten kjennetegnes særskilt ved at et antall behandlingsenheter tilveiebringes som er mindre enn systemets orden p, og ved at utvalgte enkelte av de første og andre mellomliggende verdier lagres, og at de lagrede mellomliggende verdier gjenfinnes selektivt i løpet av passende tidsintervaller etter det andre tidsintervall for tilførsel til passende innganger på behandlingsenhetene, slik at ytterligere par av mellomliggende verdier frembringes når ytterligende gjenværende autokorrelasjons-koeffisienter tilføres til prosessorene.som svarer til et system og som tilveiebringer gitter-koef f isienter for systemet, behandlingsinnretninger for

Disse og andre formål, aspekter og utførelser av foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives i nærmere detalj med henvisning til de vedføyde figurene, hvor: Fig. 1 viser en behandlingsstruktur i form av et "supergitter" og i et ikke-symmetrisk tilfelle, i samsvar med foreliggende oppfinnelse, Fig. 2 viser en signalbehandlings-struktur i samsvar med foreliggende oppfinnelse, som tillater at de direkte prediktor-koeffisientene ai kan utledes fra gitter-koef f isientene kL som frembringes av strukturen i figur l, Fig. 3 viser en behandlingsstruktur av "supergitter"-type for et symmetrisk tilfelle, i samsvar med foreliggende oppfinnelse, Fig. 4 viser en "basiscelle" i samsvar med foreliggende

oppfinnelse,

Fig. 5 illustrerer gjentatt bruk av basiscellen i fig. 4,

for å oppnå behandlingsstrukturen i figurene 1 og 3,

Fig. 6 illustrerer iverksettelse av supergitter-strukturen med bruk av tre basisceller for et system med orden 8, Fig. 7 illustrerer signalstrømmen gjennom reelle og virtuelle prosessorer som iverksetter arrangementet i fig. 6, og Fig. 8 viser den apparatmessige utførelse av arrangementet som vises i figurene 6 og 7, i samsvar med foreliggende oppfinnelse, og viser de tre basiscellene med tilknyttede apparater.

Ikke- svmmetrisk tilfelle.

I figur 1 er det vist en "supergitter,,-struktur av multipliserere, vist ved hjelp av trekanter, og adderere, vist ved sirkler, anordnet slik at de kan behandle et signal for å tilveiebringe en lineær prediktor for et ikke-symmetrisk system. Denne supergitter-strukturen danner også grunnlag for L-step ahead og LS-FIR prosessorer.

Som vist på figuren, tilføres et signal fra et system med orden P, slik som et seismisk signal, til en i og for seg kjent digital autokorrelator 10, som frembringer autokorrelasjons-koeffisienter r_5 til r5. Autokorrelasjons-koef f isientene leveres til en inngangsinnretning 12,

slik som et digitalt register eller bufferlager, for tilførsel til supergitterstrukturen. Med unntak av autokorrelasjons-koeffisientene r_5, r0 og r5 tilføres hver autokorrelasjons-koeffisient til et par multipliserere, hvis funksjon er å multiplisere hver koeffisient

med et par "gitter-koeffisienter" kn og kn* , idet kn er den normale gitter-koeffisient og kn<*> er den "adjungerte" gitter-koeffisient. Multiplisererne som er indikert med hvite trekanter, har som funksjon å multiplisere autokorrelasjons-koef f isientene med den normale gitter-koeffisienten kn, mens multiplisererne som er indikert ved svarte trekanter, har som funksjon å multiplisere autokorrelasjons-koeffisientene med de adjungerte gitter-koeffisientene kn<*.> Frembringelse av normale og adjungerte gitter-koeffisienter skal beskrives nedenfor.

De to produktene som frembringes ved å multiplisere hver autokorrelasjons-koeffisient med de normale og adjungerte gitter-koef f isientene blir i addererne som i figuren er vist med sirkler, addert sammen med et tilliggende par autokorrelasjons-koef f isienter for å tilveiebringe et sett av første mellomliggende verdier \ , hvor n = -3, -2, -1, 0, 2, 3, 4, 5, og ti

N$m/ hvor m= -5, -4, -3, -2, 0, 1, 2, 3. For eksempel multipliseres autokorrelasjons-koeffisient r-4 med ki og ki<*> i multiplisererne 14 og 16 henholdsvis, og produktene adderes til paret av autokorrelasjons-koeffisienter r-3 og r-3, som er tilliggende koeffisient r-4 , i henholdsvis addererne 18 og 20.

På samme måte blir autokorrelasjons-koeffisient r-3, etter multiplikasjon med gitter-koeffisientene ki og ki *, individuelt addert til det tilliggende par autokorrelasjons-koeffisienter r-4 og r-2. Samme prosess finner sted for autokorrelasjons-koef f isientene r-2 til r4 for å tilveiebringe settet med første mellomliggende verdier, som vist ovenfor.

For sammenhengens skyld:

Aukorrelasjons-koeffisientene r-5 til rs betegnes også som

55 og £ hvor n = -4 til 5 og m = -5 til 4.

Gitter-koeffisientene beregnes på følgende måte:

Gitter-koeffisientene ki og ki<*> tilveiebringes direkte fra autokorrelasjons-koeffisientene, mens det andre sett av gitter-koef f isienter k2 og k2<*>, beregnes fra de første mellomliggende verdier.

På en måte som ligner på den som ble tatt i bruk for å generere de første mellomliggende verdier, multipliseres utvalgte par av tilliggende første mellomliggende verdier, for eksempel

og S-3 med ^e normale °£ adjungerte gitter-koeffisientene k2 og k2<*>, henholdsvis, i multiplisererne 22 og 24. To første mellomliggende verdier °^ ^-5" ' fci Hi99eru^e °9 hver side av det utvalgte par, adderes til produktene som frembringes av henholdsvis multiplisererne 22 og 24, for å frembringe to andre mellomliggende verdier, ^>_2 oa Jj -5 • De gjenværende andre mellomliggende verdier genereres på en tilsvarende måte, nemlig ved å multiplisere et utvalgt par av tilliggende første mellomliggende verdier med de normale og adjungerte gitter-koef f isientene k2 og k2<*>, og ved å addere til produktene de første mellomliggende verdier tilliggende og på hver side av det utvalgte paret.

Det kan også sees at en ved å følge denne signalstrømmen vil få generert de tredje mellomliggende verdier og de endelige mellomliggende verdier på en tilsvarende måte.

Gitter-koeffisientene ki karakteriserer fullstendig den lineære prediktor, og kan benyttes istedenfor de direkte prediktor-koeffisientene. Gitter-koeffisientene foretrekkes faktisk når det gjelder lagring, overføring og hurtig tale-syntese, siden de har de betraktelige fordelene av å være ordnet, normalisert ("bounded by unity") og enkelt kan benyttes til stabilitetsregulering, effektiv kvantisering og lignende. Siden ro tilsvarer energien i signalet, og derfor vil ha den største amplituden av alle signalene som behandles av supergitteret, kan alle variabler normaliseres med hensyn til ro, og således forenkle bruken av "fasttall"-behandling med dens tilhørende fordeler når det gjelder nøyaktighet, hastighet og enkelhet.

Arrangementet som vises i figur 1, kan frembringe gitter-koef f isienter for et system av typen Ra = ^d, hvor R har "Toeplitz"-struktur. En detaljert analyse av denne teknikken er gitt av G. Carayannis et. al., "A New Look om the Parallel Implementation of the Schur Algorithm for the Solution of Toeplitz Eguations", IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, 26.-29.mars 1985, hvilken publikasjon herved opptas i sin helhet ved henvisning.

Selv om gitter-koeffisientene ki og ki<*> vanligvis foretrekkes, kan de direkte prediktor-koeffisientene ai, som for eksempel er nyttige når det gjelder spektralestimering, utledes fra gitter-koeffisientene ved å benytte behandlingsstrukturen i figur 2. Slik det vises, tilføres gitter-koeffisientene ki og ki* til et par multipliserere 30 og 32, hvis funksjon er å multiplisere de nevnte gitter-koeffisientene med de andre gitter-koef f isientene k2 og k2<*>, henholdsvis, for å frembringe et første sett produkter ai,2 og a<*>1,2 henholdsvis. Disse produktene multipliseres så henholdsvis med k3 * og k3 i multiplisererne 34 og 36, og adderes til henholdsvis k2<*> og k2, for å frembringe verdiene a<*>2,3 og a2 ,3 henholdsvis. Verdien av gitter-koef f isientene k2 og k2 * multipliseres også med henholdsvis k3 * og k3 i multiplisererne 38 og 40, og de mellomliggende verdiene a<*>1,2 og ai,2 adderes til disse produktene for å frembringe ytterligere mellomliggende verdier a<*>1,3 og ai,3, henholdsvis. Denne prosessen fortsetter inntil de direkte filter-koeffisientene ai ,8 til as ,8 og a* 1 ,e til a<*>8,e er frembrakt.

Symmetrisk tilfelle.

Det finnes en spesiell situasjon hvor systemet som skal analyseres kan karakteriseres ved at Ra = ^d, hvor R har symmetrisk "Toeplitz-struktur", slik som i tilfellet med autoregressiv lineær prediksjon. I slike tilfeller forenkles supergitter-strukturen i figur 1 til den symmetriske supergitter-f ormen i 3, r- i <=> K - i i det symmetriske tilfellet. Derfor blir de to trekantede lobene i figur 1 identiske, slik at en av dem kan utelates, hvorved man oppnår å eliminere halvparten av signalbehandlingen. Signalbehandlingsstrukturen for det symmetriske tilfellet, vist i figur 3, tilveiebringer lineær prediksjon, eller autoregressiv modell-dannelse ved å beregne gitter-koeffisienter, eller i det symmetriske tilfellet "PARCOR"-koeffisienter (partial correlation coeffisient).

I utgangspunktet må man legge merke til at det ikke finnes noen redundans i forbindelse med denne signalbehandlingsstrukturen (og heller ikke når det gjelder den som er vist i figur 1). D.v.s., hver ^ som opptrer i prosessoren frembringes bare en gang. I tillegg er bare de signalene som er nødvendige for frembringelse av gitter-koeffisienter, eller "PARCOR"-er, involvert. Således representerer signalbehandlingsstrukturen vist i figur 3 (og i figur 1) optimale behandlingsteknikker.

Signalprosessoren som er vist på figur 3, kan implementeres slik det er beskrevet med henvisning til figurene 4 til 8 nedenfor. Av forenklingsgrunner skal denne diskusjonen begrenses til det symmetriske tilfellet. Imidlertid vil implementering av det ikke-symmetriske tilfellet bli åpenbart når man betrakter beskrivelse av det symmetriske tilfellet.

På lignende måte som vist i det ikke-symmetriske tilfellet

i figur 1, tilføres et systemsignal til en digital autokorrelator 10, som frembringer autokorrelasjons-koeffisienter som karakteriserer det symmetriske systemet, nemlig ro til rs. Koeffisientene tilføres til en inngangsinnretning 42, slik som et digitalt register eller lager. Legg merke til at signalprosessoren i figur 3 mottar et signal fra et system med orden 8, mens systemet i figur 1 mottar et signal fra et system med orden 5.

På samme måte som med signalprosessoren i figur 1, tar signalprosessoren i figur 3 hver autokorrelasjons-koeffisient, unntatt den første og den siste, d.v.s. ro og rs, og multipliserer dem med den første gitter-koeffisient ki, som er beregnet ut fra ro og ri ( ^ o r i ) , ± samsvar med den generelle formelen kP 3p 3 o ^ * Produktet av hver slik multiplikasjon adderes individuelt til de tilliggende to autokorrelasjons-koeffisienter og frembringer de første mellomliggende verdier <*>3" n, hvor n = 0, 2 til 8 og -6 til -1. For eksempel multipliseres autokorrelasjons-koeffisient ri,

betegnet <*>3 ? og -1 f°r ^ samsvare med de mellomliggende variablene, med gitter-koeffisient ki, og autokorrelasjons-koef f isientene ro og ri adderes individuelt til produktet, for å frembringe et par av første mellomliggende verdier 0'°9

2 , henholdsvis. På samme måte frembringes de neste to

første mellomliggende verdier, nemlig -1 oq 3 ve(^ ^ multiplisere en autokorrelasjons-koeffisient r2 med gitter-

koeffisient ki , og ved å addere individuelt de tilliggende autokorrelasjons-koeffisientene, nemlig ri og T3 , til produktene.

De andre mellomliggende verdier kan beregnes fra de første mellomliggende verdier på en lignende måte. Først kan k2 beregnes fra forholdet mellom og ^ samsvar mec^ formelen gitt ovenfor. Så beregnes andre mellomliggende verdier °9 3o ' eksempel, vec^ ^ multiplisere de første mellomliggende verdie<r> 3"-l oa *S 2 me<^ gitter-koef f isient k2 , og ved å addere de tilliggende første mellomliggende verdier ^ ^ og til produktene individuelt. Signalbehandlingen fortsetter inntil de endelige verdiene og

3o er 0PPnådd, fra hvilke den siste gitter-koeffisienten ke kan beregnes i henhold til den ovenstående formel.

Dersom man ønsker å frembringe direkte prediktor-koeffisienter, kan behandlingsstrukturen vist i figur 2 benyttes 1 det symmetriske tilfellet såvel som i det ikke-symmetriske tilfellet. Imidlertid forenkles behandlingsstrukturen i figur

2 noe i det symmetriske tilfellet, siden kn = kn * .

Idet man vender tilbake til figur 3 bør nå flere punkter legges merke til. Selv om tegningen har form som en trekantet lobe, i den hensikt å illustrere de nøyaktige detaljene ved signalbehandlingen, må man være klar over at de forskjellige apparat-enhetene, nemlig multiplisererne vist ved hjelp av trekanter, og addererne, vist ved hjelp av sirkler, kan bestå av et enkelt sett av 14 multipliserere og 14 adderere hvis første funksjon er å frembringe de første mellomliggende verdier, deretter de andre mellomliggende verdier, og så videre til de endelige verdiene. Dessuten dersom 14 multipliserere og adderere ikke er tilgjengelige, kan et mindre antall deles eller være felles innen en hvilken som helst gitt gruppe av mellomliggende verdier.

Spesielt illustrerer figur 4 en "basiscelle" 44 som omfatter et par multipliserere 46 og et par adderere 48. Som vist på figur 4 er basiscellens 44 oppgave å frembringe et signal e = a + ki.b, og et signal f = d + ki .c.

Basiscellen kan realiseres med en "dobbelt-syklisk" prosessor eller med to "enkelt-sykliske" prosessorer for å tilveiebringe signalene e og f. Bruk av basiscellen, slik den er definert i figur 4, gir en apparatmessig homogen oppstilling, i den forstand at en gjentagelse av samme basiscelle er tilstrekkelig for å frembringe hele supergitterstrukturen.

Mer spesielt viser figur 5 tre basisceller som vises ved hjelp av henholdsvis heltrukne, strekede og prikkede linjer. Ved ganske enkelt å duplisere behandlingsenheten som vises i figur 4, kan et supergitter av en hvilken som helst størrelse "konstrueres", slik at et signal av nesten en hvilken som helst kompleksitet kan behandles. For eksempel vil supergitteret i figur 5 kunne behandle et signal fra et system med orden 3. For å behandle et signal fra et system med orden 4 kan en første tilleggs-basiscelle "plasseres på toppen av" basiscelle 2, for å gi de første mellomliggende verdier e3 og f3 (ikke vist). En andre tilleggs-basiscelle ville på samme måte kunne legges til, for å motta & 2 , f2 , e3 og f3 som inngangssignaler, og frembringe utgangssignalene I12 , i2 (ikke vist). Endelig kunne en tredje tilleggs-basiscelle benyttes for å motta hi, ii, h2 og i2 som inngangssignaler og gi som utgangssignaler ji og li (heller-ikke vist).

Fullstendig parallell utførelse.

Med de nylige fremskritt innen VLSI-teknologi er foreliggende oppfinnelse i stand til å dra fordel av nærværet av mer enn en prosessor, i et flerprosessor-miljø, hvor hver parallell prosessor (eller hvert par av prosessorer) fungerer som "basiscelle".

Idet en igjen viser til figur 3, skal det bemerkes at en "fullstendig parallell" utførelse er en utførelse hvor alle de første mellomliggende verdier blir tilveiebrakt hovedsakelig samtidig,i parallell, og så på et senere tidspunkt, frembringes alle de andre mellomliggende verdier, også i parallell, o.s.v., inntil signalparameterne har forplantet seg gjennom hele supergitteret. Den fullstendig parallelle utførelsen av supergitteret er optimalt med tanke på signalbehandlingshastighet.

For å oppnå en fullstendig parallell utførelse må minst

p-1 basisceller tilveiebringes for et system med orden p. I figur 3 kan det sees at syv basisceller er nødvendige for et system med orden 8. I drift leveres autokorrelasjons-koeffisi-

entene til inngangsinnretningen 42, for eksempel et digitalt register eller bufferlager, og tilføres til de syv basiscellene hovedsakelig samtidig, for å frembringe settet av første mellomliggende verdier. Disse mellomliggende verdiene blir så "ført tilbake" til inngangsinnretningen 42, for pånytt å tilføres til behandlingsenhetene. Imidlertid, siden det bare finnes fjorten av de første mellomliggende verdiene, sammenlignet med de seksten inngangsverdiene som er generert ut fra autokorrelasjons-koeffisientene i løpet av det andre trinn, benyttes bare seks av de syv basiscellene, istedenfor alle syv, til å frembringe settet av andre mellomliggende verdier. De andre mellomliggende verdiene blir på samme måte "ført tilbake" til inngangsinnretningen 42 og tilført pånytt til fem av basiscellene, for å frembringe settet av tredje mellomliggende verdier, o.s.v. inntil settet av sjette mellomliggende verdier blir "ført tilbake" til en eneste basiscelle for å frembringe de endelige verdiene.

Det kan sees at en sekvens av p-1 parallelle trinn kreves for å beregne PARCOR-ene. M.a.o. er signalprosessorens kompleksitet av orden p, og p-1 behandlingsenheter er nødvendige for implementasjon av den fullstendige parallelle teknikken. Dette gir en gunstig sammenligning med teknikken som er foreslått av Kung og Hu, nevnt ovenfor, som krever flere behandlings-elementer. Et datamaskinprogram, skrevet i Pascal, for en simulering av den fullstendig parallelle utførelsen, er vist i Appendix 1 nedenfor.

Ordens- rekursiv utførelse.

Man vil ved inspeksjon av figur 5 legge merke til at hele supergitterstrukturen til signalprosessoren i samsvar med figur 3, kan bygges ved å bruke en eneste basiscelle som "byggeblokk". For eksempel kan basiscellen vist i figur 4 først virke som basiscelle 1 i figur 5, for å behandle verdiene ai , bi , ci og di slik at mellomliggende verdier ei og fi frembringes, og fra disse igjen beregnes en gitter-koeffisient. For å bestemme den neste gitter-koeffisienten må imidlertid basiscellen i figur 4 fungere som basiscelle 2 i figur 5. Når den gjør dette, behandler den verdiene a. i , b2 , C2 og d2 for å frembringe mellomliggende verdier e2 og f2. Verdiene a2 og b2 er i virkeligheten de samme som to av inngangssignalene til den første basicellen nemlig ci og di .

Endelig benyttes basiscellen i figur 4 som basiscelle 3 i figur 5, for å beregne hi og ii basert på ei , fi , e2 og f2, og den siste gitterkoeffisienten kan beregnes fra hi og ii .

Man skal være klar over at et supergitter av en hvilken som helst størrelse kan konstrueres fra en eneste basiscelle, for å behandle fullstendig autokorrelasjons-koeffisientene tilknyttet et system med nesten en hvilken som helst orden.

Ved iverksettelse av den ordens-rekursive teknikk, med henvisning til figur 3, tilføres autokorrelasjons-koeffisientene fra den digitale autokorrelator 10 til inngangsinnretningen 42

og lagres i denne. Den ene basiscelle ville først frembringe

oa 3" 2 baser<: Pa autokorrelas jons-koef f isientene ro , ri

og r2, og gitterkoefffisient ki, som på sin side beregnes ut fra n og ro . Verdiene av ki , ^ og ^ 2 lagdes for senere bruk. Deretter ville k2 bli tilveiebrakt ut fra ^| og

^ * , og k2 , ^ q og ville lagres for ytterligere bruk. Den ene basiscellen ville da frembringe 3"~i °g 3*3 ' basert på auto-korrelasjons-koeffisientene ri, r2, og r3. Disse verdiene ville bli "ført tilbake" til inngangen på basiscellen, sammen med verdiene og XI f°r a frembringe Jg oa

\?, basert på disse verdiene og k2. På dette punkt kan den neste gitter-koeffisient, k3 , tilveiebringes fra j0 og 3 3 ' og lagres sammen med de andre gitter-koeffisientene.

Denne prosessen med rekursiv "tilbakeføring" av de mellomliggende variablene inn i basiscellen for å frembringe ytterligere mellomliggende verdier og tillate frembringelse av ytterligere gitter-koeffisienter, gjentas inntil hele signalet er behandlet i samsvar med det skjema som vises i figur 3.

Siden bare en basiscellle benyttes i dette tilfellet, er en signalprosessor som benytter den ordens-rekursive utførelsen en rent sekvensiell maskin som krever p(p-l) maskinperioder (D.v.s. med orden p i kvadrat) for å behandle et signal fra et system med orden p. Den kan imidlertid implementeres svært enkelt, siden den ene basiscellen er den eneste involverte beregningsmessige struktur. Dessuten, der hvor PARCOR-ene er nødvendige istedenfor de direkte filter-koeffisientene, er den ordens-rekursive teknikken ifølge foreliggende oppfinnelse noe raskere og mye enklere enn Levinson/Durbin-teknikken, men LeRox-Gueguen-teknikken har samme kompleksitet.

Et datamaskinprogram, skrevet i Pascal, for å simulere den ordens-rekursive signalprosessoren, er vist i Appendix 2 nedenfor.

Oppdelt parallell utførelse.

Som man vil forstå er den utførelsen av foreliggende oppfinnelse som tilveiebringer den raskeste signalbehandlingen, den fullstendig parallelle utførelsen som er diskutert ovenfor. Imidlertid har denne teknikken den ulempe at den krever nesten like mange basisceller (p-1) som ordenen til systemet som skal undersøkes (p). Det kan således hende at en fullstendig parallell utførelse ikke er mulig å oppnå for systemer med svært høy orden, på grunn av at man ikke har tilstrekkelig mange prosessorer. Dessuten kan en fullstendig parallell utførelse i noen tilfeller være uønsket, på grunn av at bruk av færre prosessorer gir en gunstigere løsning kostnadsmessig.

Som en annen ytterlighet må nevnes at den enkleste måten å realisere signalprosessoren på i samsvar med foreliggende oppfinnelse, er ved å benytte en enkelt basiscelle i den ordens-rekursive utførelse. Imidlertid har denne utførelsen ulempen av å være langsomst, idet den krever størrelsesorden p<2> operasjoner for å behandle signalet fullstendig.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et kompromiss mellom begrensningene som settes når det gjelder apparat-kompleksitet og behandlingshastighet, ved bruk av "oppdelinger" som "skjærer gjennom" supergitter-strukturen, i parallell, men som iverksettes på en måte som innebærer behandling i tidsrekkefølge.

Kort sagt benytter den oppdelte parallelle utførelsen en flerhet av basisceller, idet antallet basis-celler er mindre enn p-1 hvor p er systemets orden. Ved å utnytte tilstedeværelsen av flere parallelle prosessorer i ett eneste system, slik som på en VLSI-brikke, vil signalprosessoren i samsvar med foreliggende oppfinnelse være i stand til å behandle signaler tilknyttet nesten et hvilket som helst system, og av en hvilken som helst orden, raskere enn noen tidligere kjent signalprosessor, med unntak av den som er foreslått av Kung og Hu. Slik det er diskutert ovenfor, krever imidlertid Kung og Hu-utførelsen bruk av like mange prosessorer som ordenen av systemet, et krav som ofte vil være umulig å tilfredsstille. Dessuten er den fullstendig parallelle utførelsen av foreliggende oppfinnelse like rask som Kung og Hu-teknikken.

Signalstrømmen gjennom supergitteret i den oppdelte parallelle utførelsen skal diskuteres med henvisning til figur 6, som viser en supergitterstruktur for behandling av et signal fra et system med orden 8. Signalet behandles ved bruk av bare tre basisceller, nemlig 50, 52 og 54, som behandler autokorrelas jons-koef f isientene ro til r<i for å frembringe settet av første mellomliggende verdier ^) n. , n = -2, -1, 0, 2, 3 og 4.

Disse første mellomliggende verdiene "føres tilbake" til inngangene på to av basiscellene, for eksempel 52 og 54, og andre mellomliggende verdier ^ a , n = l, 0, 3 og 4 frembringes. Disse andre mellomliggende variablene "føres så tilbake" til bare en eneste basiscelle, for eksempel 54, og behandles slik at tredje mellomliggende verdier o °9 3^ frembringes.

Så langt har basiscellene 50, 52 og 54 parallelt iverksatt behandlingsteknikken ifølge foreliggende oppfinnelse, slik som vist i figur 3, men bare for en del, eller "oppdeling" av supergitteret, med bredde som tilsvarer antallet parallelle basisceller som er anvendt. Denne oppdelingen vil bli omtalt som "Oppdeling 1". Etter at oppdeling 1 er behandlet, forsynes så basiscellene 50, 52 og 54 med autokorrelasjons-koeffisienter r3 til r? for å iverksette en andre oppdeling, i figur 6 kalt "Oppdeling 2". Basiscellene behandler autokorrelasjons-koef f isientene og frembringer de første mellomliggende verdiene

* Sn ' n = ~^'~^'~^' ^' ^ og ^' nvi^-^e verdier "føres tilbake" til basiscellene 50, 52 og 54, sammen med to av de første mellomliggende verdiene 3-2 og $4' som er frembraKt og lagret under behandlingen av den første oppdeling. Basiscellene 50, 52 og 54 behandler så disse verdiene parallelt og frembringer de andre mellomliggende verdiene ^ ri • n =~4, -3, -2, 5, 6 og 7. På lignende vis blir så disse verdiene "ført tilbake" til basiscellene 50, 52 og 54 sammen med to av de andre mellomliggende verdiene, 3-1 oa 3«fc ' som er frembrakt og lagret i

løpet av første oppdeling, og basiscellene behandler disse verdiene parallelt, for derved å utlede de tredje mellomliggende verdiene, 3n , n = 3, -2, -1, 5, 6 og 7. De tredje mellomliggende verdiene blir så "ført tilbake" til basiscellene sammen med de tredje mellomliggende verdiene, ^ <3> 0g ^3 ? som er frembrakt og lagret i løpet av oppdeling 1, for å tilveiebringe de fjerde mellomliggende variablene 3 n. ' n = -2, -1, 0, 5, 6 og 7. Siden ingen fjerde mellomliggende verdier ble frembrakt under oppdeling 1, er bare seks fjerde mellomliggende verdier tilgjengelige, og disse tilføres til to av basiscellene, for eksempel 52 og 54. De seks verdiene behandles i disse parallelt, og det tilveiebringes femte mellomliggende variabler 3r[ , n = -1, 0, 6 og 7, som i sin tur "føres tilbake" til en av basiscellene, for eksempel 54, for derved å tilveiebringe de sjette mellomliggende variablene ^ y og Man vil forstå at gitter-koeffisientene som er frembrakt (ki - k7), også blir lagret i løpet av behandlingen av de første to oppdelingene.

Man vil også forstå at i løpet av behandlingen av Oppdelingene 1 og 2, virker basiscellene 50, 52 og 54 slik at de "skjærer gjennom" supergitteret i parallell, for å tilveiebringe gitter-koeffisienter k2 - k4 i Oppdeling 1, og deretter "skjærer" de gjennom supergitteret i parallell på rekursiv måte, for å frembringe gitter-koeffisienter ks - k- i Oppdeling 2. Nå gjenstår bare behandlingen for den siste gitter-koeffisienten ke, hvilken utføres i en tredje oppdeling, "Oppdeling 3". Siden systemet har orden 8, krever behandlingen under Oppdeling 3 bare en enkelt basiscelle, som kan være en hvilken som helst av cellene 50, 52 eller 54.

Spesielt tilføres autokorrelasjons-koeffisientene r6 til rs til den utvalgte basiscellen, og behandles slik at de første mellomliggende verdiene 3 £ og 3-1 frembringes. Disse verdiene "føres så tilbake" til basiscellen sammen med to av de første mellomliggende verdiene nemlig 3 7°^ som er frembrakt og lagret i løpet av oppdeling 2. Disse verdiene behandles slik at andre mellomliggende verdier 3*8 °^ 3"-5 frembringes. Den ovennevnte prosessen gjentas inntil Oppdeling 3 er fullført, og på dette tidspunkt kan den siste gitter-koef f isienten ks tilveiebringes.

Således, når supergitteret ifølge foreliggende oppfinnelse iverksettes ved hjelp av den oppdelte parallelle utførelsen, er den effektive signalstrømmen fullstendig parallell innen en hvilken som helst oppdeling, hvilket tillater høyhastighets-behandling som allikevel er av rekursiv eller sekvensiell type, fra oppdeling til oppdeling, og således tillates behandling av et signal fra et system med svært høy orden ved bruk av et begrenset og praktisk brukbart antall basisceller.

Et spesielt eksempel på den delvis oppdelte utførelsen skal nå beskrives med videre henvisning til figurene 7 og 8. Som vist i figur 7 blir signalprosessoren iverksatt ved bruk av tre parallelle prosessorer, 56, 58 og 60, kalt "reelle prosessorer" som omfatter basiscellene 50, 52 og 54 i figur 6. Som nevnt ovenfor kan hver av prosessorene 56, 58 og 60 implementere en basiscelle enten som en "dobbelt-syklisk" prosessor eller som to "enkelt-sykliske" prosessorer. Siden basiscellenes eneste funksjon trenger å være multiplisering og addisjon, lar de seg enkelt bruke ved denne implementeringen i form av billige og enkle RIS-prosessorer ("Reduced Instructions Set" processors).

I figur 7 er også vist flere andre prosessorer, kalt "virtuelle prosessorer", hvis eksistens er simulert for å behandle et inngangssignal i samsvar med supergitterstrukturen på figur 6.

Med henvisning til figur 8 er de parallelle prosessorene 56, 58 og 60 vist å omfatte basiscellene 50, 52 og 54 henholdsvis i figur 6. Hver prosessor omfatter også et "a, b- register", et "c, d- register", et "e, f- register" og et "k- register", som har som oppgave å lagre individuelt verdiene a, b, c, d, e og. f, tilknyttet hver basiscelle (se figur 4) og verdiene k assosiert med gitter-koeffisienter. En "r-buffer" 62 er tilveiebrakt for å motta autokorrelasjons-koeffisientene ro ...rP, og denne kommuniserer med prosessorene 56, 58 og 60 ved hjelp av en "r-buss" 64. Hvert av a, b-registrene og c, d-registrene i hver av prosessorene 56, 58 og 60, mottar autokorrelasjons-koeffisienter direkte fra r-bussen 64. En "k-buffer" 66 tilveiebringer gitter-koef f isienter k til hvert av k-registrene i prosessorene 56, 58 og 60 via k-buss 68. Divisjonskretser og tilknyttede logiske kretser 70, 72 og 74 er assosiert med prosessorené 56, 68 og 60 henholdsvis, og har som oppgave å motta et utgangssignal fra e, f-registeret til dets tilknyttede prosessor, frembringe gitter-koef f isientene som er knyttet dertil og levere dem til k-registrene til prosessorene, og til k-bufferen 66 via k-bussen 68. I tillegg står også divisjons- og logiske kretser 70 tilknyttet bunn-prosessoren 56 i kommunikasjon med r-bussen 64 via bussen 76, i den spesielle hensikt å beregne ki, den første gitter-koeffisienten, ut fra autokorrelasjons-koeffisientene ro og ri .

Selv om en separat divisjonskrets 70, 72 og 74 er vist for hver prosessor 56, 58 og 60, er det egentlig tilstrekkelig med en eneste divisjons- og logisk krets for hele signalprosessoren, og man kan forestille seg at når nærværende oppfinnelse foreligger i en "skreddersydd" VLSI-krets, vil bare en eneste divisjonskrets foreligge. På den annen side, i det tilfellet hvor vanlig lagerførte, kommersielle prosessorer benyttes, kan separate divisjonskretser tilveiebringes slik som vist, og kan i realiteten utgjøre en del av prosessorene 56, 58 og 60. I sistnevnte tilfelle er det ikke nødvendig å benytte alle divisjonskretsene, og de nødvendige divisjonene kan utføres av en hvilken som helst av prosessorene.

Inne i hver prosessor kan det sees at hvert av a, b-registeret, c, d-registeret og k-registeret avgir signaler til deres tilknyttede basisceller, mens utgangssignalet fra hver basiscelle tilføres til dens tilknyttede e, f-register. Hvert e, f-register avgir et utgangssignal til dets assosierte c, d-register og divisjonskrets.

Mellom prosessorene tilføres utgangssignalet fra e, f-registeret hos bunn-prosessoren 56 til a, b-registeret hos mellom-prosessoren 58, mens utgangssignalet fra e, f-registeret hos mellom-prosessoren 58 tilføres til a, b-registeret hos topp-prosessoren 60. Utgangssignalet fra e, f-registeret i topp-prosessoren 60 føres på samme måte til inngangen på a, b-registeret hos bunn-prosessoren 56 ved hjelp av en kantbuffer 78.

Funksjonen av apparatene vist i figur 8 for å frembringe supergitter-behandlingsstrukturen vist i figurene 6 og 7 skal nå beskrives:

Fase 0 - Startdivisjon (beregning av ki ) :

Divisjonskretsen knyttet til bunn-prosessoren tar imot de første to korrelasjons-koeffisientene fra r-bufferen og produserer ki . Alle andre elementer "går på tomgang".

Fase 1 - Initialisering av oppdeling 1:

a, b- og c, d-registrene til alle prosessorene initialiseres ved hjelp av r-bussen med de korrekte autokorrelasjons-koef f isientene .

Fase 2 - Basiscelle-beregninger:

Basiscellene til alle prosessorene beregner mellomliggende verdier og lagrer dem i e, f-registrene i hver prosessor. Fase 3 - Beregning, lagring og overføring av k2: Divisjonskretsen knyttet til bunn-prosessoren beregner k2 ut fra e, f-registeret til denne prosessoren. k2 lagres i k-bufferen og overføres til k-registeret til hver prosessor via k-bussen.

Fase 4 - Initialisering av a, b- og c, d-registrene, samt oppdatering av kantbufferen: Følgende overføringer finner sted: e, f i bunn-prosessoren ► a, bi mellom-prosessoren.

e, f i mellom-prosessoren *■ a, bi topp-prosessoren.

e, f i topp-prosessoren —^ kantbufferen.

e, f i mellom-prosessoren > c, di mellom-prosessoren.

e, f i topp-prosessoren — > c, di topp-prosessoren.

Fase 5 - Basiscelle-beregninger med bunn-prosessoren "på tomgang": Basiscellene i mellom- og topp-elementene frembringer mellomliggende verdier som lagres i de tilsvarende e, f-registrene.

Fase 6 - Beregning, lagring og overføring av k3: Divisjonskretsen tilknyttet mellom-prosessoren beregner k3, matet fra e, f-registrene i samme prosessor. k3 lagres i k-bufferen og overføres til k-registeret i hver prosessor via k-bussen.

Fase 7 - Initialisering av a, b- og c, d-registrene, samt oppdatering av kantbufferen:

Følgende overføringer finner sted:

e, f i mellom-prosessoren > a, bi topp-prosessoren.

e, f i topp-prosessoren —^ kantbufferen.

e, f i topp-prosessoren —► c, d i topp-prosessoren.

Fase 8 - Beregning i topp-basiscellen, med bunn- og mellom-prosessor "på tomgang": Topp-basiscellen beregner mellomliggende verdier som lagres i dens e, f-registere.

Fase 9 - Beregning og lagring av k4:

Divisjonskretsen tilknyttet topp-prosessoren beregner k4, matet fra e, f-registrene i samme prosessor. k4 lagres i k-bufferen, men den overføres ikke til k-registrene.

Fase 10 - Ny overføring av ki :

ki , som har vært lagret i k-bufferen, overføres til k-registrene i alle prosessorer via k-bussen.

Fase 11 - Initialisering av oppdeling 2:

a, b- og c, d-registrene i alle prosessorene initialiseres via r-bussen med de korrekte autokorrelasjons-koeffisienter. Fase 12 - Basiscelle-beregninger: Basiscellene i alle prosessorer beregner mellomliggende verdier og lagrer dem i e, f-registrene til hver prosessor. Fase 13 - Initialisering av a, b- og c, d-registrene, samt oppdatering av kantbufferen:

Følgende overføringer finner sted:

e, f i bunn-prosessoren —> a, bi mellom-prosessoren.

e, f i mellom-prosessoren ► a, bi topp-prosessoren.

e, f i bunn-prosessoren c, d for prosessoren.

e, f i mellom-prosessoren > c, d for prosessoren.

e, f i topp-prosessoren —■> c, d for prosessoren.

e, f i topp-prosessoren —► kantbufferen.

a, b-registeret til bunn-prosessoren må initialiseres fra kantbufferen før sistnevntes innhold ødelegges ved lagring av det nettopp beregnede innholdet av e, f i topp-prosessoren.

Fase 14 - Basiscelle-beregninger:

Det samme som fase 12.

Fase 15 - a, b, c, d-initialisering, samt oppdatering av kantbufferen:

Det samme som fase 13.

Fase 16 - Basiscelle-beregninger:

Det samme som fase 12.

Fase 17 - a, b, c, d-initialisering, samt oppdatering av kantbufferen:

Det samme som fase 13.

Fase 18 - Basiscelle-beregninger:

Det samme som fase 12.

Fase 19 - Beregning, lagring og overføring av ks:

Det samme som fase 3, men ks beregnes, lagres og overføres i steden for k2.

Fase 20 - a, b, c, d-initialisering, samt oppdatering av kant-bufferen: Det samme som fase 4, men g,, f lagres i et annet register i kantbufferen.

Fase 21 - Basiscelle-beregninger med bunn-prosessoren "på tomgang":

Det samme som fase 5.

Fase 22 - Beregning, lagring og overføring av ke .

Det samme som fase 6, men k6 beregnes, lagres og overføres i stedenfor k3.

Fase 23 - a, b, c, d-initialisering, samt oppdatering av kantbufferen: Det samme som fase 7, men e, f i topp-prosessoren lagres i andre registere i kantbufferen.

Fase 24 - Beregninger i topp-basiscellen med bunn- og mellom-prosessorene "på tomgang":

Det samme som fase 8.

Fase 25 - Beregning og lagring av k7:

Det samme som fase 9, men k7 beregnes og lagres i stedenfor ki .

Fase 26 - Ny overføring av ki .

Det samme som fase 10.

Fase 27 - Initialisering av oppdeling 3:

Det samme som fase 11.

Fortsettelsen gjennom tredje oppdeling vil forstås av en fagmann på grunnlag av det foregående.

Man vil se at lagringen av mellomliggende verdier via kantbufferen 78, se figur 8, i figur 7 indikeres ved en liten sirkel i dataveien der den krysser den funksjonelle beliggenhet av kantbufferen 78. Man vil således innse at bruken av parallelle prosessorer i den oppdelte parallelle utførelsen introduserer en "kant-diskontinuitet", som fører til den apparatmessige organise-ring som illustreres i figur 7.

I eksempelet som er vist på figurene 6, 7 og 8 er tre parallelle prosessorer vist for å illustrere hvordan den oppdelte parallelle utførelsen virker, på grunn av dens generelle natur. Den oppviser en mangel på symmetri med hensyn til hver prosessors oppførsel. For eksempel kommuniserer ikke mellom-prosessoren 58 med kant-bufferen. Topp-prosessoren fører data til kantbufferen, mens bunn-prosessoren mottar data fra kantbufferen. Således kan antallet prosessorer utyides til det som ansees nødvendig, ved ganske eneklt å legge til flere prosessorer av "mellom"-type.

Supergitter-begrepet er egnet for en effektiv apparatmessig utførelse med kommersielt tilgjengelige prosessorer. Et lite antall prosessorer, d.v.s. 3 - 6, kan benyttes i mange anvendelser med svært gode resultater, og med en vesentlig økning i behandlingshastighet i forhold til tidligere kjente signal-prosessorer.

Et datamaskinprogram, skrevet i Pascal, forefinnes i Appendix 3 nedenfor, for simulering av den parallelle oppdelte utførelsen i figurene 6 til 8, på den måten som er beskrevet ovenfor. Det vedlagte datamaskinprogrammet kan modifiseres ytterligere på enkelt vis av fagfolk for å kjøre en flerprosessor-versjon av foreliggende oppfinnelsen, slik som den vist i figur 8.

Man vil således forstå at foreliggende oppfinnelse tillater bruk av et rimelig antall parallelle prosessorer for å utføre svært effektiv signalbehandling innen lineær prediksjon. Den "parallell-oppdelte" utførelsen gir, når den benyttes, følgende fordeler: parallell behandling, apparatmessig kompleksitet av håndterbar størrelse og optimalisert signalbehandling for et gitt antall tilgjengelige prosessorer.

Man kan også forstå at supergitter-strukturen ifølge foreliggende oppfinnelse kan iverksettes på en fullstendig parallell, eller fullstendig sekvensiell måte, dersom det er ønskelig.

Claims (4)

1. Signalprosessor som mottar autokorrelasjons-koeffisienter ri med i=[, 0-p] svarende til et system med orden p, for tilveiebringelse av gitter-koeffisienter kj for systemet, med j=[l-p], omfattende en inngangsinnretning (62) for å motta autokorrelasjons-koeffisientene, et antall behandlingsenheter (50, 52, 54) som hver innfatter en prosessor (44; fig. 4) innrettet for å multiplisere verdier ved en første (b) og en andre (c) inngang med en gitter-koeffisient (kj), hvilket resulterer i et første og et andre produkt, og for individuelt å addere verdier ved en tredje og en fjerde inngang (a, d) med henholdsvis det første og det andre produkt, en første struktur innrettet for å føre utgangssignalene (e, f) fra nevnte antall parallelle behandlingsenheter igjen til inngangene (a, b, c, d) på minst en av de parallelle behandlingsenhetene, slik at i løpet av et første tidsintervall i hver prosessor mottar den første og den andre inngang (b, c) henholdsvis en første av autokorrelasjons-koeffisientene for multiplikasjon med en første gitter-koeffisient (ki), og tredje og fjerde inngang (a, d) mottar et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene som ligger tilstøtende den første av disse koeffisientene, for å gi et par av første mellomliggende verdier på utgangene (e, f) av hver prosessor, og i løpet av et andre tidsintervall føres parene av første mellomliggende verdier igjen til prosessor-inngangene ved hjelp av nevnte første struktur for mulitiplikasjon av utvalgte to av de første mellomliggende verdier med en andre gitter-koeffisient for å frembringe et par av andre produkter, og for individuelt å addere et par av de første mellomliggende verdier, som ligger tilstøtende til de utvalgte to av de første mellomliggende verdier, med nevnte par av andre produkter, for å gi minst et par av andre mellomliggende verdier, samt divisjonskretser (70, 72, 74) for å danne kvotienten for et utvalgt par av nevnte autokorrelasjons-koeffisienter for å frembringe den første gitter-koeffisient, og for å danne kvotienten for et utvalgt par av de første mellomliggende verdier for å frembringe den andre gitter-koeffisient, karakterisert ved at antallet behandlingsenheter er mindre enn systemets orden (p), og ved en andre struktur (78) innrettet for å lagre utvalgte enkelte av de første og andre mellomliggende verdier og for selektivt å gjenfinne, i løpet av passende tidsintervaller etter nevnte andre tidsintervall, de lagrede mellomliggende verdier for å føre disse til passende innganger på behandlingsenhetene slik at ytterligere par av mellomliggende verdier frembringes når ytterligere gjenværende autokorrelasjons-koeffisienter tilføres til prosessorene.

2. Fremgangsmåte for å tilveiebringe, i en signalprosessor som mottar autokorrelasjons-koeffisienter ri med i=[0-p] svarende til et system med orden p, gitter-koeffisienter kj for systemet, med j=[l-p], hvilken fremgangsmåte omfatter tilførsel av autokorrelasjons-koeffisientene til et antall behandlingsenheter (50, 52, 54) som hver innbefatter en prosessor (44; fig. 4) som multipliserer verdier ved en første (b) og en andre (c) inngang med en gitter-koeffisient (kj), hvilket resulterer i et første og et andre produkt, og individuelt adderer verdier ved en tredje og en fjerde inngang (a, d) med henholdsvis det første og det andre produkt, tilførsel av utgangssignalene (e, f) fra nevnte antall parallelle behandlingsenheter igjen til inngangene (a, b, c, d) på minst en av de parallelle behandlingsenhetene, slik at i løpet av et første tidsintervall i hver prosessor mottar den første og den andre inngang (b, c) henholdsvis en første av autokorrelasjons-koeffisientene for multiplikasjon med en første gitter-koeffisient (ki), og tredje og fjerde inngang (a, d) mottar et utvalgt par av autokorrelasjons-koef f isientene, hvilke ligger tilstøtende til den første av disse koeffisientene, for å gi et par av første mellomliggende verdier ved utgangene (e, f) av hver prosessor, og i løpet av et andre tidsintervall tilføres parene av første mellomliggende verdier igjen til prosessor-inngangene for multiplikasjon av utvalgte to av de første mellomliggende verdier med en andre gitter-koeffisient for å frembringe et par av andre produkter, og for individuelt å addere et par av de første mellomliggende verdier, som ligger tilstøtende til de utvalgte to av de første mellomliggende verdier, med paret av andre produkter for å gi minst et par av andre mellomliggende verdier, og dannelse av kvotienten for et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene for å frembringe den første gitter-koeffisient, og dannelse av kvotienten av et utvalgt par av første mellomliggende verdier for å frembringe den andre gitter-koeffisient, karakterisert ved at et antall behandlingsenheter tilveiebringes som er mindre enn systemets orden p, og ved at utvalgte enkelte av de første og andre mellomliggende verdier lagres, og videre ved at de lagrede mellomliggende verdier selektivt gjenfinnes i løpet av passende tidsintervaller etter nevnte andre tidsintervall for tilførsel til passende innganger på behandlingsenhetene slik at ytterligere par av mellomliggende verdier frembringes når ytterligere gjenværende autokorrelasjons-koeffisienter tilføres til prosessorene.

3. Signalprosessor som mottar autokorrelasjons-koeffisienter ri med i=[-(p)-p], svarende til et system med orden p, for å tilveiebringe henholdsvis normale og adjungerte gitter-koef f isienter (kj og kj<*>) for systemet, med j=[l-p], omfattende en inngangsanordning (62) for å motta autokorrelasjons-koef f isientene, et antall behandlingsenheter (50, 52, 54) som hver innbefatter en prosessor (44; fig. 4) som multipliserer verdier ved en første (c) og en andre (b) inngang med henholdsvis en normal og en adjungert gitter-koeffisient (kj, kj<*>), hvilket resulterer i et første og et andre produkt, og individuelt adderer verdier ved en tredje og en fjerde inngang (d, a) med henholdsvis det første og det andre produkt, en første struktur for å tilføre utgangssignalene (e, f) fra nevnte antall parallelle behandlingsenheter igjen til inngangene (a, b, c, d) på minst en av de parallelle behandlingsenhetene, slik at i løpet av et første tidsintervall i hver prosessor mottar henholdsvis den første og den andre inngang (b, c) en første av autokorrelasjons-koeffisientene for multiplikasjon med henholdsvis den første normale og adjungerte gitter-koef f isient (ki, ki<*>), og tredje og fjerde inngang (d, a) mottar et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene, hvilke ligger tilstøtende til den første av koeffisientene, for å gi et par av første mellomliggende verdier ved utgangene (f, e) av hver prosessor, og i løpet av et andre tidsintervall tilføres parene av første mellomliggende verdier igjen til prosessor-inngangene ved hjelp av den nevnte første struktur for derved å multiplisere en utvalgt duo av de første mellomliggende verdier med henholdsvis andre normale og andre adjungerte gitter-koeffisienter for å frembringe et par av andre produkter, og for individuelt å addere et par av de første mellomliggende verdier, som ligger tilstøtende til den utvalgte duo av de første mellomliggende verdier, med paret av andre produkter, for å gi minst et par av andre mellomliggende verdier, samt divisjonskretser for å danne kvotienten for et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene for å frembringe de nevnte normale og adjungerte første gitter-koef f isienter , og for å danne kvotienten for et utvalgt par av første mellomliggende verdier for å frembringe de nevnte andre normale og adjungerte gitter-koeffisienter, karakterisert ved at antallet behandlingsenheter er mindre enn systemets orden p, og ved en andre struktur (78) innrettet for å lagre utvalgte enkelte av de første og andre mellomliggende verdier og for selektivt å gjenfinne i løpet av passende tidsintervaller etter nevnte andre tidsintervall de lagrede mellomliggende verdier for å tilføre disse til passende innganger på behandlingsenhetene, slik at ytterligere par av mellomliggende verdier frembringes når ytterligere gjenværende autokorrelasjons-koeffisienter tilføres til prosessorene.

4. Fremgangsmåte for å tilveiebringe, i en signalprosessor som mottar autokorrelasjons-koeffisienter ri med i=[-(p)-p] svarende til et system med orden p, henholdsvis normale og adjungerte gitter-koeffisienter (kj og kj<*>) for systemet, med j=[l-p], hvilken fremgangsmåte omfatter tilførsel av av autokorrelasjons-koeffisientene til et antall behandlingsenheter (50, 52, 54) som hver innbefatter en prosessor (44; fig. 4) som multipliserer verdier ved en første (c) og en andre (b) inngang med henholdsvis normale og adjungerte gitter-koeffisienter (kj, kj<*>), hvilket resulterer i et første og et andre produkt, og individuelt adderer verdier ved en tredje og en fjerde inngang (d, a) med henholdsvis det første og det andre produkt, tilførsel av utgangssignalene (e, f) fra nevnte antall parallelle behandlingsenheter igjen til inngangene (a, b, c, d) på minst en av de parallelle behandlingsenhetene, slik at i løpet av et første tidsintervall i hver prosessor mottar den første og den andre inngang (c, b) henholdsvis en første av autokorrelasjons-koeffisientene for multiplikasjon med en første normal og en første adjungert gitter-koeffisient (ki, ki<*>), og tredje og fjerde inngang (d, a) mottar et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene, hvilke ligger tilstøtende til den første av koeffisientene, for å gi et par av første mellomliggende verdier ved utgangene (e, f) på hver prosessor, og i løpet av et andre tidsintervall, tilføres parene av første mellomliggende verdier igjen til prosessor-inngangene for derved å multiplisere en utvalgt duo av de første mellomliggende verdier med henholdsvis andre normale og adjungerte gitter-koeffisienter for å frembringe et par av andre produkter, og for individuelt å addere et par av de første mellomliggende verdier, som ligger tilstøtende til den utvalgte duo av de første mellomliggende verdier, med paret av andre produkter for å gi minst et par av andre mellomliggende verdier, og dannelse av kvotienten for et utvalgt par av autokorrelasjons-koeffisientene for å frembringe de første normale og adjungerte gitter-koef f isienter , samt dannelse av kvotienten for et utvalgt par av første mellomliggende verdier for å frembringe de andre normale og adjungerte gitter-koeffisienter, karakterisert ved at et antall behandlingsenheter tilveiebringes som er mindre enn systemets orden p, og ved at utvalgte enkelte av de første og andre mellomliggende verdier lagres, og at de lagrede mellomliggende verdier gjenfinnes selektivt i løpet av passende tidsintervaller etter det andre tidsintervall for tilførsel til passende innganger på behandlingsenhetene, slik at ytterligere par av mellomliggende verdier frembringes når ytterligende gjenværende autokorrelasjons-koeffisienter tilføres til prosessorene.