Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Анализ и разработка системы цифровой обработки сигналов с нейросетевой параллельно-конвейерной организацией

Диссертация: Анализ и разработка системы цифровой обработки сигналов с нейросетевой параллельно-конвейерной организацией
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В третьей главе рассматриваются вопросы применения нейросетевого базиса для повышения скорости реализации ортогональных преобразований сигналов в кольце полиномов. Рассмотрены основные нейросетевые алгоритмы базовых операций — суммирования по модулю два и умножения по модулю. Определены схемные и временные затраты необходимые на построение многовходовых сумматоров по модулю два. На основе… Читать ещё >

Анализ и разработка системы цифровой обработки сигналов с нейросетевой параллельно-конвейерной организацией (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Список сокращений
  • ГЛАВА 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
    • 1. 1. Цифровая обработка сигналов. Требования, предъявляемые к цифровой обработке сигналов
    • 1. 2. Базовые модели и методы системного анализа
    • 1. 3. Системный анализ типовой системы цифровой обработки сигналов
    • 1. 4. Постановка задачи исследования
  • Выводы
  • ГЛАВА 2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
    • 2. 1. Постановка задачи системного анализа цифровой обработки сигналов
    • 2. 2. Разработка математической модели цифровой обработки сигнала с параллельно-конвейерной организацией вычислительного процесса
      • 2. 2. 1. Анализ параллельно-конвейерных вычислений в задачах цифровой обработки сигналов
      • 2. 2. 2. Математическая модель ортогональных преобразований сигналов в ПСКВ
    • 2. 3. Разработка математической модели систолической организации цифровой обработки сигналов в ПСКВ
  • Выводы
  • ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ СИСТЕМЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ
    • 3. 1. Применение нейросетевого логического базиса для реализации модульных операций
    • 3. 2. Реализация немодульных операций в нейросетевом логическом базисе
      • 3. 2. 1. Разработка структуры прямого преобразователя из позиционного кода в полиномиальный код
      • 3. 2. 2. Разработка структуры преобразователя из модулярного кода в позиционный код
    • 3. 3. Реализация немодульных операций при обнаружений и коррекции ошибок
    • 3. 4. Сравнительная оценка основных методов контроля и коррекции ошибок в кодах ПСКВ
  • Выводы
  • ГЛАВА 4. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА И РАЗРАБОТКА НЕЙРОСЕТЕВОЙ СИСТОЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ, ФУНКЦИОНИРУЮЩЕЙ В КОЛЬЦЕ ПОЛИНОМОВ
    • 4. 1. Методика разработки высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерной структурой
    • 4. 2. Решение задачи системного анализа при разработке структуры высокоскоростной системы ЦОС
  • Выводы

Постоянно возрастающая роль информационных технологий в современном мире объективно определяет актуальность поиска новых подходов, позволяющих повысить эффективность процессов обработки и передачи информации. Процесс информатизации, происходящие в настоящее время в обществе, характеризуется широким применением вычислительных устройств в различных сферах. При этом каждая сфера применения вычислительных устройств предъявляет свои специфические требования к составу, структуре и организации обработки данных. Особенно ярко эти требования выражены в области цифровой обработки сигналов (ЦОС), методы и средства которой, в настоящее время находят широкое применение.

Использование методов цифровой обработки сигналов позволяет относительно легко обеспечить высокую помехоустойчивость систем обработки данных, необходимую точность и разрешающую способность, простое сопряжение подсистемы обработки сигналов с каналами связи, стабильность параметров трактов обработки данных и ряд других преимуществ. Кроме того, целесообразность применения ЦОС обусловлено тем, что данные методы позволяют эффективно извлекать полезную информацию из принятого сигнала об источнике информации или среды распространения сигналов.

Однако на эффективность реализации цифровой обработки сигналов оказывает влияния множество факторов. Среди этого множества основными являются:

— сфера применения ЦОС;

— структура обрабатываемого сигнала;

— разрядностью входного вектора данных;

— количество обрабатываемых отсчетов;

— частотным диапазоном распространения сигналов.

Кроме того, как показывает анализ, устройство, реализующее цифровую обработку сигналов, является сложной системой. При этом эффективность применения ЦОС будут также зависеть от используемой математической модели, цифровой обработки сигналов, пространственно-временной организации, вычислений, а также от элементной базы.

Таким образом очевидно, что выбор и реализация того или иного алгоритма ЦОС, характеризуются довольно высокой сложностью и требуют значительных затрат при решении этой задачи в прямой постановке.

Эффективно решить данную задачу можно на основе применения методов системного анализа. Как отмечается в работах [1,3,4,72,78,92] в центре методологии системного анализа находится операция количественного сравнения, которая выполняется с целью выбора альтернативы, подлежащей последующей реализации. С этой целью необходимо произвести сравнительные оценки различных возможных вариантов решения поставленной задачи. Но для того, чтобы количественные оценки позволяли вести сравнения альтернатив, необходимо произвести всесторонний учет основных элементов и связей между ними в этой системе.

В настоящее время универсальной методики проведения системного анализа не существует. Поэтому специфической особенностью любой методики системного анализа, создаваемой для каждого конкретного случая, является то, что она должна опираться на понятие системы и использовать закономерности* построения, функционирования и развития систем. Однако общим для всех методик системного анализа является определение закономерности функционирования системы, формирования вариантов структуры системы и выбор наилучшего путем решения задачи декомпозиции, анализа исследуемой системы и синтеза системы, снимающей проблему в практике [48].

Таким образом, очевидно, что основным отличием системного анализа от других подходов к решению проблемных ситуаций является то, что он рассматривает все теоретически возможные альтернативные методы и средства достижения целей, осуществляя правильную их комбинацию.

Однако в области цифровой обработки сигналов применение данного аппарата не нашло пока широко применения. Как правило, при решении вопросов обеспечения высокой скорости обработки сигналов предлагается применять только спецпроцессоры (СП) ЦОС, использующие только математическую модель цифровой обработки сигналов в поле комплексных чисел, не обращая внимания на другие математические модели цифровой обработки сигналов.

В настоящее время наибольшее распространение получили спецпроцессоры ЦОС серии TMS 320хх, DSP568xx, ADSP 21хх, что связано со специфической архитектурой вычислительных устройств. Однако реализация методов ЦОС в позиционной системе счислений (ПСС) вызывает ряд проблем, определяемых традиционным представлением операндов. Последовательные переносы из разряда в разряд на всю длину используемого слова данных делают проблематичным значительное повышение скорости выполнения традиционных арифметических операций как умножение и сложение. Даже незначительное повышение скорости их выполнения за счет применения схем параллельного или сквозного переноса приводит к резкому росту аппаратурных затрат. Положение еще более усугубляется тем, что в большинстве алгоритмов ЦОС обрабатываются комплексные операнды. Для реализации операций в комплексной области требуются аппаратные средства, вычислительные мощности которых превосходят обычные как минимум на порядок. Но даже при увеличении аппаратурных затрат скорость выполнения основных базовых операций цифровой обработки сигналов ниже скорости выполнения этих же операций в вещественной арифметике.

— Повысить скорость обработки сигналов предлагается только на основе использования алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ), не рассматривая практически другие пространственно-временные организации вычислительного процесса ЦОС. При этом для реализации этих алгоритмов ЦОС применяется только классическая логическая база. В то же самое время существует другой логический базис, который характеризуется высокой производительностью за счет параллельной организации сети. Это нейросетевой логический базис.

Таким образом, в настоящее время сложилась следующая ситуация. С одной стороны, постоянный рост требований к технико-экономическим характеристикам современных вычислительных устройств ЦОС, среди которых особое место занимают высокое быстродействие и точность вычислений, сводится только к применению классического логического базиса и использованию БПФ, реализуемого в позиционной системе счисления.

С другой стороны, практически не используются методы системного анализа, применение которых позволило бы среди множества альтернатив моделей ЦОС и алгоритмов организации вычислительного процесса, выбрать единственную, реализация которой позволило достичь максимальной производительности при решении задач цифровой обработки сигналов.

Это влияние проявляется в активизации работ в области поиска новых методов и алгоритмов организации параллельных вычислений с использованием нейроподобных вычислительных устройств, позволяющих максимально использовать все возможности современной микроэлектронной технологии. При этом большое научное и практическое значение имеют вопросы обоснованного выбора и применения математической модели реализации ЦОС, которая позволила бы провести высокоскоростную обработку сигналов.

Таким образом, актуальность темы диссертационного исследования обусловлена тем, что с одной стороны в настоящее время повысились требования к качеству проведения-первичной обработки сигналов, а с другой стороны недостаточно используются методы цифровой обработки сигналов, позволяющие на^ основе реализации систолических принципов ортогонального преобразования сигналов в кольце полиномов обеспечить решение задач ЦОС в реальном масштабе времени.

Целью диссертационных исследований является повышение скорости первичной обработки сигналов для систем передачи и обработки информации за счет применения параллельно-конвейерной нейросетевой структуры, основанной на математической модели ЦОС, реализованной в кольце полиномов.

Объектом диссертационного исследования являются методы и алгоритмы построения высокоскоростных параллельных систем цифровой обработки сигналов, реализованных с использованием алгебраической системы обладающей свойством кольца.

Предметом диссертационных исследований являются:

— научно-методический аппарат (НМА) решения задач системного анализа при разработке высокоскоростных систем цифровой обработки сигналов;

— математическая модель системы первичной цифровой обработки сигналов с пространственно-временным распределением вычислительного процесса, функционирующего в полиномиальной системе классов вычетов (ПСКВ).

— математические модели, алгоритмы и аппаратные реализации в нейросе-тевом базисе модульных и немодульных операций полиномиальной системы классов вычетов.

Научная задача исследований состоит в применении научно-методического аппарата решения задач системного анализа при разработке структуры высокоскоростной нейросетевой системы цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерной структурой.

Для решения поставленной общей научной задачи была проведена ее декомпозиция на ряд следующих частных задач:

1. Постановка задачи системного анализа при разработке структуры высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерной Структурой:

2. Разработка математической модели систолических матричных вычислений ортогональных преобразований сигналов в кольце полиномов.

3. Разработка нейросетевых структур для реализации модульных и немодульных операций в полиномиальной системе классов вычетов.

4. Разработка методики построения высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов.

5. Решение задачи системного анализа по разработке структуры высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерной организацией вычисления.

Методы исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе научных задач использованыметоды системного анализа, теории цифровой обработки сигналов, теории полей Галуа, теории кодирования, теории нейронных сетей.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе результатов и формулируемых на их основе выводов обеспечивается строгостью производимых математических выкладок, базирующихся на аппарате системного анализа, теории цифровой обработки сигналов, теории полей Галуа, теории кодирования, теории нейронных сетей. Справедливость выводов относительно эффективности предложенных математической модели подтверждена теоретическим сравнением с уже существующими.

Научная новизна исследований заключается в следующем

1. Впервые осуществлена постановка и решение задачи системного анализа при разработке структуры высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерной организацией вычислений.

2. Разработана математическая модель систолических вычислений ортогональных преобразований сигналов в кольце полиномов, характеризующаяся меньшими временными затратами на первичную обработку сигналов по сравнению с ранее известными.

3. Разработаны нейросетевые алгоритмы для реализации модульных и немодульных операций в полиномиальной системе классов вычетов.

4. Осуществлена разработка методики построения высокоскоростных систем цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерной структурой, максимально использующих все возможности современной микроэлектронной технологии.

Практическая значимость результатов данной работы:

1. Разработана методика построения высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов.

2. Произведена разработка структуры быстродействующей систолической нейросетевой системы цифровой обработки сигналов, функционирующей в кольце полиномов с заданной точностью и максимальной скоростью обработки сигнала.

3. Проведен синтез нейросетевых устройств, выполняющих модульные и немодульные операции, обладающих высоким быстродействием и предназначенных для первичной обработки сигналов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Постановка и решение задачи системного анализа при разработке структуры высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерной структурой.

2. Математическая модель систолических вычислений ортогональных преобразований сигналов в кольце полиномов.

3. Алгоритмы выполнения модульных и немодульных операций в полиномиальной системе классов вычетов и их нейросетевая реализация, которые характеризуются минимальными временными затратами.

4. Методика построения высокоскоростных систем цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерной структурой, максимально использующих все возможности современной микроэлектронной технологии.

5. Решение задачи системного анализа, которое позволило разработать структуру высокоскоростной нейросетевой системы цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерной организацией вычислений.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.

Во введении обоснована актуальность исследования высокоскоростных и высокоточных методов цифровой обработки сигналов в системах передачи и обработки данных. Показана необходимость использования методов системного анализа для разработки высокоэффективных систем ЦОС, сформулирована цель работы, определены объект и предметы диссертационных исследований, сформулирована научная задача исследований и проведена ее декомпозиция. Изложены основные результаты приведенных исследований, показаны их научная новизна и практическая значимость, указаны основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе показано, что одним из перспективных и интенсивно развиваемых в настоящее время направлений в области построения современных систем обработки и передачи данных является цифровая обработка сигналов. Рассмотрены основные требования, предъявляемые к ЦОС в различных областях применения. Показано, что выбор метода ЦОС и его схемотехническая реализация являются сложной задачей, эффективность решения которой зависит от множества факторов. Предложено использование методологического аппарата системного анализа для решения данной задачи. Осуществлен системный анализ типовой системы цифровой обработки сигналов. Разработана модель такой системы. Показана необходимость повышения эффективность работы подсистемы первичной обработки сигналов. Осуществлен выбор критериев качества и постановка задачи исследования.

Во второй главе на основе исследований основных методов системного проектирования осуществляется постановка задачи системного анализа для разработки высокоскоростного устройства первичной обработки сигнала. В качестве основного метода системного анализа выбрана декомпозиция. Определены основные модели, используемые в задаче системного анализа, осуществлено математическое описание последних. Проведены исследования параллельно-конвейерных вычислений в задачах ЦОС. Представлена математическая модель ортогональных преобразований сигналов, реализуемых в ПСКВ. Осуществлена разработка математической модели систолической организации цифровой обработки сигналов в полиномиальной системе классов вычетов. Определены основные показатели качества функционирования систолического вычислительного устройства.

В третьей главе рассматриваются вопросы применения нейросетевого базиса для повышения скорости реализации ортогональных преобразований сигналов в кольце полиномов. Рассмотрены основные нейросетевые алгоритмы базовых операций — суммирования по модулю два и умножения по модулю. Определены схемные и временные затраты необходимые на построение многовходовых сумматоров по модулю два. На основе проведенных исследований были выбраны основные алгоритмы выполнения основных немодульных операций, которые характеризуются минимальными временными затратами. Показаны схемные решения для осуществления прямого преобразования из позиционного кода в непозиционный код. Также разработаны нейросетевые реализации для блока, осуществляющего обратное преобразование из кода ПСКВ в модулярный код. Кроме отмеченных основных немодульных операций, показаны разработанные алгоритмы вычисления позиционных характеристик модулярного кода ПСКВ. Данные характеристики позволяют определять местоположение и глубину ошибок, возникающих в процессе функционирования устройства ЦОС. Определен алгоритм, обеспечивающий выполнение данной операции при минимальных схемных и временных затратах.

В четвертой главе осуществлено решение поставленной задачи системного анализа. На основе проведенных исследований разработана методика построения высокоскоростной системы первичной ЦОС. Показана реализация данной методики. Показано, что применение системного анализа позволило разработать структуру нейросетевой систолической системы первичной цифровой обработки сигналов, функционирующей в полиномиальной системе классов и характеризующейся минимальными временными затратами на выполнение ортогональных преобразований.

В заключении обобщены итоги и результаты проведенных исследований.

В приложениях показаны примеры структур нейронных сетей выполняющих модульные операции в ПСКВ, приведены примеры реализаций различных алгоритмов выполнения модульных и немодульных операций в полиномиальной системе классов вычетов.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований докладывались на международной научно-технической конференции «Инфоком-муникационные технологии в науке и технике» (СевКавГТУ, г. Ставрополь 2006 г.), на всероссийской конференции «Фундаментальные исследования (г. Москва, 2008 г.), на всероссийской конференции «Перспектива 2009» (г. Таганрог, 2009 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации достаточно полно изложены в 17 печатных работах, из них две статьи в журналах рекомендованных ВАК («Инфокоммуникационные технологии», г. Самара, 2009 г., № 2, и Нейрокомпьютеры: разработка, применение, г. Москва, 2011 г., № 5), 5 патентов РФ на изобретения.

1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Выводы

1. На основе последовательности решения частных задач диссертации была разработана методика построения высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов. Данная методика включает четыре этапа.

2. Проведена оценка практической пригодности разработанной методики. Для этого был произведен анализ основных требовании, предъявляемых к вычислительным устройствам первичной цифровой обработки сигналов. На основе проведенных исследовании были определены требования к точностным и временным характеристикам.

3. На втором этапе предложенной методики был проведен анализ основных магематических моделей цифровой обработки сигналов. Проведенные исследования показали, что использование математической модели ЦОС на основе ПСКВ позволяет повысить скорость первичной обработки сигнала в 2,01 раза по сравнению с реализацией ортогональных преобразований на основе ДПФ и циклической свертки, ив 1,31 раза — по сравнению с моделью ТЧП.

4. На третьем этапе разработанной методики был проведен выбор и исследования параллельно-конвейерных алгоритмов реализации цифровой обработки сигналов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что применение классического логического базиса не позволило в полной мере использовать все достоинства разработанной систолической модели ЦОС в кольце вычетов.

5. Четвертый этап методики связан с выбором элементной базы для вычислительных устройств ЦОС. Проведена разработка иейросетевого систолической системы ЦОС, функционирующей в кольце полиномов. Применение иейросетевого логического базиса позволило синтезировать вычислительные устройства, реализующие базовые операции математической модели ЦОС в кольце полиномов с минимальными временными затратами.

6. Использование систолических принципов вычислений и иейросетевого логического базиса в разработанной математической модели ортогональных преобразований в кольце полиномов позволило снизить временные затраты на первичную обработку сигналов в 1,36 раза по сравнению с быстрым алгоритмом дискретного преобразования Фурье.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возрастание требований к технико-экономическим характеристикам современных вычислительных систем, расширение областей их применения и усиливающаяся тенденция к параллельным и конвейерным методам их организации привели к активизации работ по разработке вычислительных устройств с предельными для существующего уровня технологии значениями технических характеристик.

При этом каждая сфера применения вычислительных устройств предъявляет свои специфические требования к составу, структуре и организации обработки данных. Особенно ярко эти требования выражены в области цифровой обработки сигналов, методы и средства которой, в последнее время, находят все большее применение в технике связи. Это обусловлено тем, что они позволяют повысить эффективность функционирования систем и средств связи особенно в экстремальных условиях.

Возрастание требований к технико-экономическим характеристикам современных систем ЦОС, расширение их областей применения привели к активизации работ по разработке систем ЦОС с предельными для существующего уровня технологии значениями технических характеристик. При этом сложилось положение, когда традиционная арифметика и традиционное представление операндов, базирующиеся исторически на ортогональных преобразованиях сигналов в поле комплексных чисел, во многих приложениях перестали удовлетворять возрастающим требованиям, предъявляемым к качеству цифровой обработки сигналов. Одним из путей решения данной проблемы является переход к вычислениям в нетрадиционной арифметике с нетрадиционным представлением операндов. Качественным скачком в обеспечении реального масштаба времени при цифровой обработке сигналов с требуемой точностью является применение математической модели ЦОС, построенной в кольце полиномов. Применение такой модели позволяет обеспечить требуемую точность обработки сигналов, а внутренний параллелизм, присущий арифметике полиномиального кольца, позволяет широко использовать перспективные принципы организации вычислительного процесса.

Повысить быстродействие непозиционных систем ЦОС молено за счет применения пространственно-временного распределения вычислительного процесса. В настоящее время наибольшее распространение получили параллельноконвейерные вычислительные устройства систолического типа. Данные устройства характеризуются однотипной структурой и высоким быстродействием. При этом данная организациявычислений очень успешно может использовать перспективные логические базисы, в частности — иейросетевой логический базис.

Однако отсутствие эффективного^ механизма выбора наиболее привлекательного решения из всей совокупности возможных является основным сдерживающим фактором широкого применения моделей ЦОС, использующих нетрадиционные системы счисления. Поэтому для решения данного противоречия был использован математический аппарат системного анализа. Постановка и решение задачи системного анализа позволило разработать методику, применение которой позволяет осуществить разработку специализированного процессора первичной ЦОС, который будет характеризоваться минимальными временными затратами по сравнению с другими схемными решениями.

Обобщая сказанное, можно сделать следующие выводы. В ходе проведения исследований были получены следующие научные и практические результаты.

1. Проведенный системный анализ позволил представить устройство цифровой обработки сигналов в виде сложной системы, состоящей из двух подсистем. Исследования работы каждой из них показало, что основной объем операции обработки данных (90% и более) выполняется подсистемой первичной обработки, в связи с чем, к таким подсистемам всегда предъявляются самые высокие требования по производительности. Исходя из проведенного анализа, стала очевидна актуальность рассмотрения вопросов, связанных с разработкой высокоскоростных подсистем первичной ЦОС.

2. Осуществлена постановка задачи системного анализа для разработки структуры высокоскоростной системы цифровой обработки сигналов. В качестве основного метода системного проектирования была выбрана декомпозиция. Были определены базовые модели системного анализа, осуществлена магматическая постановка задачи построения таких моделей.

3. Проведенные исследования показали, что обеспечение максимальной скорости ортогональной обработки сигналов с использованием модулярного кода возможно только за счет применения пространственно-временного распределения вычислительного процесса. В ходе решения второй частной задачи, опираясь на результаты первой частной задачи, была показана целесообразность использования систолических матриц для реализации ЦОС в кольце полиномов.

4. Проведены исследования основных видов систолических матриц. Показано, что использование многоканальных систолических матриц позволяет повысить скорость первичной обработки сигналов по сравнению с чисто-систолической матрицей.

5. Разработаны алгоритмы выполнения модульных и немодульных операций в кольце полиномов. Совпадение параллельных вычислительных структур нейросетевого базиса и кольца полиномов послужило основой для построения высокоскоростных арифметических устройств.

6. Разработаны алгоритмы вычисления позиционных характеристик для кода полиномиальной системы класса вычетов. Применение данных алгоритмов позволяет осуществлять поиск и коррекцию ошибок, возникающих в процессе функционирования системы ЦОС класса вычетов. Произведен выбор алгоритма, нейросетевая реализация которого характеризуется минимальными временными и схемными затратами.

7. Разработана методика построения высокоскоростной системы первичной цифровой обработки сигналов, характеризующейся минимальными временными затратами.

8. Осуществлено решение поставленной задачи системного анализа разработки высокоскоростной системы ЦОС. Используя разработанную методику, была синтезирована нейросетевая структура систолической непозиционной системы первичной обработки сигналов. Проведенная сравнительная оценка показала, чго такая система позволяет снизить временные затраты на первичную обработку сигналов в 1,36 раза по сравнению с быстрым алгоритмом дискретного преобразования Фурье.

9. Предложены патентоспособные функциональные узлы и блоки непозиционных модулярных процессоров.

Показать весь текст

Список литературы

  1. , М.А. Системный анализ и принятие решений в деятельности учреждений реального сектора экономики, связи и транспорта Текст. / МА. Маслов [др.]- под ред. В. В. Кузнецова. М.:ЗАО «Издательство «Экономика», 2010.-406с.
  2. , И.Я. Машинная арифметика в остаточных классах Текст./ И. Я. Акушский, Д. М. Юдицкий. -М.: Сов. Радио. 1968. 440с.
  3. , A.B. Системный анализ. Текст. — М: Финансы и статистика, 2007. 324 с.
  4. , B.C. Системный анализ в управлении Текст. М: «Горячая линия-Телеком, 2007. — 421 с.
  5. , М.А. Цифровая обработка сигналов на основе теоремы Уитте-кера-Котельникова-Шеннона. Текст. /- М.: Радиотехника, 2004. — 72 с.
  6. , А.Н. Микропроцессорный комплекс БИС серии К1815 для цифровой обработки сигналов Текст. М.: Радио и связь. — 1992. — 256 с.
  7. , Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов Текст. -М.: Мир. 1989.-448 с.
  8. , JI.B. Абстрактные алгебраические системы и цифровая обработка сигналов Текст. Киев: Наука думка. — 1986. — 247 с.
  9. , В.В. Параллельные вычисления. Петербург: 2002. — 608 с.
  10. , А.И. Теория нейронных сетей Текст.: Под ред. А. И. Галушкина. М.: ИПРЖР. — 2000. — 416 с.
  11. , А.И. Нейрокомпьютеры Текст.: Под ред. А. И. Галушкина. М.: ИПРЖР — 2000. — 528 с.
  12. , А.И. Нейрокомпьютеры в системах обработки изображений Текст. / Под ред. А.И. Галушкина//-М.: Радиотехника, -2003. 192 с.
  13. , P.M. Применение нейронных сетей в задачах распознавания трехмерных объектов. Нейрокомпьютеры в системах обработки изображений Текст./ P.M. Гамулин, Б. Г. Ильясов, М. Г. Мугаггаров // Радиотехника М.:.2003.-С.32−39.
  14. , Б. Цифровая обработка сигналов Текст./ М.: Сов. радио. -1973.-368 с.
  15. , JI.M. Цифровая обработка сигналов: Справочник Текст. М.: Радио и связь, — 1985. — 312 с.
  16. , Э.И. Быстрые дискретные ортогональные преобразования Текст. / Э. И. Дагман, Г. А. Кухарев // Минск.: Беларусь, — 1984. — 145 с.
  17. , Д. Цифровая обработка многомерных сигналов Текст. М.: Мир, 1989.-480 с.
  18. , А.М. Диагностика устройств, функционирующих в системе остаточных классов Текст./ М.: Радио и связь, 1982. — 64 с.
  19. , Я.В. Обнаружение и коррекция ошибок в кодах полиномиальной системы классов вычетов на основе нулевизации Текст./ Я. В. Емарлукова, И. А. Калмыков // ."Академия Естествознания» Современные проблемы науки и образования: № 2. — 2006. С. 45−48.
  20. , Я.В. Системный анализ первичной обработки сигналов систем передачи и обработки информации Текст. / И. А. Калмыков, Я. В. Емарлукова, Е. М. Яковлева // Современные наукоемкие технологии — М.: № 3. -2011.-С. 41−43.
  21. , Я.В. Применение параллельно-конвейерных вычислений для повышения быстродействия современных систем управления Текст. / И. А. Калмыков, Я. В. Емарлукова, ДА. Оленева // Успехи современного естествознания М.: № 4. — 2009. — С. 36−37.
  22. , Я.В. Системное проектирование отказоустойчивых устройств цифровой обработки сигналов Текст. / И. А. Калмыков, Я. В. Емарлукова, Е. М. Яковлева // Современные наукоемкие технологии — М.: № 3. -2011.-С. 32−35.
  23. , Я.В. Спектральный метод обнаружения и коррекции ошибок в кодах ПСКВ Текст./ Я. В. Емарлукова // Материалы всероссийской НТК «Перспективы развития средств и комплексов связи. Подготовка специалистов связи" — Новочеркасск: 2006. С. 153−155
  24. , Я.В. Обобщенное дискретное преобразование Фурье для колец неприводимых полиномов Текст. / И. А. Калмыков, Я. В. Емарлукова, Л. И. Тимошенко, В. Р. Гахов // Успехи современного естествознания М.: № 5. -2007.-С. 101−103.
  25. , Я.В. Обнаружение и коррекция ошибок в кодах полиномиальной системы классов вычетов Текст./ Я. В. Емарлукова // Материалы 11 Международной НТК «Инфотелекоммуникационные технологии в науке и технике" — Ставрополь 2006: 2006. С. 41−44.
  26. , Я.В. Методика разработки высокоскоростного спецпроцессора цифровой обработки сигналов Текст./ Калмыков H.A., Емарлукова Я. В., Саратовский A.A., Яковлева Е. М. //Сборник статей ПГУТИ. Ставрополь, Кавказпресс, 2011.-С. 18−23.
  27. Я.В. Генетические алгоритмы в системах цифровой обработки сигналов Текст. / Калмыкова И. А., Воронкина P.A., Резенькова Д. Н., Ер-марлуковой Я.В., Фалько A.A. //"Нейрокомпьютеры: разработка, применение». -М.- Радиотехника. № 5.2011. С. 20−27
  28. , В.И. Справочник по цифровой схемотехнике Текст./ В. И. Зубчук, В. И. Сигорский, А. Н. Шкуро //-К.: Тэхника- 1990.-448 с.
  29. , A.B. Современные микропроцессоры Текст./ М.: НО-ЛИДЖ-2005.-240 с.
  30. , И.А. Элементы применения компьютерной математики и нейроинформатики Текст. / П. И. Червяков, И. А. Калмыков И.А., В. А. Галкина, Ю. О. Щелкунова, АА. Шилов // Под ред. Н. И. Червякова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.-216с.
  31. , И.А. Архитектура отказоустойчивой нейронной сети для цифровой обработки сигналов Текст./ И. А. Калмыков, Н. И. Червяков, Ю. О. Щелкунова, В. В. Бережной // Нейрокомпьютеры: разработка, применение: № 12.2004.-С. 51−60.
  32. , И.А. Многоступенчатая полиномиальная система классов вычетов и ее нейросетевая реализация Текст./ Моделювания та шформацшш технологи. 36ipHHK наукових праць. Нацюнальна Aкaдeмiя Наук Укрши: Кшв, № 33. 2005. — С. 53−62
  33. , И.А. Модель и структура нейронной сети для реализации ЦОС в расширенных полях Галуа Текст./ И. А. Калмыков, Ю. О. Щелкунова, В. Р. Гахов, Д. В. Горденко, В. И. Новиков // 36ipirai< паукових праць: № 1. 2003. — С. 29−41.
  34. , И.А. Структура нейронной сети для реализации цифровой обработки сигналов повышенной разрядности Текст. / И. А. Калмыков, А.Ф. Чи-пига // Вестник Ставропольского Государственного Университета, № 38. 2004. — с. 46−50.
  35. , И.А. Математические модели нейросетевых отказоустойчивых вычислительных средств, функционирующих в полиномиальной системе классов вычетов Текст./-М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 276 с.
  36. , В.В. Основы теории систем и систамного анализа Текст. -М.: «Горячая линия Телеком», 2008. — 189 с.
  37. В.А. Многопроцессорные вычислительные системыТекст. / Таганрог: Наука, 1990. — 205 с.
  38. , В.Н. Новое о системах счисления Текст. / Киев: Вища школа, — 1982.-96 с.
  39. , Р. Основы концепции нейронных сетей Текст. / М.: «Вильяме», — 2 001 288 с.
  40. , И.Н. Реализация алгоритмов цифровой обработки сигналов на основе нейроподобной сети Текст. / Нейрокомпьютеры в системах обработки сигналов. Книга 9. М.: Радиотехника, — 2003. — С. 15−21.
  41. , Т. Алгоритмы: построение и анализ Текст. / Кормен Т., Лей-зерсон Ч., Риверст Р. // М.: МЦНМО, — 2000. — 960 с.
  42. , А.П. Модулярные структуры конвейерной обработай цифровой информации Текст. / А. П. Коляда, И. Т. Пак // Минск: Университетское, -1992.-256 с.
  43. , А.А. О ядре числа в системах остаточных классов Текст. / Кибернетика. № 2.- 1982.-С. 123−125.
  44. , А. А. О нормированном ядре числа в системе остаточных классов и его вычисленияхТекст. / Вест. Бел. университета. № 3.- 1983. С.12−16.
  45. , Ю.Н. Принципы построения графического нейросстевого процессора Текст. / Нейрокомпьютеры в системах обработки изображений. -М.: Радиотехника, 2003. — С.47−55.
  46. , В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика Текст. / В. В. Круглов, В. В. Борисов //- М.: Горячая линия, 2001. — 380 с.
  47. Кун, Г. С. Матричные процессоры на СБИС Текст./ М.: — Мир, -1991.-671 С.
  48. Кун, Г. С. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов Текст. / М.: Радио и связь, — 1989. — 472 с.
  49. , М.С. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования Текст. / М. С. Куприянов, Б. Д. Матюхин // -СПб.: Политехника, 1999. — 367 с.
  50. , Г. А. Алгоритмы и систолические процессоры для обработки многозначных данных Текст. / Минск: Наука и техника, — 1990. — 295 с.
  51. , Г. А. Систолические процессоры для обработки сигналов Текст. / Г. А. Кухарев, A.IO. Тропченко // Минск: Беларусь, — 1988. — 127 с.
  52. , Дж. Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов Текст. / М.: Радио и связь, — 1983. — 264 с.
  53. , С. Цифровой спектральный анализ и его применения Текст. / Пер с англ. М.: Мир, — 1990. — 584 с.
  54. , Г. Быстрые преобразования Фурье и алгоритмы сверток Текст. / М.: Радио и связь, — 1985. — 248 с.
  55. , С. Нейронные сети для обработки информации Текст. / -М.: Финансы и статистика, 2002. — 344 с.
  56. , И.В. Системный подход и общесистемные закономерности Текст. / М: СИНТЕГ, — 2000. — 263 с.
  57. , Дж. Быстрые преобразования Фурье в конечном поле Текст. / Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов. М.: Радио и связь, -1983.-С.147- 156.
  58. , A.B. Применение нетрадиционных арифметик в аппаратуре цифровой обработки сигналов Текст. /A.B. Романихин, Г. А. Кухарев // -М.: РУМБ,-1991.-44 с.
  59. , JI. Теория и применение цифровой обработки сигналов Текст. / Л. Рабинер, Б. Голд // -М.: Мир, 1978. — 848 с.
  60. , В.А. Системный анализ и исследование операций Текст. / В. А. Силич, М. П. Силич. Томск: ТПУ, 2000. — 211 е.
  61. , Л.И. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки енгналов Текст. СПб.: БХВ-Петербург, — 2005. — 456 с.
  62. , Л.И. Применение математической модели обладающей свойством кольца, для реализации цифровой обработки сигналов Текст. / Современные наукоёмкие технологии М.: № 9. — 20O7. — С. 31−32.
  63. , Л.И. Спецпроцессор цифровой обработки сигналов с параллельно-конвейерным распределением вычислительного процесса Текст. / Перспективы развития средств и комплексов связи. Подготовка специалистов связи: Новочеркасск: — 2007. — С. 181−183.
  64. , Л.И. Систолическая матрица для цифровой фильтрации в модулярной арифметике Текст. / И. А. Калмыков, Л. И. Тимошенко // Современные наукоёмкие технологии М.: № 5. — 2007. — С. 113−115.
  65. , Т.Н. Системный анализ в управлении Текст. М.: РИОР, 2008.-416 с.
  66. , А.Ю. Цифровая обработка сигналов. Методы предварительной обработкиТекст. / А. Ю. Тропченко, A.A. Тропченко. СПб: СПбГУ ИТМО, 2009.- 100 с.
  67. Цифровые анализаторы спектра Текст./ B.II. Плотников, A.B. Белинский, В. А. Суханов, Ю.Н. Жигулевцев/ М.: Радио и связь, — 1990, — 184 с.
  68. , Н.И. Применение системы остаточных классов в цифровых системах обработки и передачи информации Текст. / Ставрополь: СВВИУС, -1985.-68 с.
  69. , Н.И. Иерархическая модульная нейронная сеть с деградиру-емой структурой, функционирующая в СОК/ Н. И. Червяков, A.B. Шапошников // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. № 2, 2000, — С.63−71.
  70. , Н.И. Преобразователи цифровых позиционных и непозиционных кодов в системах управления и связи Текст. / Ставрополь: — СВВИУС.1985.-63 с.
  71. , Н.И. Оптимизация структуры нейронных сетей конечного кольца/ Н. И. Червяков, A.B. Шапошников, П. А. Сахиюк // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. № 10, 2001, — С. 13−18.
  72. , Н.И. Применение модулярных вычислений для нейрообра-ботки сигналов Текст. / Н. И. Червяков, A.B. Шапошников, П. А. Сахнюк, И. А. Калмыков // Материалы международной конференции «Нейрокомпьютеры и их применение 2002». Москва: — 2002.
  73. , Н.И. Модулярные параллельные вычислительные структуры нейропроцессорных систем Текст. / Н. И. Червяков, П. А. Сахнюк, A.B. Шапошников, С. А. Ряднов М.: ФИЗМАТЛИТ, — 2003. — 288 с.
  74. , Н.И. Применение нейронных сетей в задачах цифровой обработки сигналов Текст. / Н. И. Червяков, A.B. Шапошников, П. А. Сахнюк // Нейрокомпьютеры в системах обработки сигналов. Книга 9, — М.: Радиотехника, 2003. С.6−14.
  75. , Н.И. Модель структуры нейронной сети для реализации арифметики остаточных классов Текст. / Н. И. Червяков, A.B. Шапошников, П. А. Сахнюк // Нейрокомпьютеры в системах обработки сигналов. Книга 9.- М.: Радиотехника, 2003. — С. 22−31.
  76. , Н.И. Нейронный цифровой фильтр с модулярной обработкой данных Текст. / Н. И. Червяков, В. А. Галкина, A.B. Шапошников, П. А. Сахнюк // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. № 11, — 2002. — С. 20−28.
  77. , Н.И. Нейрокомпьютеры в остаточных классах Текст. / Н. И. Червяков, A.B. Шапошников, П. А. Сахнюк, А. Н. Макоха // М.: Радиотехника, -2003.-272 с.
  78. , A.A. Системный анализ в защите информации Текст. / A.A.
  79. , A.A. Шелупанов. M.: «Гелиос АРВ», 2005. -224 с.
  80. , Ю.О. Применение полиномиальной системы класса вычетов для цифровой обработки сигналов Текст. / Щелкунова ТО.О., Калмыков И. А. // Материалы IV Межрегиональной научной конференции, г. Ставрополь: 2003, С.34−37.
  81. Пат. 2 321 883 Российская Федерация, МПК G06 °F 7/72, G06N 3/02.
  82. A VLSI Architecture for Image Registration in Real Time (Based on systolic array), Vol. 15, September 2007 http://ieeexplore.ieee.org/ iel5/92/4 292 150/04292156.pdf.
  83. Barzi, F. Error correcting properties of redundant residue number systems / IEEE Trans. Comput.1973. vol. c-22, № 3, P.307−315.
  84. Bayoumi, M. Models for VLSI implementation of RNS arifmetic modules / Proc. of IEEE 6th Symp. on Сотр. Arifmetic. June 1983. P. 174−182.
  85. Beckmann, P.E., Musicus B.R. Fast fault-tolerant digital convolution using a polynomial residue number system./IEEE Trans, on Signal Processing, pp.23 002 313, July 1993.
  86. Etzel, M. The design of specialized residue classes for efficient recursive digital filter realization / IEEE Trans. Acoust. Signal Processing, vol. ASSP-30, 1982, № 6. P.370−380.
  87. FSBMA using FPGA for Real Time Applications», IJCSNS International Journal of Computer. Science and Network Security, VOL.8 No.3, pp. 4651, March 2008.
  88. Fortes, J.A. Gracefully degradable processor arrays// IEEE Trans. Сот-put. November 1995, P. l033−1044
  89. Gosentino, R. Fauld tolerante in a systolic residue arithmetic processor array/IEEE Trans. Comput. 1988. vol. C-37, № 7. P.886−890.
  90. Gregory, R. Base conversion in the RNS / BBT. 1977. vol.17. P. 286 302.
  91. Ganapathi Hegde, Implementation of Systolic Array Architecture for Full Search Block Matching Algorithm on FPGA European Journal of Scientific Research ISSN 1450−216X Vol.33 No.4 (2009), pp.606−616. http ://www. euroj ournals. com/ej sr. htm
  92. Haykin, S. Neural Networks. A Comprehensive Foundation. New York: Macmillan College Publishing Company
  93. Hopfield, J. Neurons with graded response have collective*computational properties like those of two-state neurons. Proceedings of the National Academy of Sci-cnces, 81, p 3088−3092.
  94. Hogg, R.S., W.I. Hughes, D.W. Lloyd: A Novel Asynchronous ALU for Massively Parallel Architectures. 4th Euromicro Workshop on Parallel and Distributed Processing, 282−292 (1996).
  95. Hedlund, K.S. Wafer scale integration of Configurable Highly Parallel (CHiP) processors. In Conference on Parallel Processing, pp/262−264, 1992.
  96. Huang, K.H., Abraham Y.A. Algorithm-based fault-tolerance for matrix operations. IEEE Tpransactions on Computers, pp. 518−528, Yull 1984.
  97. Iou, I.Y., Abraham J.A. Fault-tolerant matrix arithmetic and signal processing on lightly concurrent computing structures. Proc. IEEE, pp. 732−741, May, 1996.
  98. Jullien, J. A. VLSI implementation of RNS-Based architectures / International Symposium on Circuits and Systems, Japan, 1985.
  99. K.O'Keefe, A. digital signal processor with uses the RNS / Int. Conf. Systems, Networks and Computers. Mexico. 1971. vol.-2. P.669−673.
  100. Key, E.I. Digital signal processing with RNS/ IEEE IICD-86- Institute of Electrical and Electronics Conferences on Computer Design. 1983, № 3. P.204−207.
  101. Miller, D. An implementation of the IMS algorithm in the RNS / IEEE Trans. on Circuits and Syst. 1984. vol. CAS-31, № 5. P.452−461.
  102. Moore, W.R. A review of fault-tolerant techniques for enhancement of integrated circuit yield// Proc. IEEE P.684−698. May 1986.
  103. Moore, W.R. and A. McCade. Systolic Arrays. Adam Hilgcr, 1997.
  104. M. Mohammadzadeh, M. Eshghi and M.M.Azadfar. Parameterizable Implementation of Full Search Block Matching Algorithm using FPGA for Real-time Applications, IEEE ICCDCS, pp.200−203, NOV.2004.
  105. Mohammed Mahdi Azadfar, Implementation of A Optimized Systolic Array Architecture. IEEE Transaction on Multimedia, vol.2, no.2, pp. 101 110, Jun. 2000.
  106. Radindo, G.R. System level reliability in convolution computations./IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, vol. 7, p.p. 1241−1252, 1989.
  107. Ramachadran, V. Sniggle residue error correction in RSA/IEEE Trans. Comput. 1983. vol.32, May. P.504−507.
  108. Samba: Systolic Accelerator for Molecular Biological Applications This systolic array contains 128 processors shared into 32 full custom. -http://www.irisa.fr/symbiose/people/lavenier/Samba/
  109. Samuel, K. Moore M. Adding cores slows data-intensive applications. November 2008. http://spectrum.ieee.org
  110. Shenoy, M. Accurate RNS scaling technique for high-speed signal processor/IEEE Trans. Acoust. Signal Processing, vol. 37,1988, № 6. P.929−937.
  111. Siewiorek, D.P. The Theory and Practice of Reliable System Design. Digital Press, 1993.
  112. Schimmler M., Schmeck H. A Fault-Tolerant and High Speed Instruction Systolic Array. Proc. International. Conference on VLSI '91, Edinburgh, Scotland 1991.
  113. Schimmler M., H.W. Lang The Instruction Systolic Array in Image Processing Applications. In: O. Loffeld (ed.): Vision Systems: Sensors, Sensor Systems and Components, Proc. SPIE Vol. 2784, 136−144 (1996).
  114. Schmidt B, Schimmler M., Morphological Hough Transform on the Instruction Systolic Array. In: C. Lengauer, M. Griebl, S. Gorlatch, (eds.), EuroPar '97, Lecture Notes in Computer Science 1300, Springer, 798−806 (1997).
  115. Schmidt В., Schimmler M., Schroder H. The Instruction Systolic Array in Tomographic Image Reconstruction Applications. Proceedings PART '98, Adelaide, Australia, Springer (1998).
  116. Schmidt B., Schroder H., Schimmler M. Protein Sequence Comparison on the Instruction Systolic Array. Parallel Computing Technologies '01, Lecture Notes in Computer Science 2127, Springer, 498−509 (2001).
  117. Tsend, B. Implementation of DFT structures using RNS / IEEE Trans. Comput. 1984. vol. C-28, № 2. P.138−149.
  118. Taylor, J. A. compression of DFT algorithms using residue architecture/ Computer and Electrical Engineering (England), Sept. 1981, Vol.8, p. 161−171.
  119. Taylor, J., Jullien G. Residue number scaling and other operations using ROM arrays/ IEEE Trans. Comput., 1978, Vol. 27, № 4, p. 325−336.
  120. Yoccoro, J. Asistolic discret fourier transform using RNS/EEEE Proc/ ICASSP-86. 1986, vol.2, May. P. l 157−1160.
  121. Uandelbaum, D. Error correction in residue arithmetic / IEEE Trans. Comput. 1972. vol. C-21, № 6. P.538−545.
  122. Ulinan, Z. Sign detection and implicit conversion of number in residue arithmetic/ IEEE Trans. Comput., 1983, Vol. C-32, № 6, p. 590−595.
  123. Wilmhoft, R. On hard errors in RNS architecture/ IEEE Trans. Acoust. Signal Processing, vol. ASSP-32, 1984, № 5. P.772−774.
  124. Woods, J. Stability of 2-D causal digital filters, using the residue theorem /IEEE Trans. Acoust. Signal Processing., 1983, vol.31, № 3. P.774−772.
  125. Zhang, C. Parallel designs for Chinese remainder conversion/ Proc. Int. Conf. Parallel Process (17−21.Aug. 1987). Univesity Park, 1987. P.557−559.
  126. Zhang, D. Parallel VLSI neural sections designs New York: Spingen, 1998, p 257.146. http://www.ncuks.ru/147. http://www.ampe.ru/148. http://www.consultant.ru/online/base/?req=doc-base=LAW-n= 112 785
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!