[发明专利]一种快速傅里叶变化的基2-4-8混合基蝶算器及其应用

说明书

本发明涉及一种快速傅里叶变化的基2‑4‑8混合基蝶算器，包括基2单元、基4单元以及基8单元，所述基8单元包括主要由第一复数加法器、实数运算单元连接组成的前置运算单元与基4单元，所述前置运算单元通过第一寄存器与所述基4单元连接，所述基8单元、基4单元以及基2单元并接形成流水线架构。益效果为：相对于完整的基8蝶形运算器资源开销小使用更加灵活，同时有良好的并行性来满足高吞吐率系统的需求；基2‑4‑8混合基的结构使蝶算器可以像基2算法一样可以支持2的整数次幂点的序列长度。

技术领域

本发明涉及一种应用在数字信号处理中的快速傅里叶变换数字集成电路设计，尤其是一种快速傅里叶变化的基2-4-8混合基蝶算器。

背景技术

1965年Cooley和Tukey提出快速傅里叶变换算法，利用旋转因子的周期性和对称性，把长序列的DFT分解成更小点数的DFT从而减少乘法次数提高计算效率。此算法一经问世就得到极大关注，并迅速发展出现了很多相关的算法。1968年Bergland对FFT的基2，基4算法进行了改进推导出了基8、基16算法。FFT算法被广泛运用于雷达系统、图像处理、通信系统、航天航空等领域，随着对系统性能指标要求的提升、传统的基2算法已不能满足雷达、通信和电子对抗等高速处理系统的计算要求，采用高基数算法成为提高FFT处理速度的主要途径之一。

目前，公知的快速傅立叶变换模块多采用蝶形运算器完成运算。但是蝶形运算器的大小，蝶算器采用的算法都会对FFT模块的性能产生影响。蝶算器越大，快速傅立叶变换运算并行度越大，FFT模块的性能越高，同时开销也越大，即数字电路设计所消耗的逻辑资源多、芯片面积大。蝶形运算器可以采用不同的2的整数次幂作为基，如基2、基4以及基8等算法。对于基2算法实现最为直接可以支持2的整数次幂点长度序列的FFT运算。基2算法虽然简单且易于实现，但是在源数据序列较长的大点数FFT运算时所需要的运算级数也最多，如2的n次幂点长度的序列需要进行n级运算才能完成快速傅里叶变换。基4、基8等高基的算法可以有效减少长序列的运算技术从而提高性能，但是高基数的算法也存在一定的局限：第一，高基数算法的蝶算器设计相对复杂，如一个完整基8蝶形运算器比基2蝶算器的资源开销大4倍以上，同时对访存的带宽的需求是基2蝶形运算器的4倍；第二，高基的蝶算器不能像基2算法一样支持的2整数次幂的序列长度，而是所选用高基算法的基数的整数次幂。例如，基8算法支持的序列长度应为8的整数次幂点。当需要运算的长度越大时，高基数的FFT算法带来的性能提升也越明显。

发明内容

本发明目的在于克服以上现有技术之不足，提供一种对于大数据量、大点数的数据处理有很好的性能提升的快速傅里叶变化的基2-4-8混合基蝶算器，具体有以下技术方案实现：

所述快速傅里叶变化的基2-4-8混合基蝶算器，包括基2单元、基4单元以及基8单元，所述基8单元包括主要由第一复数加法器、实数运算单元连接组成的前置运算单元与基4单元，所述前置运算单元通过第一寄存器与所述基4单元连接，所述基8单元、基4单元以及基2单元并接形成流水线架构。

所述快速傅里叶变化的基2-4-8混合基蝶算器的进一步设计在于，所述基8单元的前置运算单元还包括第二寄存器，所述实数运算单元的输入端连接复数加法器的输出端，输出端连接所述第一寄存器，所述第一复数加法器通过所述第二寄存器与第一寄存器连接，所述实数运算单元由两条运算支路并接组成，每条运算支路由一个实数加法器与一个实数乘法器串接组成。

所述快速傅里叶变化的基2-4-8混合基蝶算器的进一步设计在于，所述基2单元为一个复数加法器。

所述快速傅里叶变化的基2-4-8混合基蝶算器的进一步设计在于，所述基4单元包括第一复数加法单元、第二复数加法单元以及流水线寄存器，所述每个复数加法单元由两个复数加法器并接组成，第一复数加法单元通过所述流水线寄存器与第二复数加法单元连接。