[发明专利]具有优化资源消耗的定点FFT实现系统

说明书

一种具有优化资源消耗的定点FFT实现系统，包括：log₂N级蝶形运算模块及其存储模块，每级的蝶形运算由各自的蝶形运算模块及其对应的存储模块配合实现，每级的蝶形运算模块计算该级的全部次蝶形运算，在此基础上通过流水线插入使得处理连续的输入序列时，整个处理器的计算周期大大减少。本发明基于对运算单元的数量优化以及蝶形运算架构，通过基‑2FFT的算法在利用旋转因子的对称性以及在不损失计算结果精度的情况下尽可能减小每一级蝶形运算的字长，利用这两种方法来减少定点FFT运算的资源消耗。

技术领域

本发明涉及的是一种计算机领域的技术，具体是一种具有优化资源消耗的定点快速傅里叶变换(FFT)实现系统。

背景技术

现有的FFT结构包括基于存储的、流水的、阵列的和缓存结构的，在高实时性低资源消耗系统中，流水结构的定点FFT经常被采用，利用旋转因子的对称性可以进一步减小FFT的资源占用。现有技术采用基-4蝶形算法实现FFT能够减少级数，达到减少计算量的效果。但该算法只能支持点数为4的整数次幂的序列，如果点数不是4的整数次幂的序列，则需要将序列扩展再计算，运算量反而增加；现有技术也有采用浮点的FFT计算，并具有结果误差小的优点。但在实际应用过程中，由于浮点数运算带尺度问题，使得运算以及控制变复杂；现有技术还有通过并行架构对FFT进行计算以提高运算速度，但是采用的并行运算，还需要对数据进行重排以及需要根据并行度对FFT进行分解，在此基础上又会增加额外的逻辑电路开销。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷和不足，提出一种具有优化资源消耗的定点FFT实现系统，基于对运算单元的数量优化以及蝶形运算架构，通过基-2FFT的算法在利用旋转因子的对称性以及在不损失计算结果精度的情况下尽可能减小每一级蝶形运算的字长，利用这两种方法来减少定点FFT运算的资源消耗。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种具有优化资源消耗的定点FFT实现系统，包括：log₂N级蝶形运算模块及其存储模块，其中：每级的蝶形运算由各自的蝶形运算模块及其对应的存储模块配合实现，每级的蝶形运算模块重复进行次蝶形运算得到该级的全部蝶形运算结果，在此基础上通过流水线插入使得处理连续的输入序列时，整个处理器的计算周期大大减少。

所述的流水线插入是指：第一级存储模块接收N点输入数据，第一级蝶形运算相应进行其中点的蝶形运算并将计算得到的上下节点结果根据地址规律存入第二级存储模块，当第二级存储模块接收到点输入数据，第二级蝶形运算模块相应输出剩余部分中的点的运算结果，直至最后级存储模块接收到上一级的前2点输入数据并由最后级蝶形运算模块输出最后剩余的2点的运算结果并组合得到全部N点的DFT。

所述的定点FFT实现系统中进一步设有输入截短模块和输出扩充模块，其中：输入截短模块按原字长接收输入数据并存储后将输入数据的实虚部截断；输出扩充模块将收到的数据的最低位扩展。

技术效果

本发明整体解决了现有FFT运算资源消耗较高且实时性较低的问题。

与现有技术相比，本发明利用旋转因子的对称性，减少旋转因子的存储；在不损失FFT计算正确性的前提下，综合考虑了信噪比之后，得到每一级蝶形运算的最小字长。本发明通过观察1024点计算过程，复用前级空闲资源。

附图说明

图1为流水线运算示意图；

图2为旋转因子的对称图；

图3为生成新的读Rom地址模块流程图；

图4为防溢出移位截断示意图；

图5为每一级最少字长示意图；

图6为存数据时序图；

图7为蝶形运算模块时序图；