[发明专利]一种基于近似定常数复数乘法器的FFT电路及实现方法

说明书

本发明公开一种基于近似定常数复数乘法器的FFT电路及实现方法，属于信号处理和集成电路设计领域。本发明利用旋转因子的对称映射特性压缩旋转因子的个数，再将压缩后FFT算法里的旋转因子进行CSD编码表示，最后对旋转因子的CSD编码进行近似处理，增加旋转因子在进行复数乘法时的公共部分。相比于传统的快速傅里叶变换电路，本发明在容忍一定误差的情况下，有效地降低了快速傅里叶变换电路的面积和计算功耗，提升了电路的能效。

技术领域

本发明公开了一种基于近似定常数复数乘法器的快速傅里叶变换电路，属于信号处理和集成电路设计的技术领域。

背景技术

快速傅里叶变换(FFT)作为傅里叶变换的快速算法，被大量运用在信号处理领域，如信号调制解调、语音特征提取等。快速傅里叶变换作为一种将信号从时域变换到频域的方法，硬件实现上主要由蝶形运算和旋转因子乘法运算组成。快速傅里叶变换电路通常分为两类实现方法，串行FFT算法和并行FFT算法，两类FFT算法基本是由蝶形运算模块和旋转因子乘积模块组成。FFT算法中的蝶形运算实质上是一组复数加法运算，而旋转因子乘积模块则通常会被综合成一组通用复数乘法器，由4个定常数乘法器组成。因此旋转因子乘积模块会占据FFT芯片实现中大量的计算量和芯片面积，优化这些定常数乘法器能够有效减小FFT处理器的面积和功耗。

传统的定常数乘法器有很多优化算法，如数字编码：先将乘数变换为相应的编码再进行计算。这种算法包括正则有符号数编码，布斯编码。公共子表达式消除：先利用数字编码算法将乘数变为相应编码，然后在编码中找到一系列相同的子表达式，然后分解为子表达式和其他乘数。然而在对于结果精确度要求不高的情况下，这些方法对于硬件实现的提升较小。本发明提出了一种利用近似定常数复数乘法器的快速傅里叶变换电路。通过对旋转因子进行合理地近似修改，增加多常数乘法器中公共子表达式的个数，从而能够增多数据复用，来减少电路中的加法器，以达到减小面积和功耗的目的。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供一种基于近似定常数复数乘法器的快速傅里叶变换电路，在FFT电路架构下，利用旋转因子的对称映射关系，通过对旋转因子进行合理的近似处理，有效地减小旋转因子的常数个数，增加多常数乘法器中公共子表达式的个数，从而能够增加数据复用，以此来共用复数乘法运算中的部分积，降低运算次数，减少电路中的加法器，以达到减小面积和功耗的目的。

本发明为实现上述发明目的采用了如下技术方案：

一种基于近似定常数复数乘法器的FFT电路实现方法，其特征在于对FFT算法里的旋转因子复常数实部和虚部分别进行CSD编码，并对CSD编码结果进行近似处理，即在允许的误差内，基于增加实部和虚部公共部分的原则，将实部和虚部中至少一个的CSD编码的部分比特位进行零一置换，得到实部和虚部的近似定常数，然后将各旋转因子实部和虚部近似定常数的公共部分作为公共子表达式参与旋转因子的乘法运算，将所述旋转因子的乘法运算用移位运算和加法运算的组合实现。

一种基于近似定常数复数乘法器的FFT电路，包括旋转因子乘积模块，其特征在于所述旋转因子乘积模块中的旋转因子复常数实部和虚部分别经过CSD编码，并对CSD编码结果进行近似处理，即在允许的误差内，基于增加实部和虚部公共部分的原则，将实部和虚部中至少一个的CSD编码的部分比特位进行零一置换，得到实部和虚部的近似定常数，各旋转因子实部和虚部近似定常数的公共部分作为公共子表达式参与旋转因子的乘法运算，将所述旋转因子乘积模块用移位运算和加法运算的组合实现。