一种点数可变的混合基ＦＦＴ／ＩＦＦＴ实现装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种点数可变的混合基ＦＦＴ／ＩＦＦＴ实现装置及其方法。本发明专利技术为ＦＦＴ和ＩＦＦＴ两用系统，实现了点数可配；在变换过程中使用两块ＲＡＭ，一块只存储输入数据，在每一次运算完成其第一级蝶形运算时，该ＲＡＭ可以用来接受下次运算的数据，在完成连续多次运算时，节省了时间；另外使用了基４和基２相结合的方法实现２的Ｌ次幂（Ｌ为大于或等于３的正整数）点数的ＦＦＴ和ＩＦＦＴ运算，在蝶形运算时，使用块浮点运算，解决了蝶形运算过程中乘法和加法造成的数据位宽扩大，节省了存储空间，同时对该结果做原址存储操作，实现近似的级间流水。该方法和装置具有控制简单，实现高效，配置灵活，可扩展性良好等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种点数可变的混合基FFT/IFFT实现装置及其方法。
技术介绍
离散傅里叶变换(DFT)是数字信号处理领域最为基本也是最为常用的运算，我们可以利用DFT对信号做数字谱分析或者实现数字滤波，此外，在各种数字系统的设计和实现中也都会用到DFT。然而，在DFT运算提出初期，并没有一种很优的算法随之提出，因此，完成N点数据DFT的计算复杂度为O(N2)；直到1965年，Cooley和Tukey在《Mathematics of Computation》上发表了“Analgorithm for the machine computation of complex Fourier series”一文，标志着快速傅里叶变换(FFT)算法的正式诞生。 FFT算法的提出被视为数字信号处理发展史上一个重要的里程碑，它将DFT的计算复杂度由O(N2)降到了O(Nlog2N)，解决了数字信号处理实现和应用的瓶颈，具有很强的理论和工程意义。在目前数字信号处理的各个应用领域中，FFT算法仍然起着举足轻重的作用例如，FFT算法作为时域和频域转换的基本算法，是我们进行数字谱分析的必备前提，在数字通信、语音信号分析、图像处理、雷达以及生物医学工程等方面都有着极其广泛的应用；又如，在数字语音编码、数字滤波、射电干涉阵等情况下，都需要使用专用的FFT设备来处理这种实时快速的运算；特别是，近年来由于现场可编程门阵列(FPGA)的飞速发展，使得FPGA非常适合用来实现FFT算法，如FPGA厂商Altera和Xlinx都开发了相应的FFT IP核，且价格非常昂贵，无法广泛应用，因此在实际工程应用中，开发一个基于FGPA的FFT实现方法显得尤为重要。 目前，已有的各种各样的DFT计算快速算法大致可以分为两类一类是将DFT转变为卷积，利用计算卷积的方法计算，其代表是Winograd算法和素因子算法；另一类是递归型算法，是将一维DFT转化为容易计算的二维或者多维DFT，且这个过程可以重复，具有代表性的算法有Cooley-Tukey算法、Rader-Brenner算法和分裂基算法。上述两类算法相比较而言，前者在运算量上占优，乘法器的使用比后者少，但是控制逻辑较复杂，控制单元实现起来相对较为麻烦。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种点数可变的混合基FFT/IFFT实现装置及其方法。 点数可变的混合基FFT/IFFT实现装置包括模块输入数据变换模块、存储模块A、数据选择器、蝶形运算模块、溢出检测模块、存储模块B、移位模块、输出数据变换模块以及控制模块，输入数据变换模块与存储模块A、数据选择器、蝶形运算模块、溢出检测模块、存储模块B、移位模块依次连接，存储模块B与输出数据变换模块相连，移位模块与数据选择器相连；在控制模块控制下，将串行输入数据变换后存储到存储模块A，然后控制模块控制存储模块A中所有数据完成第一级蝶形运算，结果完成溢出检测，同时也存入存储模块B；当存储模块A中所有数据均完成了第一级蝶形运算后，控制模块向外给出存储模块A空闲可用的标志信号，预示着下一次运算数据可以输入，同时控制模块控制移位模块、存储模块B、蝶形运算模块以及溢出检测模块完成接下来的所有蝶形运算；当所有蝶形运算全部完成之后，控制模块控制存储模块B、输出数据变换模块，将存储模块B中的数据串行读出经过移位、实部虚部变换后输出最终的块浮点运算结果，当存储模块B中数据全部输出后，输出数据变换模块向控制模块给出存储模块B空闲可用标志信号，新一次FFT/IFFT运算开始进行。 所述的蝶形运算模块包括相连接的旋转因子存储模块、乘法器模块和加法器模块。 点数可变的混合基FFT/IFFT实现方法包括如下步骤 1)根据本次运算为FFT或者IFFT，在控制模块的控制下，将串行输入数据处理后按照分块倒叙方式存入存储模块A； 2)处理后串行输入数据全部写入存储模块A后，控制模块控制存储模块A、蝶形运算模块、和溢出检测判断模块，从存储模块A中读取四个数据完成一次基-4蝶形运算；对蝶形运算结果数据做溢出检测判断后，按原址存储到存储模块B中，当存储模块A中的所有数据均完成第一级蝶形运算，控制模块向外给出信号，下一次FFT或者IFFT运算的数据流进入存储模块A； 3)将FFT或者IFFT运算的点数记为N，且N＝2L，L为大于或等于3的正整数若L为偶数，则蝶形运算级数为L/2；若L为奇数，则蝶形运算级数为(L+1)/2，在控制模块的控制下，L为偶数情况下的第二级到第L/2级或者L为奇数情况下的第二级到第(L-1)/2级的每一次蝶形运算均从存储模块B中读取四个数据，经过移位模块移位之后完成一次基-4蝶形运算，结果经过溢出检测判断后按原址存入存储模块B；当L为奇数时，第(L+1)/2级蝶形运算按照每次从存储模块B中读取两个数据，在控制模块下进行基-2蝶形运算，结果经过溢出检测判断后按原址存入存储模块B中； 4)在所有蝶形运算完成之后，跟据本次运算为FFT或者IFFT，将存储模块B中的数据做相应处理后串行输出，得到输入数据的FFT或者IFFT块浮点运算结果，将该结果与最后输出的块浮点指数组合为实际FFT或者IFFT结果。 所述的根据本次运算为FFT或者IFFT，在控制模块的控制下，将串行输入数据处理后按照分块倒叙方式存入存储模块A的步骤包括 1)FFT/IFFT变换的输入数据为复数，点数为N，N＝2L，L为大于或等于3 的正整数，若输入数据要求进行FFT运算，则输入复数数据不需做处理；若输入数据要求进行IFFT运算，则输入复数数据实部不变，虚部取反； 2)存储模块A包括四个大小相同的子存储模块，分别为A1、A2、A3、A4，每个子存储模块的大小为2×b×N/4比特，b为输入复数的实部或者虚部的位宽比特数，串行输入的N点处理后数据为x(n)，其中n＝0，1，2，......，N-1，将x(0)～x(N/4-1)、x(N/4)～x(2N/4-1)、x(2N/4)～x(3N/4-1)和x(3N/4)～x(N-1)分别按照倒叙存入A1、A2、A3、A4中； 3)当输入数据点数达到N时，控制模块给出FFT/IFFT运算启动信号。 所述的处理后串行输入数据全部写入存储模块A后，控制模块控制存储模块A、蝶形运算模块和溢出检测判断模块，从存储模块A中读取四个数据完成一次基-4蝶形运算；对蝶形运算结果数据做溢出检测判断后，按原址存储到存储模块B中，当存储模块A中的所有数据均完成第一级蝶形运算，控制模块向外给出信号，下一次FFT或者IFFT运算的数据流可以进入存储模块A的步骤包括 1)从子存储模块A1、A2、A3、A4中分别读出一个数据，经过三次复数乘法和八次复数加法，完成一次基-4蝶形运算； 2)对每次蝶形运算的结果做溢出检测判断，记下该运算结果中最大值的溢出比特数； 3)存储模块B也由四个子存储模块组成，分别为子存储模块B1、B2、B3、B4，每次蝶形运算结束将四个数据写入子存储模块B1、B2、B3、B4，写地址等于子存储模块A1、A2、A3、A4的读地址； 4)重复上述三个步骤，直至存储模块A中所有数据完成蝶形运算，此时最大的溢出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种点数可变的混合基ＦＦＴ／ＩＦＦＴ实现装置，其特征在于，包括模块：输入数据变换模块、存储模块Ａ、数据选择器、蝶形运算模块、溢出检测模块、存储模块Ｂ、移位模块、输出数据变换模块以及控制模块，输入数据变换模块与存储模块Ａ、数据选择器、蝶形运算模块、溢出检测模块、存储模块Ｂ、移位模块依次连接，存储模块Ｂ与输出数据变换模块相连，移位模块与数据选择器相连；在控制模块控制下，将串行输入数据变换后存储到存储模块Ａ，然后控制模块控制存储模块Ａ中所有数据完成第一级蝶形运算，结果完成溢出检测，同时也存入存储模块Ｂ；当存储模块Ａ中所有数据均完成了第一级蝶形运算后，控制模块向外给出存储模块Ａ空闲可用的标志信号，预示着下一次运算数据可以输入，同时控制模块控制移位模块、存储模块Ｂ、蝶形运算模块以及溢出检测模块完成接下来的所有蝶形运算；当所有蝶形运算全部完成之后，控制模块控制存储模块Ｂ、输出数据变换模块，将存储模块Ｂ中的数据串行读出经过移位、实部虚部变换后输出最终的块浮点运算结果，当存储模块Ｂ中数据全部输出后，输出数据变换模块向控制模块给出存储模块Ｂ空闲可用标志信号，新一次ＦＦＴ／ＩＦＦＴ运算开始进行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李云飞，赵民建，王勇松，侯维玮，李立言，王悦，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]