用于语音识别的快速傅里叶变换电路及其控制方法技术

技术编号：41198820 阅读：8 留言：0更新日期：2024-05-07 22:26

本发明专利技术公开了一种用于语音识别的快速傅里叶变换电路及其控制方法，该电路中采用两个基础级电路组成一个变换电路，对多级变换电路依次串联连接，在相邻变换电路之间串联设置乘积电路，乘积电路包括四个移位加法器、第一译码器、第二译码器、加法计算器及减法计算器，移位加法器包括两个移位器、第一输入控制器、第二输入控制器、可变计算器及求补单元。上述快速傅里叶变换电路，基于基2<supgt;2</supgt;SDF流水线型结构，结合低比特可编程移位器，利用简化设计的移位加法电路结构，代替了通用乘法器，其次通过降低数据存储所需位宽，从而节省计算功耗和面积。同时基于CSD编码非零位不连续的特性，降低了可编程移位器的移位量，节省了硬件资源。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电路的，尤其涉及一种用于语音识别的快速傅里叶变换电路及其控制方法。

技术介绍

1、fft(快速傅里叶变换，fast fourier transform)是一种在信号处理和图像处理中广泛使用的算法，用于将信号从时域转换到频域；它具有快速计算速度和高效能的特点，它被应用于许多领域，包括语音处理、图像处理、音频编解码、无线通信等，它在现代数字技术中扮演着非常重要的角色，为我们提供了快速、准确的频域分析工具。

2、fft也经常被应用于语音关键字识别模型中，用来提取语音信号的频域特征，从而提高语音关键字识别模型的信息处理效率。然而现有应用于语音关键字识别系统中的快速傅里叶变换电路通常是精确计算的快速傅里叶变换，这一快速傅里叶变换电路存在着计算量大、数据存储量大的问题。本专利技术提出了用于语音关键字识别的快速傅里叶变换电路，虽然快速傅里叶变换的计算结果有较大误差，但神经网络模型存在参数冗余的特征，在训练过程中会调整权重对快速傅里叶变换造成的计算误差进行弥补，因而语音关键字识别模型的最终分类准确率并不会下降多少。但通过对旋转因子进行近似修改，可以减少电路中的加法器。根据近似旋转因子设计了移位加法器来代替通用乘法器，减少了旋转因子的存储空间，达到减少面积和功耗的目的。

技术实现思路

1、本专利技术实施例提供了一种用于语音识别的快速傅里叶变换电路及其控制方法，旨在解决现有技术中的快速傅里叶变换电路结构所存在的应用过程中功耗较高的问题以及语音关键字识别模型中参数冗余的问题。</p>

2、第一方面，本专利技术实施例公开了一种用于语音识别的快速傅里叶变换电路，包括多级变换电路及多个乘积电路；多级所述变换电路依次串联连接；

3、上一级所述变换电路的信号输出端与下一级所述变换电路的信号输入端之间串联设置一个所述乘积电路；每一级所述变换电路均由两个基础级电路串联组成；

4、所述乘积电路包括四个移位加法器、第一译码器、第二译码器、加法计算器及减法计算器；第一译码器的输出端同时连接第一移位加法器的第一输入端及第二移位加法器的第一输入端，第一移位加法器的第二输入端与第三移位加法器的第二输入端相连接且连接点作为所述乘积电路的第一数值输入端；第四移位加法器的第二输入端与第二移位加法器的第二输入端相连接且连接点作为所述乘积电路的第二数值输入端；所述第二译码器的输出端同时连接第三移位加法器的第一输入端及第四移位加法器的第一输入端；

5、所述第一移位加法器的输出端与所述第四移位加法器的输出端分别与所述减法计算器的两个输入端相连接，所述第二移位加法器的输出端与所述第三移位加法器的输出端分别与所述加法计算器的两个输入端相连接，所述减法计算器的输出端作为所述乘积电路的第一数值输出端，所述加法计算器的输出端作为所述乘积电路的第二数值输出端；

6、所述移位加法器包括两个移位器、第一输入控制器、第二输入控制器、可变计算器及求补单元；第一输入控制器的输入端及第二输入控制器的输入端组合为所述移位加法器的第二输入端；第一输入控制器的控制信号输入端用于输入第一输入控制信号，第二输入控制器的控制信号输入端用于输入第二输入控制信号；

7、第一输入控制器的输出端与第一移位器的输入端相连接，第二输入控制器的输入端与第二移位器的输入端相连接，第一移位器的输出端及第二移位器的输出端分别与可变计算器的两个输入端相连接，可变计算器的输出端与求补单元的输入端相连接，求补单元的输出端作为移位加法器的输出端；所述第一移位器的移位信号输入端用于输入第一移位控制信号，所述第二移位器的移位信号输入端用于输入第二移位控制信号；所述可变计算器的变换信号输入端用于输入变换控制信号；所述求补单元的求补信号输入端用于输入求补信号；所述第一输入控制器的控制信号输入端、所述第二输入控制器的控制信号输入端、所述第一移位器的移位信号输入端、所述第二移位器的移位信号输入端、所述可变计算器的变换信号输入端及所述求补单元的求补信号输入端组合为所述移位加法器的第一输入端。

8、第二方面，本专利技术实施例还公开了一种用于语音识别的快速傅里叶变换电路的控制方法，该控制方法应用于快速傅里叶变换系统中，所述快速傅里叶变换系统包括电路控制器及如上述第一方面所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路，所述电路控制器与快速傅里叶变换电路中译码器的输入端进行通信连接，所述控制方法包括：

9、所述电路控制器根据预置的数值筛选规则对预设数值范围内的数值进行筛选，得到与所述数值筛选规则对应的候选数，所述预设数值范围与旋转因子的位宽相对应；

10、所述电路控制器根据所述候选数对快速傅里叶变换的旋转因子分别进行近似求解，得到与每一组旋转因子分别对应的近似旋转因子；

11、所述电路控制器对各所述近似旋转因子中包含的实部及虚部分别进行顺序排序并编号，得到旋转因子编号信息后进行只读存储；

12、所述译码器读取与各所述乘积电路对应的旋转因子编号信息并进行解码，将解码得到的与每一旋转因子编号信息对应的控制信号对应输入至乘积电路所属的移位加法器中。

13、本申请实施例公开了一种用于语音识别的快速傅里叶变换电路及其控制方法，该电路中采用两个基础级电路组成一个变换电路，对多级变换电路依次串联连接，并在相邻变换电路之间串联设置乘积电路，乘积电路包括四个移位加法器、第一译码器、第二译码器、加法计算器及减法计算器，移位加法器包括两个移位器、第一输入控制器、第二输入控制器、可变计算器及求补单元。上述快速傅里叶变换电路，基于基22sdf流水线型结构，结合低比特可编程移位器，利用简化设计的移位加法电路结构，代替了通用乘法器，其次通过降低数据存储所需位宽，从而节省计算功耗和面积。同时基于csd编码非零位不连续的特性，降低了可编程移位器的移位量，节省了硬件资源。

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【技术保护点】

1.一种用于语音识别的快速傅里叶变换电路，其特征在于，包括多级变换电路及多个乘积电路；多级所述变换电路依次串联连接；

2.根据权利要求1所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路，其特征在于，所述移位器包括首行移位电路、中间行移位电路、尾行移位电路；所述首行移位电路包含的若干个输入端组合为移位器的输入端，输入端的长度与快速傅里叶变换过程中的计算结果保留位宽相对应；所述首行移位电路的输出端与所述中间行移位电路的输入端相连接，所述中间行移位电路的输出端与所述尾行移位电路的输入端相连接；所述首行移位电路的首行移位信号输入端、所述中间行移位电路的中间行移位信号输入端及所述尾行移位电路的尾行移位信号输入端组合为所述移位器的移位信号输入端；

3.根据权利要求2所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路，其特征在于，所述首行移位电路包括依次排列的两个与门、若干个输入控制器及两个可控与门；所述中间行移位电路包括依次排列的两个与门、若干个输入控制器及两个可控与门；该移位电路每一行输入控制器的个数与快速傅里叶计算过程中的结果保留位宽对应。

4.根据权利要求1-3任一项所述

5.根据权利要求4所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路，其特征在于，所述快速傅里叶变换电路包括四级变换电路及三个乘积电路。

6.根据权利要求5所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路，其特征在于，所述乘积电路还包括第一只读内存器、第二只读内存器；

7.一种用于语音识别的快速傅里叶变换电路的控制方法，所述控制方法应用于快速傅里叶变换系统中，所述快速傅里叶变换系统包括电路控制器及如权利要求1-6任一项所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路，所述电路控制器与快速傅里叶变换电路中译码器的输入端进行通信连接，其特征在于，所述控制方法包括：

8.根据权利要求7所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路的控制方法，其特征在于，所述根据预置的数值筛选规则对预设数值范围内的数值进行筛选之前，还包括：

9.根据权利要求7或8所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路的控制方法，其特征在于，通过根据所述候选数对所输入的多组旋转因子分别进行近似求解，得到与每一组旋转因子分别对应的近似旋转因子，包括：

10.根据权利要求9所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路的控制方法，其特征在于，所述读取与各所述乘积电路对应的旋转因子编号信息并进行解码，包括：

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【技术特征摘要】

1.一种用于语音识别的快速傅里叶变换电路，其特征在于，包括多级变换电路及多个乘积电路；多级所述变换电路依次串联连接；

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于语音识别的快速傅里叶变换电路，其特征在于，所述基础级电路包括一个移位寄存器及一个蝶形运算单元；所述蝶形运算单元的寄存信号输出端与对应的一个所述移位寄存器的输入端相连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶文彬，李永安，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：

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