以内存为基础的任意点数快速傅立叶转换器的设计与寻址方法技术

本发明专利技术通过分解方程式将长点数离散傅立叶转换的计算分解为数个短点数的离散傅立叶转换，并同时将其指标由单一维度映像成多维度指标向量。通过控制指标向量，把原始输入资料分散存放到数个内存里，使得在不产生内存存取冲突的情况下同时达到计算期间的资料置换与内存完整蝴蝶点数一次存取的目的。当资料置换使用在已计算完成的旧资料依序输出与新资料依序输入时，为了往后计算期间可以继续保持资料存取时没有内存冲突，对于新资料的计算采取与先前资料计算时的反序操作来达成目的。本发明专利技术并涉及一种使用此方法的以内存为基础的正／逆向快速傅立叶转换处理器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种快速傅利叶转换的计算与寻址方法以及使用此方 法的以内存为基础的任意点数正/逆向快速傅立叶转换处理器设计。对 于任意点数的以内存为基础的离散快速傅立叶转换处理器设计可以有 效地减少处理器面积与所需的操作时脉。
技术介绍
有关本专利技术相关的快速傅利叶转换计算与寻址方法以及使用此方 法的以内存为基础的正/逆向快速傅立叶转换处理器的现有技术谨罗列 并比较缺点如下(1) 由于美国专利号4,477,878名为 Discrete Fourier transform with non-tumbled output不能支持多内存架构(multi-bank memory structure)，因而，对于基r(radix-r)计算时，就需要有r个时脉周期才 能把资料从内存中读出或将计算完的资料写回内存中。这将导致FFT 在计算过程中需要更多的时脉周期，以及为了实时应用所需的更高时 脉速度。本专利技术可通过支持多内存寻址，而在无内存存取冲突的情况下， 将诸如基r的r笔资料在一个时脉周期内完成读或写，以解决现有技术 的问题。(2) 由于美国专利号5091875名为Fast Fourier transform (FFT) addressing apparatus and method，美国专利公开号20060253514名为 Memory-based Fast Fourier Transform device, 以及学术论文L. G. Johnson Conflict free memory addressing for dedicated FFT hardware, IEEE Trans. Circuits Syst. II， Analog Digit. Signal Process., vol. 39， no. 5, pp. 312-316, May 1992等，均仅支持固定的基r，因此仅能适用在具有N = r大小的的FFT中。若考虑到应用在中国数字电视的3780点FFT 或者是PLC应用的3072点FFT的情况时，前述两件现有技术即无法 运作。但本专利技术能够支持任意基数r的混和。因此，能够在任何大小的 FFT应用中使用。(3) 美国专利号7062523名为Method for efficiently computing a fast Fourier transform仅支持固定的基r,因此不能支持中国DTV或 是PLC之类的应用。除此之外，其也不能支持多内存架构(multi-bank memory structure)，其在基r(radix-r)运算时，需要r个时脉周期自内 存存取资料。因此将比使用多内存架构的处理器需要更高的时脉来完 成FFT的计算。本专利技术除了支持任意大小的FFT应用的可变基数外，尚支持多内 存架构，在不产生内存存取冲突的情况下减低所需时脉。(4) 美国专利号 7，164，723名为Modulation apparatus using mixed-radix fast Fourier transform， 以及论文B. G. Jo, and M. H. Sunwoo， New continuous-flow mixed-radix (CFMR) FFT processor using novel in-place strategy, IEEE Trans. Circuits Syst. I, Reg. Papers, vol. 52， no.5， pp. 911-919, May 2005仅适用于基2/4混和的算法(algorithm)， 故仅能工作在N-2n大小上的FFT，无法应用于例如N = 3780的中国 DTV的其它大小的FFT应用。本专利技术因为可支持任何混合的基数，所以可以满足上述需求。除 此之外，对于诸如N=8192的更长点数的处理器设计，本专利技术可以让 处理器设计更加有弹性，因本专利技术可支持大于基4的算法。(5) 美国专利公开号20080025199名称为Method and device for high throughput n-point forward and inverse fast Fourier transform提出 3780的可能分解(candidate decomposition)，例如，3780 = 3X3X3 X2X2X5X7。其以MDC架构实行每个小点数的FFT模块来减少后续7会提到的一些中国专利中的较大内部缓存器。然而，由于此方法需要 对每个模块在一个时脉周期中完成运算，因此会需要大量硬件。此外, 在实际的系统应用上是需要依序输出资料的，但是此专利输出资料却 不是依序输出的，因此尚有部分问题未解决。(6) 中国专利号01140060.9名称为3780点离散傅里叶变换处理 器系统及其结构、中国专利号03107204.6名称为具有3780点 IDFT/DFT处理器的多载波系统及其方法、中国专利公开号 200410090873.2名称为采用升采样处理方法实现3780点离散傅立叶 变换、中国专利公开号200610104144.7名称为3780点离散傅立叶 变换处理器以及中国专利公开号200710044716.1名称为流水线结 构的3780点快速傅里叶变换处理器等上述专利可执行3780点的具 有类似管线(pipelined)架构的FFT处理器，其所提出的架构内部需要大 量的缓存器或内存来重新排列资料。此外，对于实际系统应用之需求 而言，依序输入输出资料以及支持连续资料流都是必须的，为了达成 这些，中国专利号01140060.9名称为3780点离散傅里叶变换处理器 系统及其结构以及中国专利号03107204.6名称为具有3780点 IDFT/DFT处理器的多载波系统及其方法就至少需要3N字符的内存 空间；中国专利公开号200410090873.2，名称为采用升采样处理方法 实现3780点离散傅立叶变换、中国专利公开号200710044716.1，名 称为流水线结构的3780点快速傅里叶变换处理器就至少需要5N 字符的内存空间；中国专利公开号200610104144.7名称为3780点离 散傅立叶变换处理器就至少需要6N字符的内存空间。 相较前述，本专利技术仅仅需要2N字符的内存空间就可以做到了。并且， 请注意到在中国专利号01140060.9、中国专利号03107204.6以及中国 专利公开号200710044716.1的输出资料并不是有序的，因此他们需要 至少一个N字符的内存空间与额外的控制逻辑来重新排序输出数据以 便依序输出。(7) 在论文Z,X. Yang，Y,P.Hu, C,Y. Pan, and L. Yang, Designof a 3780-point IFFT processor for TDS-OFDM ，IEEE Trans. Broadcast vol. 48, no.l, pp. 57-61， Mar. 2002所提出的3780点FFT处理器的输出 资料并非依序排列，为了能够依序排列，其需要一个缓冲器去重新排 列输出资料，因此其至少需要3N字符的内存空间，才能在能处理连续 资料流的前提下达成此需求，但本专利技术已如上述仅需2N字符空间的内 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种任意点数快速傅利叶转换的计算与寻址方法，其特征在于，包含下列步骤：　（１）将长点数离散傅立叶转换的计算分解为数个短点数的离散傅立叶转换，并同时将其指标由单一维度映像成多维度指标向量；　（２）通过控制这些多维度指标向量，把原始 输入资料分散存放到数个内存里，使得在不产生内存存取冲突的情况下同时达到计算期间的资料置换与内存完整蝴蝶点数一次存取的目的；　（３）当资料置换使用在已计算完成的旧资料依序输出与新资料依序输入时，为了往后计算期间可以继续保持资料存取时没有 内存冲突，对于新资料的计算采取与先前资料计算时的反序操作来达成目的；依此方法，对于设计任意点数的以内存为基础的快速傅立叶转换处理器，可以减少处理器面积与所需的操作时脉。

【技术特征摘要】
1.一种任意点数快速傅利叶转换的计算与寻址方法，其特征在于，包含下列步骤(1)将长点数离散傅立叶转换的计算分解为数个短点数的离散傅立叶转换，并同时将其指标由单一维度映像成多维度指标向量；(2)通过控制这些多维度指标向量，把原始输入资料分散存放到数个内存里，使得在不产生内存存取冲突的情况下同时达到计算期间的资料置换与内存完整蝴蝶点数一次存取的目的；(3)当资料置换使用在已计算完成的旧资料依序输出与新资料依序输入时，为了往后计算期间可以继续保持资料存取时没有内存冲突，对于新资料的计算采取与先前资料计算时的反序操作来达成目的；依此方法，对于设计任意点数的以内存为基础的快速傅立叶转换处理器，可以减少处理器面积与所需的操作时脉。2. —种以内存为基础的正/逆向快速傅立叶转换处理器，其特征在于，包含 一用以存放资料的主要内存、 一进行分解后短点数快速傅立叶转换的处理元件以及一控制单元，其中该控制单元具有控制以下项目的功能(l)输入输出资料与蝴蝶运算用的内存，(2)分解后的短点数快速傅立叶转换的计算顺序，及(3)以资料置换方式进行资料存取所需的内存寻址。3. 如权利要求2所述的以内存为基础的正/逆向快速傅立叶转换处理器，其中，该主要内存包含二记忆区块，为MEMJ与MEIv^2,当MEM_1用于快速傅立叶转换运算时，ME]V^2则用于输入输出资料，反之亦然。4. 如权利要求3所述的以内存为基础的正/逆向快速傅立叶转换处理器，其中，每一记忆区块包含M个记忆库，且每一记忆库的大小为N/M，其中N为快速傅立叶转换的点数长度，M为由系统设计者自行设定的记忆库数量。5. 如权利要求2所述的以内存为基础的正/逆向快速傅立叶转换 处理器，其中，该处理单元设计为可对分解后的短点数快速傅立叶转换进行个别计算。6. 如权利要求2所述的以内存为基础的正/逆向快速傅立叶转换 处理器，其中，该控制单元的第(l)项控制功能是控制如权利要求3所 述的该两记忆区块，以将其功能切换为快速傅立叶转换计算或输入输 出资料。7. 如权利要求2所述的以内存为基础的正/逆向快速傅立叶转换 处理器，其中，该控制单元的第(2)项控制功能是控制该处理元件来依 照权利要求1第(3)点的步骤执行，使其利用与同一记忆区块的前次快 速傅立叶转换符元分解顺序相反的顺序进行短点数快速傅立叶转换计 算，从而取得快速傅立叶转换符元；亦即，若该快速傅立叶转换符元 于一记忆区块中以N！点快速傅立叶转换、N2点快速傅立叶转换......至Nk点快速傅立叶转换的顺序计算，则储存于同一记忆区块中的次一快 速傅立叶转换符元的计算顺序为Nk点快速傅立叶转换、N(k.,)点快速傅 立叶转换......至N,点快速傅立叶转换。8. 如权利要求2所述的以内存为基础的正/逆向快速傅立叶转换 处理器，其中，该控制单元的第(3)项控制功能是内存寻址并控制以资 料置换的方式进行资料存取，从而进行每一记忆区块的蝴蝶运算与资 料输入输出，此项控制功能为权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李镇宜，萧清峰，陈元，
申请(专利权)人：财团法人交大思源基金会，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]