JP2524035Y2 - 畳み込み演算回路用乗算器 - Google Patents

畳み込み演算回路用乗算器

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JP2524035Y2
JP2524035Y2 JP10788090U JP10788090U JP2524035Y2 JP 2524035 Y2 JP2524035 Y2 JP 2524035Y2 JP 10788090 U JP10788090 U JP 10788090U JP 10788090 U JP10788090 U JP 10788090U JP 2524035 Y2 JP2524035 Y2 JP 2524035Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本考案は、ディジタルフィルタ等に使用する畳み込み
演算回路用乗算器に関するものである。
【従来の技術】 一連のディジタルデータxi(i=1,2,…,n)が入力さ
れる時、その各データに係数kiを掛け、その総和を取る
演算、即ち の演算のことを、「畳み込み演算(convolution)」と
いい、そのような演算を行う回路を、畳み込み演算回路
という。畳み込み演算では、上記式を展開した式から容
易に理解されるように、n回の乗算とn−1回の加算が
必要とされる。 ディジタルフィルタでも畳み込み演算が行われるが、
ディジタルフィルタでは、 の演算と同時に、 という演算も行い、入力が1つ入る毎に畳み込み演算の
結果も1つ出るようにされている。即ち、1つ入力が入
ると、一時にn回の乗算とn−1回の加算とが行えるよ
うn個の乗算器とn−1個の加算器とが組み込まれてい
る。次に、その具体例を示す。 第10図は、ディジタルフィルタの1種である転置型ト
ランスバーサルフィルタの従来例である。第10図におい
て、12は被乗数入力端子、13はラッチ、14−1,14−2,14
−3は乗算器、15−1,15−2は加算器、16は出力端子で
ある。Aは入力であり、xiの或る時の値に相当する。k1
〜k3は、Aに乗ずる係数であり、この場合は3個(n=
3)であると仮定している。 A=xi+2が入力されると、乗算器14−1〜14−3で
は、それぞれk1 xi+2,k2 xi+2,k3 xi+2という乗算
結果が得られる。この入力の直後に出力端子16より出る
演算出力は、加算器15−2の加算結果である。 加算器15−2で加算された結果は、次の通りである。
乗算器14−2から加算器15−2までの経路に挿入されて
いるラッチ13の数は、乗算器14−3から加算器15−2ま
での経路に挿入されているラッチ13の数より1つ多い。
また、乗算器14−1からの経路に挿入されているラッチ
13の数は2つ多い。従って、k3 xi+2が加算器15−2に
到達する時に乗算器14−2から到達するのは、1つ前の
入力との乗算結果であるk2 xi+1であり、乗算器14−1
から到達するのは、2つ前の入力との乗算結果であるk1
xiである。従って、xi+2が入力した場合に出力端子16
より出る出力は、 k1 xi+k2 xi+1+k3 xi+2 である。これは畳み込み演算となっており、これがフィ
ルタ出力となる。 第7図は、従来の畳み込み演算回路乗算器であり、第
10図の乗算器14−1等の内部構成を示している。第7図
において、1は乗数入力部、2は乗数デコーダ、3は乗
数デコーダ部、4は被乗数入力端子、5はセレクタ、6
は加算器、7は出力端子である。 乗数入力部1は、被乗数入力端子4から入力される被
乗数Aに乗ずる乗数B(第10図のk1等に相当)を入力す
る部分である。B0,B1,B2,B3,…Bmは、Bを2進数で
表す各ビットであり、B0が最下位ビット、Bmが最下位ビ
ットである。 従来、乗算をするに際しては、演算速度を速くするた
め、変形ブースのアルゴリズムが用いられていた。第9
図は、変形ブースのアルゴリズムを示す図である。オペ
レーションの値は被乗数をAとした場合の値であり、−
A,−2Aは、それぞれA,2Aを反転した値を示している(各
値に対応した3つのビットの0,1は、互いに反転したも
のとなっている)。 乗数デコーダ2で、連続する3つのビットの組み合わ
せが第9図のどれに相当するかを判別し、セレクタ5で
オペレーションの値を選択する。それを加算器6で加算
して、最終的な乗算結果を得る。 第8図は、従来の畳み込み演算回路用乗算器に使用し
ていた乗数デコーダ2とセレクタ5の構成を示す図であ
る。乗数デコーダ2は、多くの論理回路素子で構成さ
れ、その乗数ビット入力端子8より、乗数Bの連続する
3ビットBi-1,Bi,Bi+1が入力され、セレクト信号線9
より、どのオペレーション値を選択するかの信号が出力
される。 セレクタ5は、AND/NOR回路54,イクスクルーシブOR回
路56の3段階で構成されている。 なお、2進数においては、2倍の値は全体を1ビット
上位側にシフトするだけで得られるから、2Aの値はAの
各ビットの値を、Aの値として受け入れた入力位置よ
り、それぞれ1ビット上位側に接続して受け入れるだけ
で(即ち、結線を変えるだけで)得られる。また、Aお
よび2Aを選択する信号9が共に0レベル即ち、ノンアク
ティブの時に得ることが出来る。
【考案が解決しようとする課題】
(問題点) しかしながら、前記した従来の畳み込み演算回路用乗
算器には、演算速度が遅い、使用するトランジスタ
の数が多いという問題点があった。 (問題点の説明) 畳み込み演算回路用乗算器は、ディジタルフィルタ等
では数多く使用されるから、ディジタルフィルタ全体の
演算速度を速くするためには、個々の乗算器における演
算速度を速くすることが要請される。また、構成素子で
あるトランジスタは、コストの面からも数が少ないこと
を要請される。 ところが、第8図に示すように、乗数デコーダ2,セレ
クタ5は多くの論理回路を用いた複雑な構成となってい
るので、トランジスタ数が多くなる(因に、CMOSトラン
ジスタを用いた場合、セレクタ5のトランジスタ数は18
個)。また、論理回路がAND/NOR回路54,イクスクルーシ
ブOR回路56といった動作速度が遅い回路で構成されてい
るので、信号が伝わる速度が遅く、演算速度は遅くな
る。 本考案は、以上のような問題点を解決することを課題
とするものである。
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本考案の畳み込み演算回路
用乗算器では、被定数Aの3場合の値(3A)を出力する
3倍回路と、乗数Bの最下位ビットより2ビットつづ区
切った各2ビットに対応して設けられ、該2ビットが入
力され且つそれらの値の組み合わせの種類を判別する乗
数デコーダと、該乗数デコーダに対応して設けられ、前
記乗数デコーダからの判別信号に応じて0,A,2Aまたは3A
のいずれかの値を選択して出力するセレクタと、該セレ
クタの出力を適宜シフトさせて加算する加算器とを具え
ることとした。
【作用】
前記したような乗算器では、乗数デコーダおよびセレ
クタの構成が従来のものに比し簡単となるので、使用す
るトランジスタの数を少なくすることが可能となる。 また、それに伴い信号が伝わって行く段階が少なくな
るので、演算速度を速くすることが出来る。
【実施例】
以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。 第1図は、本考案の畳み込み演算回路用乗算器を示
し、第2図は、それに使用する乗数デコータとセレクタ
の構成を示している。符号は第7図,第8図のものに対
応し、11は3倍回路、51はトランスミッションゲート、
52はゲートとしてのトランジスタ、53はインバータであ
る。 乗数デコーダ2に入力されるビット数や乗数デコーダ
2の構成、およびセレクタ5の構成が従来例と異なって
いると共に、3倍回路11が設けられている点も従来例と
異なっている。そのような構成となっている理由は、本
考案では演算に独自のアルゴリズムを採用したからであ
る。次に、そのアルゴリズムについて説明する。 第3図は、2進数A,Bの通常の乗算の仕方を示す図で
ある。被乗数Aは、最下位ビットA0から最上位ビットAn
ビットで表される数であり、乗数Bは、最下位ビットB0
から最上位ビットBmまでのmビットで表される数である
とする。 乗算結果30は、Aに最下位ビットB0を乗じた値であ
り、乗算結果31はAに下位より2ビット目のB1を乗じた
値であり、乗算結果32はAに最上位ビットBmを乗じた値
である。乗算結果30から乗算結果は32までは、最下位ビ
ットが順次1ビットつづ上位へシフトしている。それら
を加算することによって、最終的な乗算結果33を得る。 これは乗数Bの1ビット毎に乗算を行い、最後に加算
する演算手法であるが、本考案では、第4図に示すよう
に乗数Bを最下位より2ビットづつ区切り、2ビット単
位での乗算を行い、最後に加算するという本考案独自の
演算手法(演算アルゴリズム)を採用する。 第5図は、本考案で使用するアルゴリズムを示す図で
ある。Bi,Bi+1は、2ビットづつ区切った乗数Bの任意
の2ビットを示している。ビットの値の組み合わせの種
類は、図示するように4種類だけである。そしてそれら
の演算値(オペレーション)は、被乗数をAとした場
合、第5図に図示するように0,A,2A,3Aである。 このアルゴリズムによる演算は、まず2つのビットの
組み合わせが第5図のどの組み合わせかを判別し、それ
に応じて0,A,2A,3Aのいずれかを選択して出力する。そ
して、それらを順次シフトさせつつ加算する。 これは、第3図において、乗数Bの最下位より区切っ
た2ビットづつについての乗算は、各ビット毎に行うの
ではなく一時に行ってしまうことに相当している。例え
ば、乗算結果30と乗算結果31というように別々に答えを
出すのではなく、一時に両者の合計値を出してしまうこ
とに相当する。従って、乗算の回数は、1ビット毎に行
う場合より減るから、乗算器の数も少なくて済む。 第2図の乗数デコーダ2は、乗数Bの2ビットを受入
れ、それらのビット値の組み合わせが第5図の何れであ
るかを判別する。第2図のセレクタ5には、0,A,2A,3A
の値が用意されており、これらはゲートおよびインバー
タ53を経てセレクタ出力端子10に出力される。ゲートと
しては、2つのトランジスタから成るトランスミッショ
ンゲート51あるいは単独のトランジスタ52が用いられ
る。 乗数デコーダ2で得られた判別信号は、セレクト信号
線9を通ってセレクタ5に送られ、0,A,2A,3Aの何れか
を選択するセレクト信号として用いられる。かくして、
2ビットBi,Bi+1に関する乗算は終了する。 本考案の前記したようなアルゴリズムを実行する第2
図の乗数デコーダ2,セレクタ5の構成は、第8図のそれ
らに比べて簡単となっており、使用するトランジスタの
数は少なくて済む。また、信号が経なければんならない
段数も少ないから、演算は高速に行われる。因に、第2
図のセレクタ5に要するトランジスタの数は9個であ
り、第8図のセレクタ5の18個に比べて半分になる。ま
た、第8図のセレクタ5では、信号はAND/NOR回路54の
段,イクスクルーシブOR回路56の段を経て伝達される
が、第2図のセレクタ5では、信号伝達の早いトランス
ミッションゲート(51,52)の段、インバータ53の段の
2段階であり第8図のセレクタの構成よりも高速に伝わ
る。 さて、セレクタ5で得られた各2ビットの組の乗算結
果は、第1図の加算器6において、上位のビットの乗算
結果は上位へシフトさせるという考慮を払いながら加算
され、最終的な演算結果が得られる。なお、従来例でも
述べたように、2Aの値はAを基にして簡単に(接続を1
ビット上位へシフトさせるだけで)得られるし、0はア
ースにより得られる。従って、残る3Aを得るために、3
倍回路11(例、Aと2Aとを加算する回路)が設けられ
る。 第6図は、本考案の乗算器を適用した転置型トランス
バーサルフィルタである。符号は、第10図のものに対応
している。この場合も第10図の従来例と同様、乗ずる係
数がk1,k2,k3の3種類(n=3)である場合を例にと
っている。3倍回路11は、3つの乗算器に対して共通に
用いている。 本考案では、乗算器を構成する乗数デコーダ2やセレ
クタ5のトランジスタの数は減るが、3倍回路11を必要
とするため、それを構成するトランジスタは余分に必要
となる。しかし、第1図や第6図に示すように、3倍回
路11は共通に使えるため、ディジタルフィルタのように
数多くの乗算器を具備しなければならない装置において
は、乗算器で節約されるトランジスタの数の方が多く、
全体としては使用トランジスタを少なくすることが出来
る。
【考案の効果】
以上述べた如く、本考案の畳み込み演算回路用乗算器
によれば、乗数デコーダおよびセレクタの構成が従来の
ものに比し簡単となるので、使用するトランジスタの数
を少なくすることが出来る。 また、乗算器において信号が伝わって行く段数が少な
くなるので、演算速度が速くなる。
【図面の簡単な説明】
第1図…本考案の畳み込み演算回路用乗算器 第2図…本考案で使用する乗数デコーダとセレクタの構
成を示す図 第3図…2進数A,Bの通常の乗算の仕方を示す図 第4図…2進数を下位より2ビットづつ区切る図 第5図…本考案で使用するアルゴリズムを示す図 第6図…本考案を適用した転置型トランスバーサルフィ
ルタ 第7図…従来の畳み込み演算回路用乗算器 第8図…従来の畳み込み演算回路用乗算器に使用してい
た乗算デコーダとセレクタの構成を示す図 第9図…変形ブースのアルゴリズムを示す図 第10図…従来の転置型トランスバーサルフィルタ 図において、1は乗数入力部、2は乗数デコーダ、3は
乗数デコーダ部、4は被乗数入力端子、5はセレクタ、
6は加算器、7は出力端子、8は乗数ビット入力端子、
9はセレクト信号線、10はセレクタ出力端子、11は3倍
回路、12は被乗数入力端子、13はラッチ、14−1,14−2,
14−3は乗算器、15−1,15−2は加算器、16は出力端
子、30〜33は乗算結果、51はトランスミッションゲー
ト、52はトランジスタ、53はインバータ、54はAND/NOR
回路、56はイクスクルーシブOR回路である。

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】被乗数Aの3倍の値(3A)を出力する3倍
    回路と、乗数Bの最下位ビットより2ビットつづ区切っ
    た各2ビットに対応して設けられ、該2ビットが入力さ
    れ且つそれらの値の組み合わせの種類を判別する乗数デ
    コーダと、該乗数デコーダに対応して設けられ、前記乗
    数デコーダからの判別信号に応じて0,A,2Aまたは3Aのい
    ずれかの値を選択して出力するセレクタと、該セレクタ
    の出力を適宜シフトさせて加算する加算器とを具えたこ
    とを特徴とする畳み込み演算回路用乗算器。
JP10788090U 1990-10-15 1990-10-15 畳み込み演算回路用乗算器 Expired - Lifetime JP2524035Y2 (ja)

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