JP4199100B2 - 関数演算方法及び関数演算回路 - Google Patents
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Description
202は、AD変換装置204によってディジタル信号205に変換したのち、フーリエ変換装置206において高速フーリエ変換処理することで周波数成分208に分解して解析される。
巡回式設定部13により、サイン関数を計算するテイラー級数式を、既知数Qと、変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトしたのち、定数Kを加算したものを新たな既知数Qとする各項に共通な単一の巡回式(Q=K+S・X2・Q)に変形して設定する巡回式設定ステップと、
調整部14により、変数Xは、変数Xの変化範囲内で、変数Xの最大値が1となるように、定数Kは1以下となるように、シフト数Sを調整して準備する調整ステップと、
巡回式実行部15により、角度情報iを入力して変数Xに変換し、テイラー級数式の項の数分、巡回式を高次の項から低次の項に向けて順次実行して角度情報iのサイン関数を導出する巡回式実行ステップと、
を備えたことを特徴とする。
巡回式設定部13により、コサイン関数を計算するテイラー級数式を、既知数Qと、変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトしたのち、定数Kを加算したものを新たな既知数Qとする各項に共通な単一の巡回式(Q=K+S・X2・Q)に変形して設定する巡回式設定ステップと、
調整部14により、変数Xは、変数Xの変化範囲内で、変数Xの最大値が1となるように、定数Kは1以下となるように、シフト数Sを調整して準備する調整ステップと、
巡回式実行部15により、角度情報iを入力して変数Xに変換し、テイラー級数式の項の数分、巡回式を高次の項から低次の項に向けて順次実行して角度情報iのコサイン関数を導出する巡回式実行ステップと、
を備えたことを特徴とする。
巡回式設定部により、超越関数を計算するテイラー級数式を、既知数Qと、変数Xを乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトしたのち、定数Kを加算したものを新たな既知数Qとする各項に共通な単一の巡回式(Q=K+S・X・Q)に変形して設定する巡回式設定ステップと、
調整部により、変数Xは、変数Xの変化範囲内で、変数Xの最大値が1となるように、前記定数Kは1以下となるように、シフト数Sを調整して準備する調整ステップと、
巡回式実行部により、入力情報を前記変数Xに変換し、前記テイラー級数式の項の数分、前記巡回式を高次の項から低次の項に向けて順次実行して前記入力情報の超越関数を導出する巡回式実行ステップと、
を備えたことを特徴とする。
ステップS1:角度を示すアドレスiを入力する。
ステップS2:アドレスiにより0°〜45°の算出であることから変数XiをXi=i/(N/8)として最大値が1となるように正規化する。
ステップS3:変数Xiの二乗を算出する。
ステップS4:テイラー級数式の打ち切りを示す項数となるd=7を設定し、図3の定数テーブル16から定数K(7)を求め、これを既知数Q(7)に代入する。
ステップS5:dをd=d−2とする。
ステップS6:dが1以上か否かチェックする。1以上であればステップS7に進み、1未満であればステップS8に進む。
ステップS7:巡回式をd=5,3,1の順番にステップS5〜S7のルートを通じて既知数Q5,Q3,Q1を順次演算する。
ステップS8:dが1未満となって巡回式の演算の終了した場合であり、そこで既知数Q(1)に変数Xiを乗ずることでsinθiを算出する。
ステップS9:算出したsinθiの値を出力する。
ステップS1:角度を示すアドレスiを入力する。
ステップS2:アドレスiを(N/8)で除算して最大値を1に正規化した変数Xiを求める。
ステップS3:変数Xiの二乗を求める。
ステップS4:d=6を設定し、Q(6)に図3のコサイン側のt=6から取り出した定数K(d)を代入する。
ステップS5:d=d−2を計算する。
ステップS6:dが0以上か否かチェックする。0以上であればステップS7に進み、マイナスであればステップS8に進む。
ステップS7:d=4,2,0につきステップS5〜S7のルート処理により巡回式を順次計算し、Q(4),Q(2)及びQ(0)を順次求める。
ステップS8:dがマイナスとなって巡回式の演算が終了した場合であり、この場合にはステップS5〜S7で最後に求めたQ(0)をcosθiとする。
ステップS9:演算処理により求めたcosθiの値を出力する。
ステップS1:アドレスiを入力する。
ステップS2:変数Xiをアドレスiのシフト処理により求める。このとき変数Xiには保護ビットが2ビット付加される。
ステップS3:変数Xiを2乗し、結果を四捨五入により丸める。
ステップS4:d=7を設定し、既知数Q(d)を図3の定数テーブル16から読み出した定数K(7)とする。
ステップS5:d=d−2を求める。dは巡回処理により、5,3,1,0と変化する。
ステップS6:dが1以上か否かチェックする。1以上であればステップS7に進み、1未満であればステップS8に進む。
ステップS7:変数Xi2 に既知数Q(b+2)を乗算し、その結果を四捨五入により丸めて中間値Wとする。中間値Wをシフト数S(d+2)によりシフト処理する。中間値Wに定数K(d)を加算した値を四捨五入により丸め、新たな既知数Q(d)とする。この演算は、d=5,3,1につき3回繰り返される。
ステップS8:dが1未満となって巡回計算が終了した場合であり、Q(1)に変数Xiを乗算してsinθiを求め、その結果を四捨五入によりまるめて最終ビット数の値を求める。
ステップ9:演算結果としてsinθiを出力する。
ステップS1:アドレスiを入力する。
ステップS2:アドレスiを(N/8)シフトさせて変数Xiを求める。このとき変数Xiに保護ビットとして2ビットを付加する。
ステップS3:変数Xi2 を求め、四捨五入により丸める。
ステップS4:d=6とし、図3の定数テーブル16から求めた定数K(6)を既知数Q(6)とする。
ステップS5:d=d−2を求める。この場合、dはd=4,2,0と変化する。
ステップS6:dが0以上か否かチェックする。0以上であればステップS7に進み、マイナスであればステップS8に進む。
ステップS7:変数Xi2 に既知数Q(d+2)を乗算して、四捨五入による丸めにより中間値Wを求める。次に、中間値Wにシフト数S(d+2)によるシフト処理を行った後、定数K(d)を加算して四捨五入による丸めを行い、新たな既知数Q(d)を求める。この演算処理は、Q(4),Q(2)及びQ(0)というように3回、S5〜S7のループ処理を通じて行われる。
ステップS8:dがマイナスとなって巡回演算が終了した場合であり、ステップS7で求めたQ(0)を四捨五入により丸めて最終ビット数のcosθiとする。
ステップS9:cosθiを演算結果として出力する。
(1段目) X0(8)・W0,X0(9)・W0,X0(10)・W0,
X0(11)・W0,X0(12)・W0,X0(13)・W0,
X0(14)・W0,X0(15)・W0
(2段目) X1(4)・W0,X1(5)・W0,X1(6)・W0,X1(7)・W0,
X1(12)・W4,X1(13)・W4,X1(14)・W4,
X1(15)・W4
(3段目) X2(2)・W0,X2(3)・W0,
X2(6)・W4,X2(7)・W4,
X2(10)・W2,X2(11)・W2,
X2(14)・W6,X2(15)・W6
(4段目) X3(1)・W0,
X3(3)・W4,
X3(5)・W2,
X3(7)・W6,
X3(9)・W1,
X3(11)・W5,
X3(13)・W3,
X3(15)・W7
(付記)
(付記1)
サイン関数を計算するテイラー級数式を、既知数Qと、変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトしたのち、定数Kを加算したものを新たな既知数Qとする各項に共通な単一の巡回式に変形して設定する巡回式設定ステップと、
前記変数Xは、変数Xの変化範囲内で、変数Xの最大値が1となるように、前記定数Kは1以下となるように、前記シフト数Sを調整して準備する調整ステップと、
角度情報iを入力して前記変数Xに変換し、前記テイラー級数式の項の数分、前記巡回式を高次の項から低次の項に向けて順次実行して前記角度情報iのサイン関数を導出する巡回式実行ステップと、
を備えたことを特徴とする関数演算方法。(1)
付記1記載の関数演算方法に於いて、前記巡回式実行ステップは、前記巡回式の既知数Q、変数X、シフト後の中間値、定数Kは、最終的なビット数に保護ビット数を加えたビット数として演算処理を実行することを特徴とする関数演算方法。(2)
コサイン関数を計算するテイラー級数式を、既知数Qと、変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトしたのち、定数Kを加算したものを新たな既知数Qとする各項に共通な単一の巡回式に変形して設定する巡回式設定ステップと、
前記変数Xは、変数Xの変化範囲内で、変数Xの最大値が1となるように、前記定数Kは1以下となるように、前記シフト数Sを調整して準備する調整ステップと、
角度情報iを入力して前記変数Xに変換し、前記テイラー級数式の項の数分、前記巡回式を高次の項から低次の項に向けて順次実行して前記角度情報iのコサイン関数を導出する巡回式実行ステップと、
を備えたことを特徴とする関数演算方法。(3)
付記3記載の関数演算方法に於いて、前記巡回式実行ステップは、前記巡回式の既知数Q、変数X、シフト後の中間値、定数Kは、最終的なビット数に保護ビット数を加えたビット数として演算処理を実行することを特徴とする関数演算方法。
既知数Qと変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトした後に定数Kを加算したものを新たな既知数Qとするサイン関数を計算するテイラー級数式の変形により得られた巡回式を演算する巡回式演算部と、
入力した角度情報iを前記変数Xに変換すると共に、変数Xの変化範囲内で変数Xの最大値が1となるように前記シフト数Sを調整して出力する変換調整部と、
サイン関数を計算するテイラー級数式の各項に対応した定数Kと、前記各定数Kを1以下となるように調整したシフト数Sを予め求めて保持した定数テーブルと、
前記変換調整部から前記変数Xが出力された際に、予め定めたテイラー級数式の項数分、前記巡回式演算部を高次の項から低次の項に向けて前記定数テーブルの定数Kとシフト数Sの選択に基づき順次循環演算を実行させて前記角度情報iのサイン関数を導出する演算制御部と、
を備えたことを特徴とする関数演算回路。(4)
付記5記載の関数演算回路に於いて、前記巡回式演算部は、前記巡回式の既知数Q、変数X、シフト後の中間値、定数Kは、最終的なビット数に保護ビット数を加えたビット数として演算処理を実行することを特徴とする関数演算回路。
既知数Qと変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトした後に定数Kを加算したものを新たな既知数Qとするコサイン関数を計算するテイラー級数式の変形により得られた巡回式を演算する巡回式演算部と、
入力した角度情報iを前記変数Xに変換すると共に、変数Xの変化範囲内で変数Xの最大値が1となるように前記シフト数Sを調整して出力する変換調整部と、
サイン関数を計算するテイラー級数式の各項に対応した定数Kと、前記各定数Kを1以下となるように調整したシフト数Sを予め求めて保持した定数テーブルと、
前記変換調整部から前記変数Xが出力された際に、予め定めたテイラー級数式の項数分、前記巡回式演算部を高次の項から低次の項に向けて前記テーブルの定数Kとシフト数Sの選択に基づき順次循環演算を実行させて前記角度情報iのコサイン関数を導出する演算制御部と、
を備えたことを特徴とする関数演算回路。
付記7記載の関数演算回路に於いて、前記巡回式演算部は、前記巡回式の既知数Q、変数X、シフト後の中間値、定数Kは、最終的なビット数に保護ビット数を加えたビット数として演算処理を実行することを特徴とする関数演算回路。
既知数Qと変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトした後に定数Kを加算したものを新たな既知数Qとするサイン関数を計算するテイラー級数式の変形により得られた巡回式を演算する巡回式演算部を各項ごとに設けてパイプライン接続したパイプライン演算部と、
入力した角度情報iを前記変数Xに変換すると共に、変数Xの変化範囲内で変数Xの最大値が1となるように前記シフト数Sを調整して前記パイプライン演算部に出力する変換調整部と、
サイン関数を計算するテイラー級数式の各項に対応した定数Kと、前記各定数Kを1以下となるように調整したシフト数Sを予め求めて保持した定数テーブルと、
前記変換調整部から前記変数Xが出力される毎に、前記パイプライン演算部の各巡回式演算部にテイラー級数式の対応する項の定数Kとシフト数Sを前記定数テーブルから選択して並列的に演算させ最終段の巡回式演算部の出力に基づき前記角度情報iのサイン関数を導出させるパイプライン制御部と、
を備えたことを特徴とする関数演算回路。(5)
付記9記載の関数演算回路に於いて、前記パイプライン演算部の各巡回式演算部は、前記巡回式の既知数Q、変数X、シフト後の中間値、定数Kは、最終的なビット数に保護ビット数を加えたビット数として演算処理を実行することを特徴とする関数演算回路。
既知数Qと変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトした後に定数Kを加算したものを新たな既知数Qとするコサイン関数を計算するテイラー級数式の変形により得られた巡回式を演算する巡回式演算部を各項ごとに設けてパイプライン接続したパイプライン演算部と、
入力した角度情報iを前記変数Xに変換すると共に、変数Xの変化範囲内で変数Xの最大値が1となるように前記シフト数Sを調整して前記パイプライン演算部に出力する変換調整部と、
コサイン関数を計算するテイラー級数式の各項に対応した定数Kと、前記各定数Kを1以下となるように調整したシフト数Sを予め求めて保持した定数テーブルと、
前記変換調整部から前記変数Xが出力される毎に、前記パイプライン演算部の各巡回式演算部にテイラー級数式の対応する項の定数Kとシフト数Sを前記定数テーブルから選択して並列的に演算させ最終段の巡回式演算部の出力に基づき前記角度情報iのコサイン関数を導出させるパイプライン制御部と、
を備えたことを特徴とする関数演算回路。
付記11記載の関数演算回路に於いて、前記パイプライン演算部の各巡回式演算部は、前記巡回式の既知数Q、変数X、シフト後の中間値、定数Kは、最終的なビット数に保護ビット数を加えたビット数として演算処理を実行することを特徴とする関数演算回路。
サイン関数演算回路とコサイン関数演算回路を有し、
前記サイン関数演算回路は、
既知数Qと変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトした後に定数Kを加算したものを新たな既知数Qとするサイン関数を計算するテイラー級数式の変形により得られた巡回式を演算する巡回式演算部を各項ごとに設けてパイプライン接続したパイプライン演算部と、
入力した角度情報iを前記変数Xに変換すると共に、変数Xの変化範囲内で変数Xの最大値が1となるように前記シフト数Sを調整して前記パイプライン演算部に出力する変換調整部と、
サイン関数を計算するテイラー級数式の各項に対応した定数Kと、前記各定数Kを1以下となるように調整したシフト数Sを予め求めて保持した定数テーブルと、
前記変換調整部から前記変数Xが出力される毎に、前記パイプライン演算部の各巡回式演算部にテイラー級数式の対応する項の定数Kとシフト数Sを前記定数テーブルから選択して並列的に演算させ最終段の巡回式演算部の出力に基づき前記角度情報iのサイン関数を導出させるパイプライン制御部と、
を備え、
前記コサイン関数演算回路は、
既知数Qと変数Xの2乗を乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトした後に定数Kを加算したものを新たな既知数Qとするコサイン関数を計算するテイラー級数式の変形により得られた巡回式を演算する巡回式演算部を各項ごとに設けてパイプライン接続したパイプライン演算部と、
入力した角度情報iを前記変数Xに変換すると共に、変数Xの変化範囲内で変数Xの最大値が1となるように前記シフト数Sを調整して前記パイプライン演算部に出力する変換調整部と、
コサイン関数を計算するテイラー級数式の各項に対応した定数Kと、前記各定数Kを1以下となるように調整したシフト数Sを予め求めて保持した定数テーブルと、
前記変換調整部から前記変数Xが出力される毎に、前記パイプライン演算部の各巡回式演算部にテイラー級数式の対応する項の定数Kとシフト数Sを前記定数テーブルから選択して並列的に演算させ最終段の巡回式演算部の出力に基づき前記角度情報iのコサイン関数を導出させるパイプライン制御部と、
を備えたことを特徴とする関数演算回路。
付記13記載の関数演算回路に於いて、前記各パイプライン演算部の各巡回式演算部は、前記巡回式の既知数Q、変数X、シフト後の中間値、定数Kは、最終的なビット数に保護ビット数を加えたビット数として演算処理を実行することを特徴とする関数演算回路。
付記13記載の関数演算回路に於いて、前記入力情報iのサイン関数およびコサイン関数に基づき、基数2のパイプライン型高速フーリエ変換装置に設けた複数のバタフライ段のひねり係数値を計算させることを特徴とする関数演算回路。
超越関数を計算するテイラー級数式を、既知数Qと、変数Xを乗算し、その結果をシフト数Sだけシフトしたのち、定数Kを加算したものを新たな既知数Qとする各項に共通な単一の巡回式に変形して設定する巡回式設定ステップと、
前記変数Xは、変数Xの変化範囲内で、変数Xの最大値が1となるように、前記定数Kは1以下となるように、前記シフト数Sを調整して準備する調整ステップと、
入力情報を前記変数Xに変換し、前記テイラー級数式の項の数分、前記巡回式を高次の項から低次の項に向けて順次実行して前記入力情報の超越関数を導出する巡回式実行ステップと、
を備えたことを特徴とする関数演算方法。
11:コンピュータ
12:関数演算処理部
13:巡回式設定部
14:調整部
15:巡回式実行部
16,22:定数テーブル
18:装置
19:関数演算回路
20,20−1,20−2:演算制御部
20−3,20−4:パイプライン制御部
24:変換調整部
25:巡回式演算部
25−1:サイン関数演算回路
25−2:コサイン関数演算回路
25−3:サイン関数パイプライン演算回路
25−4:コサイン関数パイプライン演算回路
26,45,64,95:変換シフト回路
27,30,40,46,50,65,68,75,82,86,96,100,106,114,124,:乗算器
28,48:巡回処理部
32,52,70,76,84,102,108,115:シフト回路
34,54,126,128:加算器
35,36,38,55,56,58:選択回路
66,98:第1演算部
74,105:第2演算部
80,112:第3演算部
88:丸め回路
120,130,134,138:並べ替え回路
122,132,136,140,152,154,156,158:バタフライ演算部
142−1,1421−2:アドレス計算部
144−1,144−2:ひねり係数演算部
145,146,148,150,176,178,180,182:バッファ
160,164,168,172:ひねり係数乗算部
Claims (4)
- 演算処理装置の関数演算方法において、
前記演算処理装置に、
前記演算処理装置が有する巡回式設定部が、三角関数を計算するテイラー級数式を、既知数Qと、変数Xの2乗を乗算し、前記乗算結果をシフト数Sだけシフトしたのち、前記シフト結果に定数Kを加算した結果を前記テイラー級数式の新たな既知数Qとする、各項に共通な単一の巡回式に変形して前記演算処理装置が有する巡回式実行部に設定するステップと、
前記演算処理装置が有する調整部が、前記各項の巡回式に対応して、前記変数Xの変化範囲内で、前記変数Xの最大値が1になるとともに、前記定数Kが1以下となるように、前記シフト数Sを調整するステップと、
前記巡回式実行部が、入力された角度情報iを前記変数Xに変換し、前記変数X,前記定数テーブルに格納された定数K及びシフト数Sを用いて前記テイラー級数式の項の数分、前記巡回式を高次から低次の項に向けて順次実行して前記角度情報iの三角関数の演算結果を導出するステップと、
を実行させることを特徴とする関数演算方法。
- 前記巡回式実行部が前記各度情報iの三角関数の演算結果を導出するステップにおいて、前記巡回式の既知数Q、変数X、シフト後の中間値及び定数Kは前記三角関数の演算結果のビット数に所定のビット数を加えたビット数の精度により表現されて、前記三角関数の演算結果の導出に用いられることを特徴とする請求項1記載の関数演算方法。
- 三角関数を導出するテイラー級数式において、既知数Qと、変数Xの2乗を乗算し、前記乗算結果をシフト数Sだけシフトしたのち、前記シフト結果に定数Kを加算した結果を新たな既知数Qとする、前記テイラー級数式の各項の巡回式を演算する巡回式演算部と、
入力された角度情報iを変数Xに変換すると共に、前記変数Xの変化範囲内で、前記変数Xの最大値が1となるように前記シフト数Sを調整して出力する変換調整部と、
前記テイラー級数式の各項に対応した定数Kと、前記各調整されたシフト数Sを保持する定数テーブルと、
前記変換調整部から前記変数Xが出力された際に、前記定数テーブルに保持された各項の定数Kとシフト数Sに基づき、予め定めたテイラー級数式の項数分、前記巡回式演算部に高次の項から低次の項に向けて順次循環演算を実行させて前記角度情報iの三角関数の演算結果を導出する演算制御部と、
を備えたことを特徴とする演算制御装置。
- 三角関数を導出するテイラー級数式において、既知数Qと、変数Xの2乗を乗算し、前記乗算結果をシフト数Sだけシフトしたのち、前記シフト結果に定数Kを加算した結果を新たな既知数Qとする前記テイラー級数式の各項に共通な単一の巡回式を演算する巡回式演算部を各項ごとに設けてパイプライン接続したパイプライン演算部と、
入力された角度情報iを変数Xに変換すると共に、前記変数Xの変化範囲内で、前記変数Xの最大値が1となるように前記シフト数Sを調整して前記パイプライン演算部に出力する変換調整部と、
前記テイラー級数式の各項に対応した定数Kと、前記各調整されたシフト数Sを保持する定数テーブルと、
前記変換調整部から前記変数Xが出力される毎に、前記パイプライン演算部の各巡回式演算部に、前記定数テーブルに保持された各項の定数Kとシフト数Sに基づき、前記パイプライン演算部に前記テイラー級数式の各項の巡回式を演算させて、前記各度情報iの三角関数の演算結果を導出するパイプライン制御部と、
を備えたことを特徴とする演算処理装置。
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