JPH06110917A - Vector calculator - Google Patents

Vector calculator

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JPH06110917A
JPH06110917A JP4257729A JP25772992A JPH06110917A JP H06110917 A JPH06110917 A JP H06110917A JP 4257729 A JP4257729 A JP 4257729A JP 25772992 A JP25772992 A JP 25772992A JP H06110917 A JPH06110917 A JP H06110917A
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JP
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data
dimensional
fft
fourier transform
rearranging
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Kunie Shimada
邦江 島田
Satoshi Ito
聡 伊藤
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PURPOSE:To prolong a vector length, and to attain a Fourier transform by one-dimensionally rearranging input data with a data arraying means, and rearranging data after a butterfly arithmetic operation with a rearranging means. CONSTITUTION:This calculator is equipped with a data arraying means 1 which arrays the input data in a prescribed sequence, butterfly arithmetic means 2 which operates a butterfly arithmetic operation, and rearranging means 3 which rearranges the data after the butterfly arithmetic operation Then, when the multi-dimensional data are inputted, the multi-dimensional data are one- dimensionally arranged by the data arraying means 1. Then, a processing equivalent to a one-dimensional fast Fourier transform(FFT) is operated until the Pn-th stage, and the transformed data are rearranged. This processing is operated (n) times, and finally the processing equivalent to the one-dimensional FFT is repeated until the P1st stage. That is, the vector length can be prolonged by lengthening a loop length by one-dimensionally arranging the multi- dimensional data, and the arithmetic speed can be fastened by calculating the multi-dimensional FFT by operating one time of the processing equivalent to the one-dimensional FFT.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はフーリエ変換を行なうベ
クトル計算機に係り、特に高速に演算を行なう技術に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vector computer for performing a Fourier transform, and more particularly to a technique for high speed operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、画像処理や物性計算の分野に
おいて、フーリエ変換が多く使用されており、高速にフ
ーリエ変換を行なうことのできるベクトル計算機の出現
が望まれている。
2. Description of the Related Art Conventionally, Fourier transform has been widely used in the field of image processing and physical property calculation, and the advent of a vector computer capable of performing fast Fourier transform has been desired.

【0003】一般に、多次元離散フーリエ変換は次式に
よって定義される。
Generally, the multidimensional discrete Fourier transform is defined by the following equation.

【0004】[0004]

【数1】 ここでnは次元数、Ni (i=1,…,n)は各次元に
対するデータ数である。(1)式は次のように変形され
る。
[Equation 1] Here, n is the number of dimensions, and N i (i = 1, ..., N) is the number of data for each dimension. Expression (1) is modified as follows.

【0005】[0005]

【数2】 (2)式より多次元離散フーリエ変換は、j1 ,……,
n-1 を固定しjn に関してフーリエ変換を行ない、次
にj1 ,…,jn-2 ,jn を固定しjn-1 に関して変換
する、というように1次元離散フーリエ変換を次元数回
繰り返せばよいことがわかる。FFT(高速フーリエ変
換)の場合も同様で、多次元FFTは1次元FFTを次
元数回繰り返すことにより計算できる。
[Equation 2] From the equation (2), the multidimensional discrete Fourier transform is j 1 , ...,
performs Fourier transform on fixing the j n-1 j n, then j 1, ..., to secure the j n-2, j n converts respect j n-1, the one-dimensional discrete Fourier transform as that dimension It turns out that it only has to be repeated several times. The same applies to the case of FFT (Fast Fourier Transform), and the multidimensional FFT can be calculated by repeating the one-dimensional FFT several times.

【0006】また、繰り返し数Ni (i=1,…,n)
の外側ループとFFTのアルゴリズム内のループを交換
して実行する方法もある。ここで、1次元FFTの仕組
みを簡単のためにN=8の場合について述べる。1次元
離散フーリエ変換は次の(3)式によって定義される。
The number of repetitions N i (i = 1, ..., N)
There is also a method of exchanging the outer loop of FFT with the loop in the FFT algorithm. Here, in order to simplify the mechanism of the one-dimensional FFT, the case of N = 8 will be described. The one-dimensional discrete Fourier transform is defined by the following equation (3).

【0007】[0007]

【数3】 (3)式の定義通り計算を行なえば、8個のデータを変
換するのに8×8=64回の演算が必要である。しかし
FFTでは8×3=24回の演算で済ませられる。
(3)式において
[Equation 3] If the calculation is performed according to the definition of the equation (3), it is necessary to perform 8 × 8 = 64 operations to convert eight pieces of data. However, in FFT, 8 × 3 = 24 calculations are required.
In equation (3)

【数4】 とし、その変換の様子を図18に示す。8個のデータf
(j){j=0,…,7}は図18のように3段階で変
換される。図18からわかるように、f(0)とf
(4)からg(0)とg(4)が生成される。f(0)
とf(4)はg(0)とg(4)以外の値を求めるのに
必要ないのでg(0)とg(4)はf(0)とf(4)
の上に重ね書き出来る。このデータの流れを図で表すと
交差した形が得られるので、この演算はバタフライ演算
と呼ばれている。また、g(0)とg(2)からh
(0)とh(4)が生成されるが、g(0)とg(2)
はh(0)とh(4)以外の計算には必要ないので同様
に重ね書き出来る。
[Equation 4] Then, the state of the conversion is shown in FIG. 8 data f
(J) {j = 0, ..., 7} is converted in three steps as shown in FIG. As can be seen from FIG. 18, f (0) and f (0)
G (0) and g (4) are generated from (4). f (0)
Since f (4) and f (4) are not necessary to obtain values other than g (0) and g (4), g (0) and g (4) are f (0) and f (4).
Can be overwritten on. This operation is called a butterfly operation because an intersecting form can be obtained by representing this data flow in a diagram. Also, from g (0) and g (2) to h
(0) and h (4) are generated, but g (0) and g (2)
Can be overwritten in the same way, since is not necessary for calculations other than h (0) and h (4).

【0008】この重ね書きによるデータの変換の様子を
図19に示す。この方法は余分な記憶容量を取らないと
いう利点があるが、最後に得られるc(k)は正しい順
序に並んでいない。そこで、通常は最後にデータの入れ
換えを行なっている。
FIG. 19 shows how the data is converted by this overwriting. This method has the advantage of not taking up extra storage capacity, but the last available c (k) is not in the correct order. Therefore, usually, the data is exchanged at the end.

【0009】図18の変換の様子を見るとc(k)は正
しい順に並んでいる。そこで重ね書きをせずに作業用配
列を使用し、最後の並べ換えを必要としないスーパーコ
ンピュータ向けのStockhamのアルゴリズムにつ
いて述べる。
Looking at the state of conversion in FIG. 18, c (k) are arranged in the correct order. Therefore, a Stockham algorithm for supercomputers that uses a working array without overwriting and does not require the final rearrangement will be described.

【0010】FFTの中間段階第l段におけるN(=2
p )個のデータは次の(5)式のように定義される。
N (= 2) in the 1st stage of the intermediate stage of FFT
The p ) pieces of data are defined by the following equation (5).

【0011】[0011]

【数5】 となり、これは初期データである。また、l=pのとき
j=0で
[Equation 5] And this is the initial data. When l = p, j = 0

【数6】 となり、これは求めるフーリエ変換そのものである。さ
らにXl とXl+1 の間には次の漸化式が成り立ってい
る。
[Equation 6] And this is the desired Fourier transform itself. Furthermore, the following recurrence formula holds between X l and X l + 1 .

【0012】[0012]

【数7】 この変換を図示すると図20のようになる。この操作を
1列の縦ベクトルから始め、1行の横ベクトルになるま
で繰り返せばフーリエ変換出来たことになる。N=8の
場合のFFTの流れを図21に示す。図21より初期デ
ータはf(0),f(1),…,f(N−1)の順に、
結果はc(0),c(1),…,c(N−1)の順に格
納されているので最後のデータの入れ換えは必要ないこ
とがわかる。
[Equation 7] This conversion is illustrated in FIG. If this operation is started from the vertical vector of one column and repeated until the horizontal vector of one row is obtained, it means that the Fourier transform can be performed. FIG. 21 shows the flow of FFT when N = 8. From FIG. 21, the initial data are f (0), f (1), ..., F (N-1) in this order.
Since the results are stored in the order of c (0), c (1), ..., C (N-1), it can be seen that the last data exchange is not necessary.

【0013】この方法はベクトル化可能であり、データ
数Nを大きくとればベクトル長が大きくなるのでスーパ
ーコンピュータで実行するのに有効である。前述したよ
うに多次元FFTは1次元FFTを次元数回繰り返すこ
とによって計算できる。従って多次元FFTの場合は各
次元のデータ数Ni を大きくとればベクトル長が大きく
なり有効である。
This method can be vectorized, and the vector length increases as the number N of data increases, so that it is effective for execution in a supercomputer. As described above, the multidimensional FFT can be calculated by repeating the one-dimensional FFT several times. Therefore, in the case of a multidimensional FFT, increasing the number of data N i in each dimension is effective because the vector length increases.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】このように従来におけ
るベクトル計算機ではフーリエ変換を行う際のベクトル
長が短いので計算に時間がかかるという問題点があっ
た。
As described above, the conventional vector computer has a problem that it takes a long time to perform the calculation because the vector length when performing the Fourier transform is short.

【0015】この発明はこのような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、ベ
クトル長を長くしてフーリエ変換を行なうことのできる
ベクトル計算機を提供することにある。
The present invention has been made to solve such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a vector computer capable of performing Fourier transform by increasing the vector length. .

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、多次元フーリエ変換を演算するベクルト
計算機において、多次元データを1次元的に並べる配列
手段と、前記配列においてバタフライ演算を行うバタフ
ライ演算手段と、バタフライ演算終了後のデータを並べ
換える並べ換え手段とを有し、前記バタフライ演算及び
データの並べ換えを1回以上繰り返してフーリエ変換を
行なうことが特徴である。
In order to achieve the above object, the present invention provides, in a Becult computer for calculating a multidimensional Fourier transform, an array means for arranging multidimensional data one-dimensionally and a butterfly operation in the array. It is characterized in that it has a butterfly operation means for performing the operation and a rearrangement means for rearranging the data after the butterfly operation is completed, and performs the Fourier transform by repeating the butterfly operation and the data rearrangement one or more times.

【0017】[0017]

【作用】上述の如く構成された本発明では、入力データ
をデータ配列手段によって1次元的に並べ換え、更にバ
タフライ演算後のデータを並べ換え手段によって並べ換
えている。従って、ベクトル長を長くすることが可能と
なり、これによってフーリエ変換を高速で行なうことが
できるようになる。
In the present invention configured as described above, the input data is rearranged one-dimensionally by the data arrangement means, and the data after the butterfly operation is rearranged by the rearrangement means. Therefore, it becomes possible to increase the vector length, which allows the Fourier transform to be performed at high speed.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明が適用されたベクトル計算機におけ
るフーリエ変換演算に係る部分の構成を示す概略的なブ
ロック図である。図示のように、このベクトル計算機
は、入力データを後述する如くの順序に配列するデータ
配列手段1と、バタフライ演算を行なうバタフライ演算
手段2と、バタフライ演算後のデータを並べ換える並べ
換え手段3を有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a portion related to Fourier transform calculation in a vector computer to which the present invention is applied. As shown in the figure, this vector computer has a data arranging means 1 for arranging input data in an order as will be described later, a butterfly calculating means 2 for performing a butterfly operation, and a rearranging means 3 for rearranging the data after the butterfly operation. is doing.

【0019】次に、このように構成されたベクトル計算
機を用いてフーリエ変換を行なう手順について図2に示
すフローチャートを参照しながら説明する。多次元デー
タが入力されると、データ配列手段1ではこの多次元デ
ータを1次元的に並べる(ステップST1)。例えば、
入力データが次の3次元データ
Next, the procedure for performing the Fourier transform using the vector computer thus constructed will be described with reference to the flow chart shown in FIG. When the multidimensional data is input, the data array means 1 arranges the multidimensional data one-dimensionally (step ST1). For example,
Input data is the following 3D data

【数8】 f(j1 ,j2 ,j3 ,){j1 =0,…,N1 −1,j2 =0, …,N2 −1,j3 =0,…,N3 −1} …(10) の場合には、F (j 1 , j 2 , j 3 ,) {j 1 = 0, ..., N 1 -1, j 2 = 0, ..., N 2 -1, j 3 = 0, ..., N 3 −1} (10),

【数9】 f(0,0,0),f(1,0,0), …f(N1 −1,0,0),f(0,1,0),f(1,1,0), …,f(N1 −1,1,0), …,f(N1 −1,N2 −1,N3 −1) …(11) の順に1次元の配列に格納する。但しN1 =2p1,N2
=2p2,N3 =2p3とする。そして、格納の様子は図3
に示す如くである。
F (0,0,0), f (1,0,0), ... f (N 1 -1,0,0), f (0,1,0), f (1,1,0) 0), ..., f (N 1 -1,1,0), ..., f (N 1 -1, N 2 -1, and stores the N 3 -1) ... 1-dimensional array in the order of (11). However, N 1 = 2 p1 , N 2
= 2 p2 and N 3 = 2 p3 . And the state of storage is shown in FIG.
As shown in.

【0020】次いで、1次元FFTと同様の処理を第P
n 段階まで行なう(ステップST2)。そして、この処
理の終了時のデータの様子は図4に示す如くである。そ
して、変換後のデータを並べ換える(ステップST
3)。ここでの処理では図5に示すように、列順に並ん
でいるデータを行順に並べる。その後、1次元FFTと
同様の処理をPn-1 段階まで行なう(ステップST
4)。このときのデータの様子は図6に示す通りであ
る。上記の処理をn回行い最後は1次元FFTと同様の
処理をP1 段階まで繰り返す。
Next, the same processing as the one-dimensional FFT is performed in the Pth
Perform up to n steps (step ST2). The state of the data at the end of this process is as shown in FIG. Then, the converted data is rearranged (step ST
3). In the processing here, as shown in FIG. 5, the data arranged in the column order is arranged in the row order. Thereafter, the same processing as the one-dimensional FFT is performed up to P n-1 steps (step ST
4). The state of the data at this time is as shown in FIG. The above processing is performed n times, and finally the same processing as the one-dimensional FFT is repeated up to the P 1 stage.

【0021】また、(10)式に示した3次元データの
場合には、長さN1 ×N2 ×N3 のデータに対して1次
元FFTと同様のバタフライ演算を第P3 段階まで行
う。そして、その結果をf′とする。N1 =N2 =N3
=4の場合についての変換の様子を図8に示す。図8に
おいて第1段階と第2段階の変換の様子を見てみる。第
2段階変換後のデータ、X2 (0,0),X2 (0,
1),X2 (0,2),X2 (0,3)がどのように生
成されているか流れを見てみる。X2 (0,0)とX2
(0,2)はX1 (0,0)とX1 (16,0)から、
2 (0,1)とX2 (0,3)はX1 (0,1)とX
1 (16,1)から生成されている。そしてX1 (0,
0)とX1 (0,1)はX0 (0,0)とX0 (32,
0)から、X1 (16,0)とX1 (16,1)はX0
(16,0)とX0 (48,0)からそれぞれ生成され
ている。ここで f(0,0,0)=X0 (0,0) f(0,0,1)=X0 (16,0) f(0,0,2)=X0 (32,0) f(0,0,3)=X0 (48,0) であり、第2段階までの変換のこの部分だけを見るとj
1 =j2 =0の場合についてj3 方向のフーリエ変換を
行なったのと同じである。同様にしてX2 (1,0)、
2 (1,1)、X2 (1,2)、X2 (1,3)は初
期データf(1,0,0)、f(1,0,1)、f
(1,0,2)、f(1,0,3)をj1 =1,j2
0の場合についてj3 方向のフーリエ変換を行なったも
のである。従って第2段階までの変換は、全てのj1
2 についてj3 方向のフーリエ変換を行なったのと同
じであることがわかる。この時点でのデータの状態を図
9に示す。
In the case of the three-dimensional data expressed by the equation (10), the butterfly operation similar to the one-dimensional FFT is performed up to the P 3 -th step on the data of length N 1 × N 2 × N 3. . Then, let the result be f '. N 1 = N 2 = N 3
FIG. 8 shows the state of conversion in the case of = 4. In FIG. 8, let us look at the state of conversion in the first stage and the second stage. The data after the second stage conversion, X 2 (0,0), X 2 (0,
Let's look at the flow of how 1), X 2 (0, 2), and X 2 (0, 3) are generated. X 2 (0,0) and X 2
(0,2) is calculated from X 1 (0,0) and X 1 (16,0),
X 2 (0,1) and X 2 (0,3) are X 1 (0,1) and X
It is generated from 1 (16, 1 ). And X 1 (0,
0) and X 1 (0,1) are X 0 (0,0) and X 0 (32,
0), X 1 (16,0) and X 1 (16,1) are X 0
They are generated from (16,0) and X 0 (48,0), respectively. Where f (0,0,0) = X 0 (0,0) f (0,0,1) = X 0 (16,0) f (0,0,2) = X 0 (32,0) f (0,0,3) = X 0 (48,0), and if we look only at this part of the transformation up to the second stage, we see j
This is the same as performing the Fourier transform in the j 3 direction when 1 = j 2 = 0. Similarly, X 2 (1,0),
X 2 (1,1), X 2 (1,2), X 2 (1,3) are initial data f (1,0,0), f (1,0,1), f
(1,0,2) and f (1,0,3) are j 1 = 1 and j 2 =
In the case of 0, the Fourier transform in the j 3 direction is performed. Therefore, it is understood that the transformation up to the second stage is the same as the Fourier transformation in the j 3 direction for all j 1 and j 2 . The state of the data at this point is shown in FIG.

【0022】第2段階変換後のデータは図10の矢印の
順に配列に格納されているので、これを次に図11の矢
印の順に並べ換える。すると今度はデータの並びが
Since the data after the second stage conversion are stored in the array in the order of the arrows in FIG. 10, they are next rearranged in the order of the arrows in FIG. Then this time the data arrangement

【数10】 f′(0,0,0),f′(0,0,1), …,f′(0,0,N3 −1),f′(1,0,0), f′(1,0,1),…,f′(1,0,N3 −1), …,f′(N1 −1,N2 −1,N3 −1) …(12) の順になる。そして前回と同様、第2段階まで1次元F
FTを行なう(結果をf”とする)と今度は全てのj1
とj3 についてj2 方向のフーリエ変換をしたことと同
じになる。
F ′ (0,0,0), f ′ (0,0,1), ..., f ′ (0,0, N 3 −1), f ′ (1,0,0), f '(1,0,1), ..., f ' (1,0, N 3 -1), ..., f '(N 1 -1, N 2 -1, N 3 -1) ... in the order of (12) Become. And as before, one-dimensional F up to the second stage
If FT is performed (result is f ″), then all j 1
And j 3 are the same as the Fourier transform in the j 2 direction.

【0023】最後に再び並べ換えを行ない、今度は、Finally, the rearrangement is performed again, and this time,

【数11】 f”(0,0,0),f”(0,1,0), …,f”(0,N2 −1,0,)f”(0,0,1), f”(0,1,1),…,f”(0,N2 −1,1), …,f”(N1 −1,N2 −1,N3 −1) …(13) の順に配列に格納し同様の処理を行なう。するとj1
向のフーリエ変換をしたことになり、これで3次元FF
Tが終了する。
F ″ (0,0,0), f ″ (0,1,0), ..., f ″ (0, N 2 −1,0,) f ″ (0,0,1), f "(0,1,1), ..., f " (0, N 2 -1,1), ..., f "(N 1 -1, N 2 -1, N 3 -1) ... in the order of (13) After storing it in an array and performing the same process, the Fourier transform in the j 1 direction is performed.
T ends.

【0024】なお、図7に従来の多次元FFTの手順が
示されており、本実施例によればループ長が長くなり演
算が高速化されることが理解できる。
It should be noted that FIG. 7 shows the procedure of the conventional multidimensional FFT, and it can be understood that the loop length is increased and the operation speed is increased according to this embodiment.

【0025】一般にn次元FFTの場合も3次元の場合
と同様で、データを1次元的に並べて1次元FFTと同
様のバタフライ演算を途中まで行なう。そしてFFTの
途中のデータの並べ換えをn回行なえばn次元FFTが
終了する。この時にデータを不連続にアクセスするので
バンクコンフリクトの発生する可能性があるが、ここで
は超平面法と類似のデータアクセス法を用いて、バンク
コンフリクトの発生を防いでいる。
In general, the n-dimensional FFT is similar to the three-dimensional case, and the data is arranged one-dimensionally and the butterfly operation similar to the one-dimensional FFT is performed halfway. Then, if the rearrangement of the data in the middle of the FFT is performed n times, the n-dimensional FFT is completed. At this time, since data is accessed discontinuously, there is a possibility that bank conflicts will occur, but here, a data access method similar to the hyperplane method is used to prevent the occurrence of bank conflicts.

【0026】以上述べてきたアルゴリズムにしたがって
3次元FFTのルーチンを作成し、幾つかのテストデー
タについて実行時間を従来の方法と比較した。それを表
1に示す。
A three-dimensional FFT routine was created according to the algorithm described above, and the execution times of some test data were compared with the conventional method. It is shown in Table 1.

【0027】[0027]

【表1】 ここでは今回検討したアルゴリズムで処理したときの時
間を1として示してある。データ数が多くなると両者の
差は小さくなるが、高速化が実現されている。また、図
12には入力データ数と、従来と本発明との処理時間の
比率との特性曲線が示されており、従来の30%以下の
処理時間でフーリエ変換が行なえることがわかる。
[Table 1] Here, the time when processed by the algorithm examined this time is shown as 1. When the number of data increases, the difference between the two decreases, but the speedup is realized. Further, FIG. 12 shows a characteristic curve of the number of input data and the processing time ratio of the conventional method and the present invention, and it can be seen that the Fourier transform can be performed in the processing time of 30% or less of the conventional processing time.

【0028】次に、本発明によるベクトル計算機を用い
て、X線CTスキャナの再構成演算を高速化する例を説
明する。図13はX線CTスキャナの概略的な構成を示
すブロック図であり、被検体にX線を照射するX線発生
器11と、X線管に高電圧を供給する高電圧発生部12
と、被検体を載置してガントリ内へ侵入させる寝台13
と、X線を走査する走査システム14と、被検体透過後
のX線を検出する検出器15と、前記高電圧発生部1
2、寝台13、走査システム14を総括的に制御すると
ともに検出器で収集された信号を再構成してCT画像を
モニタ17に表示するコンピュータシステム16と、M
T18、ディスク19から構成されている。
Next, an example of accelerating the reconstruction operation of the X-ray CT scanner using the vector computer according to the present invention will be described. FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of an X-ray CT scanner. An X-ray generator 11 that irradiates an object with X-rays, and a high-voltage generator 12 that supplies a high voltage to an X-ray tube.
And a bed 13 on which the subject is placed and enters the gantry
A scanning system 14 for scanning X-rays, a detector 15 for detecting X-rays transmitted through the subject, and the high voltage generator 1
2, a computer system 16 for overall control of the bed 13, the scanning system 14 and for reconstructing the signals collected by the detector to display a CT image on a monitor 17,
It is composed of a T18 and a disk 19.

【0029】このような構成において、画像を再構成す
る手順を図16に示すフローチャートを参照しながら説
明する。まず、図14に示すようにX線20を被検体2
2に向けて照射すると、検出器21では例えば曲線S1
に示す如くのX線検出データが収集される。そして、こ
の操作を図15に示すように回転させながら繰り返すこ
とによって、さまざまな角度からのX線データを得る
(図16、ステップST11)。
The procedure for reconstructing an image in such a configuration will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, as shown in FIG.
When irradiating toward 2, the detector 21 displays, for example, the curve S1
X-ray detection data as shown in FIG. Then, by repeating this operation while rotating as shown in FIG. 15, X-ray data from various angles are obtained (FIG. 16, step ST11).

【0030】その後、このデータをディジタル化し(ス
テップST12)、一旦メモリに格納する(ステップS
T13)。そして、高速フーリエ変換を本発明の方法を
用いて実施し(ステップST14)、補間処理後(ステ
ップST15)、逆フーリエ変換する(ステップST1
6)。その後、D/A変換器にてアナログ化し、CT画
像を得る(ステップST17)。そして、これをモニタ
表示する(ステップST18)。
Thereafter, this data is digitized (step ST12) and temporarily stored in the memory (step S).
T13). Then, the fast Fourier transform is performed using the method of the present invention (step ST14), and after the interpolation processing (step ST15), the inverse Fourier transform is performed (step ST1).
6). After that, a D / A converter is used for analogization to obtain a CT image (step ST17). Then, this is displayed on the monitor (step ST18).

【0031】こうして、CT画像の再構成が高速に行な
われるのである。
Thus, the CT image can be reconstructed at high speed.

【0032】また、図17は本発明のベクトル計算機を
用いて偏微分方程式を解く際のフローチャートである。
処理の手順としては、まず境界条件を関数化し(ステッ
プST21)、高速フーリエ変換して波動空間での境界
条件を求める(ステップST22,ST23)。
FIG. 17 is a flow chart for solving a partial differential equation using the vector computer of the present invention.
As the processing procedure, first, the boundary condition is made into a function (step ST21), and fast Fourier transform is performed to obtain the boundary condition in the wave space (steps ST22 and ST23).

【0033】また、偏微分方程式を波動空間での代数方
程式に変換し(ステップST24)、ステップ23で求
められた境界条件にて代数方程式を解く(ステップST
25)。その後、この結果を逆FFTして(ステップS
T26)、偏微分方程式の解を得る。
Further, the partial differential equation is converted into an algebraic equation in the wave space (step ST24), and the algebraic equation is solved under the boundary condition obtained in step 23 (step ST).
25). After that, this result is subjected to inverse FFT (step S
T26), obtain the solution of the partial differential equation.

【0034】こうして、偏微分方程式を高速で解くこと
ができるのである。
Thus, the partial differential equation can be solved at high speed.

【0035】また、最近R.Car,M.Parrinello等によって
行われるようになったDSA(Dyanamic Simulated Ann
ealing)法(Phys.Rev.Lett.55(1985) p2471)などの物
性計算にも本発明を適用することができる。例えばDS
A法では物質の結晶格子が規則的に配列されているとい
う特徴を利用して、物質内の電子状態はk−空間(逆格
子ベクトル空間、波動ベクトル空間)に展開して計算し
ている。したがってイオンに加わる力を電子状態から計
算する場合、k−空間に展開された、電子状態を表わす
関数を3次元逆フーリエ変換して実空間上の関数に変換
する必要がある。このようにDSAをはじめとする物性
計算にはk−空間上の関数を実空間の関数に直したり、
実空間上の関数をk−空間上の関数に直したりする多次
元FFT処理を多く用いるため、本発明を適用すること
により高速度に物性の計算を行うことができる。
Also, DSA (Dyanamic Simulated Ann) recently performed by R. Car, M. Parrinello and others.
The present invention can also be applied to physical property calculations such as the ealing) method (Phys. Rev. Lett. 55 (1985) p2471). For example DS
In the method A, the electronic state in the substance is calculated in the k-space (reciprocal lattice vector space, wave vector space) by utilizing the feature that the crystal lattice of the substance is regularly arranged. Therefore, when the force applied to the ions is calculated from the electronic state, it is necessary to perform a three-dimensional inverse Fourier transform on the function expressing the electronic state developed in the k-space to convert it into a function in the real space. In this way, in the physical property calculation such as DSA, the function in k-space is converted into the function in real space,
Since many multi-dimensional FFT processings for correcting a function in the real space into a function in the k-space are used, the physical properties can be calculated at high speed by applying the present invention.

【0036】このようにして、本発明のベクトル計算機
を用いれば、画像の再構成や偏微分方程式の解法等FF
Tを用いる種々の分野でその演算速度を速めることがで
きるようになる。
In this way, by using the vector computer of the present invention, FF such as image reconstruction and partial differential equation solving method can be achieved.
The calculation speed can be increased in various fields using T.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のベクトル
計算機では、ベクトル長を長くするために多次元のデー
タを1次元的に並べてループ長を長くし、1次元FFT
と同様の処理を1回行なうことにより多次元FFTを計
算しているので、演算の速度を著しく速くすることがで
きる。これによって、フーリエ変換を用いる各分野でそ
の演算速度を速めることができ極めて有用である。
As described above, in the vector computer of the present invention, in order to increase the vector length, multidimensional data are arranged one-dimensionally to increase the loop length, and the one-dimensional FFT is performed.
Since the multidimensional FFT is calculated by performing the same processing once as in (1), the operation speed can be significantly increased. This is extremely useful because the operation speed can be increased in each field using the Fourier transform.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明が適用されたベクトル計算機の一実施例
に係る概略的な構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration according to an embodiment of a vector computer to which the present invention is applied.

【図2】本実施例のベクトル計算機を用いたFFT処理
の動作を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing the operation of FFT processing using the vector computer of this embodiment.

【図3】多次元データの配列を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing an array of multidimensional data.

【図4】バタフライ演算の第Pn 段階終了時の様子を示
す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a state at the end of the P n-th stage of butterfly calculation.

【図5】データの並べ換えを示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing rearrangement of data.

【図6】バタフライ演算の第Pn-1 段階終了時の様子を
示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state at the end of the P n−1 stage of butterfly calculation.

【図7】従来の多次元FFTの手順を示すフローチャー
トである。
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure of a conventional multidimensional FFT.

【図8】バタフライ演算の流れを示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a flow of butterfly calculation.

【図9】第2段階終了時のデータの状態を示す説明図で
ある。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state of data at the end of the second stage.

【図10】第2段階変換後のデータが配列に格納されて
いる順序を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the order in which the data after the second stage conversion is stored in the array.

【図11】第2段階変換後のデータを1次元配列に格納
する順序を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the order of storing the data after the second stage conversion in a one-dimensional array.

【図12】入力データ数と、従来及び本発明の処理時間
の比率との関係を示す特性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between the number of input data and the processing time ratios of the related art and the present invention.

【図13】X線CTスキャナの概略的な構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 13 is a block diagram showing a schematic configuration of an X-ray CT scanner.

【図14】X線を照射して検出データを収集する例を示
す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of collecting detection data by irradiating X-rays.

【図15】X線データの収集角度を変更した例を示す説
明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example in which a collection angle of X-ray data is changed.

【図16】X線CT画像を再構成する手順を示すフロー
チャートである。
FIG. 16 is a flowchart showing a procedure for reconstructing an X-ray CT image.

【図17】偏微分方程式の計算手順を示すフローチャー
トである。
FIG. 17 is a flowchart showing a calculation procedure of a partial differential equation.

【図18】N=8の場合の1次元FFTの変換の様子を
示す説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing how one-dimensional FFT is converted when N = 8.

【図19】N=8の場合の重ね書きによる1次元FFT
の流れ図である。
FIG. 19 is a one-dimensional FFT by overwriting when N = 8.
2 is a flowchart of.

【図20】ベクトル計算機向けFFTの変換図である。FIG. 20 is a conversion diagram of an FFT for vector computers.

【図21】N=8の場合のベクトル計算機向け1次元F
FTの流れ図である。
FIG. 21 is a one-dimensional F for vector computers when N = 8.
It is a flow chart of FT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 データ配列手段 2 バタフライ演算手段 3
並べ換え手段 11 X線発生器 15 検出器 16 コンピュ
ータシステム
1 data arranging means 2 butterfly computing means 3
Rearrangement means 11 X-ray generator 15 Detector 16 Computer system

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多次元フーリエ変換を演算するベクルト
計算機において、 多次元データを1次元的に並べる配列手段と、前記配列
においてバタフライ演算を行うバタフライ演算手段と、
バタフライ演算終了後のデータを並べ換える並べ換え手
段とを有し、前記バタフライ演算及びデータの並べ換え
を1回以上繰り返してフーリエ変換を行なうことを特徴
とするベクトル計算機。
1. A Bekult computer for calculating a multidimensional Fourier transform, array means for arranging multidimensional data in a one-dimensional manner, and butterfly operation means for performing a butterfly operation in the array.
And a rearrangement means for rearranging the data after the butterfly calculation, and performing the Fourier transform by repeating the butterfly calculation and the rearrangement of the data one or more times.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB2425860A (en) * 2005-05-05 2006-11-08 Advanced Risc Mach Ltd Multi-dimensional fast fourier transform
KR100846485B1 (en) * 2002-04-09 2008-07-17 삼성전자주식회사 Method and apparatus of hadamard transform

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