JPS6053907B2 - 二項ベクトル乗算回路 - Google Patents

二項ベクトル乗算回路

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JPS6053907B2
JPS6053907B2 JP53008546A JP854678A JPS6053907B2 JP S6053907 B2 JPS6053907 B2 JP S6053907B2 JP 53008546 A JP53008546 A JP 53008546A JP 854678 A JP854678 A JP 854678A JP S6053907 B2 JPS6053907 B2 JP S6053907B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は2項ベクトル乗算、つまり、変数A、B、Xお
よびYから厄+BYを効率的に行うための2項ベクトル
乗算器に関する。
2項ベクトル乗算はディジタル信号処理(Digita
lSignalProcessing)用の各種装置を
実現する上で基本となる演算である。
例えば、信号処理の多くはビルヘルド空間(Hilbe
rtSpace)で扱われる複素信号を対象とするため
、ディジタル信号処理では次に示す複素乗算は基本的演
算であり、実数部および虚数部は2項ベクトル乗算によ
り求められる。S−T■(SR+f5、) ・ (TR
+jT、)=(5RTR−51T1)+j(SRTI+
SITR)ここでSR、S2およびTR、Tiはそれぞ
れSおよびTの実数部および虚数部を示す。
また、他の信号処理の例として重要なものに、ディジタ
ルフィルタがあり、通常ディジタルフィルタの構成は、
ディジタルフィルタの特性を与える係数の安定性の問題
から、2次ディジタルフィルタの組合せで実現すること
になる。
2次ディジタルフィルタの演算は、標本時刻iの入力デ
ータx、、出力データy3、2次ディジタルフィルタの
内部状態をW、、Wi−1、2次ディジタルフィルタの
係数をα、β、丁、δとすればWi+1■ Xi−αW
J−βw卜1 =xi−(αwiff3w■−1) yi:Wi+1+ TWi+δWi−1■Wi+1+
(TW汁δWi−1)(2) で与えられ、式(2)の括弧内は2項ベクトル乗算とな
つている。
このように2項ベクトル乗算はディジタル信号処理分野
の基本演算であり、この演算を効率的に行うことはディ
ジタル信号処理装置の性能を向上させることになる。
ディジタル信号処理には通常低消費電力および高処理能
力が要求されるため、直並列乗算器が応用される。
いま、変数Xを並列に、変数Aを直列に処理する直並列
乗算器を考えると、以下のように演算される。まず、積
zは次のようになる。
ここにA=ーΣAl2i,a,C(0,1)とす
1=0る。
但し、記号“C゛は集合(0,1)の要素を表わす。ま
た、式(3)は次の漸化式を計算することにより求まる
。b−Rn−ビ6 式(4)の漸化式を実現する直並列乗算器を第1図に示
す。
この乗算器は直列変数人力端子1、並列変数人力端子2
、ゼロ入力端子3、選択回路4、乗算用累算器5および
積出力端子6からなり、乗算用累算器5は加算器51と
レジスタ52とからなり、レジスタ52の出力は加算器
51の入力端子Bへ1ビットシフトダウン(X2−1の
演算と等価)して入力される。この回路の動作は以下の
ようである。レジスタ52は式(4)におけるP,を一
時格納するものであつて、最初はゼロに設定されP−1
=0を実現している。直列変数人力端子1に?が入力さ
れると、選択回路4は%が0か1かに従つてそれぞれゼ
ロ入力端子3に入力された0または並列変数人力端子2
に入力されたXのいずれかを選択し、加算器51の入力
端子Aに加える。加算器51の入力端子Bにはレジスタ
52に蓄えられた情報P−1がシフトダウンされ(2−
1,P−1)入力されるため、加算器51の出力は71
・P−1+〜・Xを計算したものに等しい。直列変数人
力端.子1にa1が入力される時点に加算器51の出力
はレジスタ52に転送され、POがレジスタ52に転送
される。これをn回くり返すことにより積出力端子6に
は正しい積が得られることになる。つまり、従来知られ
ている直並列乗算器を用い−て2項ベクトル乗算を行う
場合、第1図に示す乗算回路2個と加算器1個とが必要
である。本発明の目的は処理速度を犠性にすることなく
回路規模を減少させて構成した2項ベクトル乗算回路を
提供することにある。
本発明の回路は、2つの直列入力変数を一度最小重みコ
ードに変換する最小重みコード変換回路と、その出力で
ある2組の直列最小重みコード変数の対応した各ディジ
ットから2つの並列変数、および並列変数の一方の11
2および0の4つの信号のうち1つの選択する選択回路
と、この選択回路への選択信号の発生と加減制御信号の
発生とを行う制御回路と、この制御回路からの前記加減
制御信号により制御される前記加減累算器とから構成さ
れ、直列入力変数を一度最小重みコードに直し、最小重
みコード化されたデータにより1つの選択回路と1つの
加減累算器とで2項ベクトル乗算を行うことを特徴とし
ている。
本発明には、従来の独立した2つの直並列乗算器と1つ
の加算器とを用いる従来の2項ベクトル乗算回路と比べ
、回路規模を約112に縮少できるという効果がある。
本発明の原理の特徴は直列変数人力をA,B並列入力を
X,Yとすると、2項ベクトル乗算を次のように展関す
る(F,),(K,),(c1)をA,Bから求めるこ
とにある。ただし、 A,Bから(F,),(K,),(C,)を決定する方
法は後述するが、式(5)のように展開できたと仮定し
て本発明の原理を次に述べる。
式(5)は次の漸近式により計算できる。さらに、P,
は(F,,k,,c,)のi合せにより次のように展開
できる。
〔Iυ \ν1V7
′−〃1→ノ ノ式(8)と式(4)とを比べればわか
るように、式(8)は第2項の選択する種類が増加した
だけで、本質的に式(4)と同じ操作を行うだけでよく
、2項ベクトル乗算は直並列乗算と比べそれほど複雑に
はならない。
次に(F,),(KI),(C,)の決定法について述
べる。
1A,Bを標準型最小重みコードに変換し、そのコード
を(a″,),(b″i)とする。
このような最小重みコードの定義は昭和5@=2月20
日に株式会社コロナ社から発行された刊行物1符号理論
ョの第426頁から第433頁に詳記されている。以下
簡単に最小重みコードについて述べる。
最小重みコードとは各ディジット(桁)に0,−+1,
−1の3値を許すラデイツクス(基数)2の数値表現の
一種で非零ディジットが最も少い数値表現である。この
数値表現を用いると、ある一つの数値に対して数種類の
最小重みコードによる表示法が可能で、例えば、数値1
1は1×7+0×7+1×Z+1×?と表現できるため
(1011)でもよく、また、1×7+1×7+0×i
+(−1)×7と表現できるため(110了)とも表現
できる。ここでTは−1を示すものとする。どちらの表
現法を用いても非零デイ.ジツトは3個で、数値11の
他の3値による表現中非零要素が最少で最小重みコード
としての条件を満す。通常の2進法で表わした数値表現
と最小重みコードで表わした数値表現の間には、最高1
ディジット分最小重みコードの方が長くなる可能性があ
る。以上のように最小重みコードで表現すると、一つの
数値に?し数種類の表現法力何能であるが、これら数種
類の表現法のうちには必ず隣接するディジット間の積が
0となるコードが存在する。
このような性質を有する最小重みコードのみを選ぶと、
一つの数値に対し、唯一つの最小重みコードが対応する
こととなり、この唯一つの最小重みコードのことを標準
型最小重みコードと呼ぶ。上記の数値11に対する標準
型最小重みコードは数値11が1×7+0×7+(一1
)×?+0×7+(−1)×?と表現可能で、かつ、隣
接する各ディジット間の積が0となるため(1仔0T)
である。今回の場合、以上の標準型最小重みコードの性
質より、(a/),(b/)はn+1個の要素からなり
かつ但し、記号゜“■i゛はiが任意であることを示す
2 (A,″)と(b、″)とを比較し、双方とも非零
となるディジットからなる集合1Hを作る。
すなわち次式が成立する。3集合1Pを次式に基づいて
作る。
ここでSH(・)は特徴関数で 但し、記号゜゛(゛は1Hの要素でないことを示FOつ
まり、集合1Pは(B,″)からIClHなるサフイツ
クスの要素をOに変えたものである。
4集合Qを次式に基づいて作る。
つまり、0は(B,)なる集合でIClHなるサフイツ
クスの要素を(1+1)のサフイツクスの?素へ移した
ものである。
5集合C,lF,lKを次式に基づいて定める。
以上の操作によるC,lF,lKの決定および式(5)
C−2項ベクトル積が計算できることを以下に示RO2
項ベクトル1WZは箭小重みコード化された(A,″)
,(B,″)を用いると次のように示し得る。
ここで、(A,)と(A,″),(B,)と(B,″)
とではいずれもlディジット分最小重みコードの方が長
くなることが最小重み表示の理論から証明されている。
もし、(A,″)と(B,″)とにおいて、双方ともに
非零となる要素がなければ、つまり、菩iれば、式05
)は各サフイツクスiに対してxまたはYいずれか一方
が加算されるだけであり、式(5)の場合と同じように
1つの累算器で計算が実行できるが、式(16)の条件
は常には成立しない。
そこで、(B,″)のかわりに式(11)の集合1Pの
要素を係数とする二進数て置換する。このようにすれば
、(P,)と(Ai)が双方ともに非零を持つディジッ
トはなくなるが、係数Bは次式で示される量だけ小さく
なる。この減少量を償らために式(13)の集合0の要
素を係数とする二進数を用いる。
式(13)より式(18)は式(9)の関係を用いて導
出したもので、式(9)よりを用いている。(Qi)は
(Pi)と比べ、SlK(1一1)×bl″−1なる項
が増加するため1ディジット長くなることも注意すべき
である。また、 ど記述できるから数値Bは集合0,1Kを使用し、−式
(18),式(20)の関係を用いることにより !
−υ −ど記述できる。
式(21)を式(15)に代人すると、 ここでAn″+1=0とする。
さらに、(Q,)の構成法と式(9)から理解されるよ
うに(A,″)と(Q,)は双方ともに非零となるサフ
イツクス(同一ビット位置)を持たないので、式(10
の集合1Fを用いると、式(22)は次のようになる。
また、A,((0,±1),Q,6(0,±1)であり
かつ(Ai′)と(Qi)は双方ともに非零となるサフ
イツクスを持たないため、式(14)の集合Cは(0,
±1)のみしか取らずかつ各サフイツクスiにおける0
,+1,−1はそれぞれ式(23)における演算が、無
加算、加算、減算であることを示している。よつて集合
Cを用いて式03)を変形するととなり、式(5)が導
出できる。
次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第2図は本発明の一実施例を示すブロックであり、直列
データ入力端子101,102、並列データ入力端子1
03,104、2項ベクトル積出力端子105、中間端
子106,107,108,109,110、標準形最
小重みコード発生回路200、制御回路300、選択回
路400および加減累算器500を含む。最小重みコー
ド発生回路200の構成を第3図に、制御回路300の
構成を第4図に、選択回路400の構成を第5図に、加
減累算器の構成を第6図にそれぞれ示す。第2図におい
て、前記直列変数AおよびBはそれぞれ直列データ入力
端子101および102に加えられ、それぞれ標準形最
小重みコード発生器200に田B(LeastSi即1
−FicantBit)側から順次それぞれの前記最小
重みコード(A,″)および(B,″)に順次変換され
て制御回路300へ入力される。制御回路300では前
記最小重みコード(A,″)および(b/)より式(1
4)で示される制御変数(F,),(C,),(K,)
をLSB側から順次発生して行き、式(8)の第2項の
選択を行うための制御信号を(F,,c,,ki)の組
合せにより決定し順次選択回路400に伝え、同時に加
減累算器500に加減制御信号として(Ci)のうちC
1=了となる時刻のみを順次伝える。この場合減算を実
行し、C,が0もしくは1の時は加減累算器500は加
算を行なう。選択回路400では、前記並列変数Xおよ
びYがそれぞれ並列データ入力端子103および104
から入力され、制御回路300からの制御信号によりX
,Y,Y/2および0のうちいずれかを加減累算器50
0の入力端子に与える。加減累算器500内の累算レジ
スタ504(第6図参照)は式(7)のP,を一時的に
格納しており、選択回路400により選択されたX,Y
,Y/2および0のうちのいずれかと制御回路300か
らの加減制御信号とにより式(8)のいずれかが順次実
行されて行き、n+2時刻目に式(7)に示す2項ベク
トル積演算結果Zが出力端子105に出力される。中間
端子106,107,108,109および110には
それぞれ第1の最小重みコード、第2の最小重みコード
、選択信号、加減制御信号および選択回路出力信号が得
られることになる。
一例として11×21+5×葵の演算を考えよう。端子
103には21、端子104には羽が並列に入力され、
端子101および102にはそれぞれ11および5を表
わす2進数がLSBから時系列的に入力される。つまり
、端子101には時系列的に(1101)がまた端子1
02には時系列的に(1010)が入力される。これ等
の時系列データは標準形最小重みコード発生回路200
により時系列の最小重みコードに変換され、中間端子1
06には数値11の標準形最小重みコード(〒0〒0)
が、また、中間端子107には数値5の標準形最小重み
コード(10100)が出力される。制御回路300で
はこれ等2つの最小重みコードから式00によるC,l
F,lKを発生する。今回の場合、各集合は時系列的に
次のようになる。C=(了1了110) 従つて、端子108にはC,lF,lKの組合せにより
次の選択信号が次々と表われる。
(X選択、Y/2選択、X選択、Y/2選択、X選択、
0選択)また、端子109にはCより (減算、加算、減算、加算、加算、加算)という制御信
号が次々と表われる。
選択回路400は端子108からの信号により中間端子
110には(21,38/2,21,38/2,21,
0)が並列に出力される。
加減累算器500には端子109からの制御信号と選択
回路400からの出力とにより累算が行なわれ、この結
果、出力端子105には、という正しい解が出力される
第3図に示す最小重みコード発生回路200は、直列2
進データ入力端子201、直列最小重みコードデータ部
出力端子202、直列最小重みコード極性符号データ部
出力端子203、フリップフロップ204,205,2
06、全加算器207、ゲート209,208、及び極
性符号拡張回路210を有している。
端子201は第2図の直列データ入力端子101または
端子102に対応し、端子202及び端子203の組は
第2図の中間端子106または107に対応する。標準
型最小重みコードへ2進数から変換する手法は従来から
知られており、対象とする2進数をWとすると、Wと2
Wを算術加算し、その結果からWを各ビット毎に減算し
、11皓すればよい。各ビット毎の減算という操作によ
り標準型最小重みコードは3値(0,±1)を取ること
になる。例えば、先に示した数値11の標準型最小重み
コ・−ドの求め方を示すと以下のようになる。
数値11は2進法で(1011)と表現できる。この値
とこの値の倍をまず算術加算すると次のようになる。最
終結果(100001)から数値11をビット毎に減算
し、LSBを除く(112する)と先述の標準型最小重
みコード(10T0T)が得られる。第3図において直
列2進データ入力端子201に変数WがLSB(Lea
stSignificantBit)から順次入力され
るものとする。
フリップフロップ204は変数Wを1タイムスロット遅
延させるため、出力は2Wとなつている。全加算器20
7はフリップフロップ204の出力である2Wと、直列
変数データ入力端子201から極性符号拡長回路210
を通して極性符号1ビット付加(拡張)されたwとの加
算を行う。加算を行うためにキャリーを保持するフリッ
プフロップ205が使用される。この結果、全加算器2
07の出力には3Wが生じる。フリップフロップ206
は3Wを1タイムスロット遅延させるため、フリップフ
ロップ206の出力は6Wとなるが、フリップフロップ
204とフリップフロップ206とを出力て比較すると
、相対的にそれぞれWと3Wとなる。3W<!:.Wと
の間の演算を行うためにフリップフロップ204の出力
は極性符号拡張回路210を通しフリップフロップ20
6に現われる3Wと同じビット長とし、ゲート208,
209により3WとWの間のビット毎の減算が行われ、
この結果、標準型最小重みコードが直列最小重みコード
データ部出力端子202および直列最小重みコード極性
符号データ部出力端子203から得られる。
以上で用いた極性符号拡張回路210はデータのMSB
(MOstSignificantBit)を1タイム
スロット分拡張するだけのフリップフロップである。ま
た、キャリー保持用フリップフロップ205は加算に先
立つてリセットしておく必要がある。第4図に示す制御
回路300は、直列最小重みコードデータ部入力端子3
01,303直列最小重みコード極性符号部入力端子3
02,304、中間端子305,306,307,30
8、選択信号出力端子309,310,311,312
、加減制御信号313、ゲート回路、314,320,
321,322,323,324,325,326、フ
リップフロップ315,316,317および2−1選
択回路318,319を有している。
端子301と端子302とから第1の最小重みコードが
入力され、これは第2図の中間端子106に対応し、同
様に端子303と端子3041とから第2の最小重みコ
ードが入力され、これは第2図の中間端子107に対応
する。端子301,302および端子303,304は
それぞれ第3図の端子202および203に対応する。
選択信号端子309,310,311および312;は
第2図の中間端子108に対応し、加減制御信号端子3
13は第2図の中間端子109に対応する。いま、端子
301および303にそれぞれ前記第1の最小重みコー
ドのデータ部および前記第2の最小重みコードのデータ
部が順次入力される゛ものとすれば、ゲート314は双
方がともに非零であるタイムスロットを検出し、フリッ
プフロップ316はそのタイムスロットを1つ遅延させ
るため、中間端子307には順次式(1.0の1Kで示
される集合要素が出力される。また前記第1の最小重み
コードデータ部はそのまま式(14)の1Fで示される
集合要素であり、中間端子305には(F,)が順次出
力される。前記第2の最小重みコードは端子303およ
び304から入力され、2−1選択回路318および3
19によりフリップフロップ316の出力つまり式(1
4)の(K,)に対応する信号に制御されて、直接もし
くはフリップフロップ315および317により1タイ
ムスロット遅延されて出力される。これは式(18)の
(q1)を発生していることに対応しており、2−1選
択回路318の出力には式(18)の(Q,)のデータ
部が、2−1選択回路319の出力部には式(18)の
(Q,)の極性符号部がそれぞれ順次出力されることに
なる。ゲート320および321はそれぞれ2−1選択
回路318および319に出力された式(18)の(Q
,)に対応するデータ部および極性符号部をそれぞれ端
子301および302に入力された最小重みコードのデ
ータ部および極性符号部へ加え込むため、式(14)の
Cで示される集合のデータ部および極性符号部が中間端
子306および308にそれぞれ得られる。端子308
のデータは直接加減制御信号として出力端子313へ伝
えられ、第2図の加減累算器500を制御する。ゲート
322は端子305および306に現われる式(14)
の(F,)および(0,)に対応するデータ部から式(
8)の第1行、第2行に対応する条件を作り、第2図の
選択回路400に並列データ入力端子103に加えられ
た前記変数xを選択することを要求する信号を発生し端
子309に伝える。ゲート323及びゲート326は端
子305,306,307に現われる式(10の(Fi
)と(c[)のデータ部と(K,)とより式(8)の第
3行、第4行に対応する条件を作り、選択回路400に
並列データ入力端子104に加えられた前記変数Yを選
択することを要求する信号を発生し、端子312に伝え
る。ゲート323及びゲート325は端子305,30
6,307に現われる式(14)の(F,)と(C,)
のデータ部と(K,)より式(8)の第5行、第6行に
対応する条件を作り、選択回路400に前記変数Yの1
12つまりY/2を選択することを要求する信号を発生
し、端子311に伝える。ゲート324は端子306に
現われる式00の(C,)のデータ部を反転し、式(8
)の第7行目に対応する条件を作り、選択回路400に
Oを選択する要求する信号を発生し、端子310へ伝え
る。第5図に示す選択回路400は、選択信号入力端子
401,402,403,40牡ゼロ入力端子405、
第3の並列変数(X)入力端子406、第4の並列変数
α)入力端子407、選択ゲート410,411,41
2,413及び出力端子420から構成されている。
選択信号入力端子401,402,403および404
は第4図の端子312,311,309および310に
それぞれ対応し、全体は第2図の中間端子108に対応
するものである。
端子406および407はそれぞれ第2図の端子103
および104に対応し、出力端子420は第2図の中間
端子110に対応する。また、第4の並列変数α)入力
端子407から選択ゲート413への接続は1ビットシ
フトダウンした形で接続されているため、選択ゲート4
13の出力はY/2となる。制御回路300で発生され
た選択信号は端子401,402,403および404
に加えられ、選択ゲート410,411,412および
413のいずれかを活性化し、活性化されたゲートに従
い出力端子420には0,X,YおよびY/2のいずれ
か1つが伝えられる。第6図は加減累算器500を示し
ている。
この累算器は、加減制御信号入力端子501、累算入力
端子502、累算器出力端子503、累算レジスタ50
4および加減算回路505からなり、端子501は第4
図の端子313と一致し、第2図の中間端子109に対
応する。また、端子502は第5図の出力端子420と
一致し、第2図の中間端子110に対応する。出力端子
503は第2図の出力端子105に対応する。ここで、
累算レジスタ504の出力は加減算回路505の入カヘ
シフトダウン(112)された形で接続されており、通
常式(7)の部分積P,を蓄えるために一時記憶である
。このため、加減算回路505の出力は制御回路300
から入力端子501を経て入力された信号と、選択回路
400により選択されたデータとにより式(8)のうち
いずれかが毎タイムスロット実行され、新しい式(7)
に示した部分積P,が累算レジスタ504へ転送される
。これをn+2回くり返すことにより式(7)が実現で
き式(5)に示した2項ベクトル積が得られる。以上の
ように、本発明によれば単一の累算器とその他簡単な制
御回路および最小重みコード発生回路などの使用により
2項ベクトル乗算を実現でき、第1図に示す直並列乗算
器2個と加算器1個とにより実現する従来の構成と比べ
大幅に回路規模を縮小できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の直並列乗算回路を示す図、第2図は本発
明の一実施例を示す図、第3図は第2図の最小重みコー
ド発生回路200を示す図、第4図は第2図の制御回路
300を示す図、第5図は第2図の選択回路400を示
す図および第6図は第2図の加減累算器500を示す図
である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 直列に入力される第1および第2の変数をそれぞれ
    別々に最小重みコードに変換する第1および第2の最小
    重みコード発生回路と、前記第1および第2の最小重み
    コード発生回路より得られる前記第1および第2の変数
    の最小重みコードを用いて選択信号および加減制御信号
    を発生する制御回路と、並列に入力される第3および第
    4の変数と前記制御回路から発生される前記選択信号に
    より前記第3の変数、前記第4の変数、前記第4の変数
    の値の1/2およびゼロのうちいずれかを選択する選択
    回路と、前記選択回路に接続され前記制御回路から発生
    される前記加減制御信号により累算値の1/2と前記選
    択回路出力との加減算を実行し新しい累算値とする加減
    累算器とから構成され、前記第1の変数と前記第3の変
    数との間の積と前記第2の変数と前記第4の変数との間
    の積との和を1つの累算器で演算することを特徴とする
    2項ベクトル乗算回路。
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