SU1591037A1 - Arithmetic device for fast fourier transform - Google Patents
Arithmetic device for fast fourier transform Download PDFInfo
- Publication number
- SU1591037A1 SU1591037A1 SU884393790A SU4393790A SU1591037A1 SU 1591037 A1 SU1591037 A1 SU 1591037A1 SU 884393790 A SU884393790 A SU 884393790A SU 4393790 A SU4393790 A SU 4393790A SU 1591037 A1 SU1591037 A1 SU 1591037A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- input
- inputs
- output
- adder
- outputs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
Description
Изобретение относится к вычислит тельной технике и предназначено для построения устройств обработки сигналов, работающих в реальном маештабе времени. Цель изобретения упрощение устройства» Для этого устройство содержит умножители 1,2, коммутаторы 3-6, сумматоры 7-9, вычитатели Ю-12 и блоки 13,14 сдвига, 4 ил.
Фиг.1
ОЗ
м
3
1591037
4
Изобретение относится к вычислительной технике и.предназначено для построения устройств обработки сигналов, работающих в реальном масштабе временно
Цель изобретения - упрощение устройства.
Устройство осуществляет базовые операции алгоритма быстрого преобразования Фурье вида
р - в1* £в<)х' (,)
где Г - вектор
коэффициентов, преобразования Фурье входного вектора данных - Χ=(Χί',X,,.
X N -. размерность преобразования; η = Ιοβ^;
держащая вещественные коэффициенты;
Р - матрица идеальной постановки;
8 ·- квазидиагональная матрица вида
ч 00 о о о Оц*
ч* Ч 9« о о 09
[хе
О ч*ч о о ооо оо·
• о О
• · о '
О О Оо.. чО ’
О О О» о о 4*9
где * - знак комплексного сопряжения.
Матрица 8 является матрицей циклического сдвига, Тое0 каждый последующий столбец может быть получен из предыдущего путем циклического сдвига его элементов. Элемент матрицы можно представить выражение!.
9 - ί + (5)
где о( - вещественное число, равное основанию используемой системы;
3 = 1-1.
Очевидно, что выбор </ равным основанию используемой системы счисления позволит вычислить произведение некоторого вектора X на матрицу 8 без операций умножения, При этом элементы результирующего вектора Υ. представляются соотношением
Υ I = Ч X ,· + ч*Х <з.-1 >гаоВр; ϊ = 0,1,··»Р (6)
где >пю(1р - означает приведение по модулю р;
р - размерность матрицы 8.
Рассмотрим алгоритм быстрого преобразования Фурье в соответствии с выражением (1)„
Здесь за первые 1οβ2Ν-1 итераций выполняется последовательность базо·^вых операций в соответствии с выражением (6), которое может быть· записано в раскрытом виде следующим образом:
Ке Υ; = Ке В; + Ке С( - <Д1га В; - 1га С .);
1т Υ,· = У (Ке В, - Ке С{) +
+ 1т В, + I ю С). ,
где В- , С , - исходные операнды;
Ке^1т - вещественная и соответственно мнимая части, числа;,
На последних Ιοβ^Ν итерациях выполняется последовательность базовых
операций,! вытекающих из соотношений (2) и (3)о Данные базовые операции имеют структуру вычисления, ана5 159
логичную структуре вычисления "бабочки" в "классическом" алгоритме быстрого преобразования Фурье, и аналитически могут быть представлены в виде:
Г А;-»!* С; 0,
где А., А. + , - результаты вычисления
базовой операции;
ά . - элемент вещественной
Ί
диагональной матрицы ϋ»
Соотношение (8) может быть записано в виде:
(Ке А. = Ке В, + Ке С. ό;;
1я А; = 1т В. + 1га С ; й μ ·
Ке А 5и = Ке. В. - Ке С. ά,; (д)
1т А . = 1т В . - 1т С. · 8..
I τ 1 1 I |
На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 и 3 структуры базовых операций по формулам (9), (7); на фиг.4 - граф алгоритма быстрого преобразования Фурье при N=8 (где (о) - базовая операция
первого типа, О - базовая операция первого типа).
Устройство (фиг,1) содержит первый 1 и второй 2.умножители с первого по четвертый коммутаторы 3-6, первый, второй и третий сумматоры 7,8 и 9,. первый, второй и третий вычитатели 10,11 и 12, первый и второй блоки 13 и 14 сдвига, входы 15 и 16 вещественных частей первого и второго операндов, вход 17 коэффициента, входы 18 и 19 мнимых частей
• соответственно второго и первого операндов, вход 20 задания типа операции устройства, выходы 21-24,
Блоки 13 и 14 сдвига осуществляют умножение операндов на о(» При
'Обработке данных,представленных последовательным кодом,блоки сдвига могут быть реализованы как регистры сдвига, а в случае обработки данных, представленных параллельным кодом, данные блоки могут представ-* лять собой монтажные соединения 3-го входного разряда с ΐ-м выходным.
Устройство (фиг„1) работает следующим образом.
В соответствии с графом вычисления алгоритма быстрого преобразования Фурье (фиго4) первоначально выполняется последовательность базовых операций, определенных соотношением (7) (фиг,3). Инициализация выполнения данной базовой операции в арифметическом устройстве осуществляется путем подачи на вход 20 устройства сигнала уровня "ΠοΓοΙ", Данный сигнал поступает на управляющие входы с первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов 3,4,5 и 6, что переводит их в режим подачи данных с одних информационных входов на выходы,
Иа входы 15 и 18 устройства при каждом очередном выполнении базовой операции (фиг,3) подаются соответственно вещественная и мнимая части пер вого операнда В, соотношения (7), вместе с тем на входы 16 и 19 устройства поступают вещественная и мнимая части второго операнда С. соотношения (7)., При этом вещественная и мнимая части второго операнда СЛ с входов 10 и 19 устройства через первые информационные входы первого 3 и второго 4 коммутаторов соответственно поступают на входы - первого 7 и второго 8 сумматоров, а также на входы соответственно первого и второго вычитателей 10 и 11. В то же время на входы первого сумматора 7 и первого вычитателя 10 подается значение вещественной части первого операнда В. с дхода 15 устройства. Это обеспечит вычисление суммы и разности вещественных частей первого и второго операндов В . и С ; в соответствии с базовой операцией (фиг,3)0
Аналогично, поступление на входы второго сумматора 8 и второго вычитателя 11 значения мнимой части перво го операнда В. обеспечивает вычисление суммы и разности мнимых частей . первого и второго операндов В. и С., значения которых формируются на выходах соответственно второго сумматора 8 и второго вычитателя 11.
Окончательные результаты вычисления по базовой операции (7) формируются на выходах третьего сумматора 9 и третьего вычитателя 12, на один вход которого поступает значение
7
1591037
8
суммы вещественных частей первого и второго операндов В. и С,·, а на другой вход вычитателя 12 подается ι 'значение разности мнимых частей первого и второго операндов В { и С., умноженное на о/ во втором блоке 14 сдвига, что обеспечивает вычисление вещественной части выходного операнда Υ. в соответствии со структурой базовой операции (фиг.З)»
Формирование минимальной части выходного Υ. осуществляется на выходе третьего сумматора 9, на один вход которого Поступает значение разности вещественных частей первого и второго операндов В. и С\ , умноженное в первом блоке сдвига на константу с/, а на другой вход третьего сумматора 9 .поступает результат сложения мни«мых частей первого и второго операндов В ,. и С. с выхода второго сумматора 8.
Значение вещественной и мнимой частей выходного- операнда с выходов третьего вычитателя 12 и третьего сумматора 9 через информационные входы соответственно четвертого и третьего коммутаторов 6 и 5 поступают на выходы 24 и 22 устройства» При этом в данном режиме работы арифметического устройства выходы 21 и 23 устройства, а также вход 17 коэффициента являются неактивными»
После выполнения необходимого числа базовых операций (фиг.З) в соответствии с графом, изображенным на фиг.4, арифметическое устройство переводится в режим выполнения базовых операций (фиг»2),
Перевод арифметического устройства в режим выполнения базовой операции (фиг.2) осуществляется посредством подачи на вход 20 устройства сигнала уровня ”Лог.О"0 Данный сигнал поступает на управляющие входы * первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов 3,4,5 и 6 и переводит их в режим передачи данных других информационных входов на выходы.
При очередном выполнении базовой операции (фиг.2) на входы 15 и 18 устройства подаются-значения соответственно вещественной и мнимой частей первого операнда В., а на входы 16 и 19 устройства - значения вещественной и мнимой части второго операнда С,. В то же время на вход 17 коэффициента устройства поступает значение коэффициента П.·, которое поступает на эти входы первого и второго умножителей 1 и 2, на другие входы первого и второго умножителей 1 и 2 с входов 16 и 19 устройства подаются значения вещественной и мнимой частей первого операнда В. устройства» По истечении времени умножения на выходах первого и второго умножителей 1 и 2 сформируются вещественная и мнимая части результата произведения второго операнда С. на константу. Значение вещественной части результанта произведения с выхода первого умножителя 1 поступает на информационный вход первого коммутатора и далее на одни выходы первого сумматора 7 и первого вычитателя 10, на другие входы которых с входа 15 устройства подается значение вещественной части первого операнда В .,'Это позволит на выходах первого сумматора и первого вычитателя сформировать результат вычисления вещественных частей первого и второго операндов А. и А базовой операции (фиг02).
Аналогично, значение мнимой части результата произведения второго операнда С( на константу Н. поступает с выхода второго умножителя на информационный вход второго коммутатора 4, и далее на одни входы второго сумматора 8 и второго вычитателя 1I, на другие входы которых поступает значение мнимой части первого операнда В( с . входа устройства, что позволит вычислить значения мнимых частей первого и второго выходных операндов А . и А .+1 (фиг»2)„
С.выходов первого и второго сумматоров 7 и 8 значения вещественной мнимой части первого операнда А. поступает на выходы 21 и 22 устройства, а вещественная и мнимая части второго операнда А;+1 поступают на выходы 23 и 24 устройства через информационные входы коммутаторов 5 и 6 с выходов соответственно вычитателей 10 и 1 1»
The invention relates to computing technology and is intended to build signal processing devices operating in real time. The purpose of the invention is to simplify the device. For this, the device contains multipliers 1, 2, switches 3–6, adders 7–9, subtractors U – 12 and blocks 13,14 of the shift, 4 Il.
1
OZ
m
3
1591037
four
The invention relates to computing and. Designed to build signal processing devices that operate in real time
The purpose of the invention is to simplify the device.
The device performs the basic operations of the fast Fourier transform algorithm
p - in 1 * £ in < ) x ' (,)
where is the vector
coefficients, Fourier transforms of the input data vector - Χ = (Χ ί ', X ,,.
XN -. dimension of transformation; η = Ιοβ ^;
holding real coefficients;
Р - matrix of ideal statement;
8 · - quasidiagonal matrix of the form
h 00 o o ots *
h * h 9 "o o 09
[heh
Oh h * oh oh ooo oo ·
• o o
• · about '
Oh oh oh .. what '
About About About »about about 4 * 9
where * is the sign of complex conjugation.
Matrix 8 is a cyclic shift matrix. Toe 0, each successive column can be obtained from the previous one by cyclically shifting its elements. The element of the matrix can be represented by the expression !.
9 - ί + (5)
where o (is a real number equal to the base of the system used;
3 = 1-1.
Obviously, the choice of </ equal to the base of the used number system will allow you to calculate the product of some vector X by the matrix 8 without multiplication operations. At the same time, the elements of the resulting vector. represented by the ratio
Υ I = × X, · + h * x <s-1>gaVr; ϊ = 0.1, ···· Р P (6)
where> pyu (1p - means coercion modulo p;
p is the dimension of the matrix 8.
Consider the algorithm of fast Fourier transform in accordance with the expression (1) „
Here, for the first 1οβ 2-1 iterations, a sequence of basic operations is performed in accordance with expression (6), which can be written in the opened form as follows:
Ke Υ; = Ke B; + Ке С ( - <Д1га В; - 1га С.);
1t Υ, · = V (Ke B, - Ke С { ) +
+ 1t B, + I o C ) . ,
where B-, C, - source operands;
Ke ^ 1t - real and respectively imaginary parts, numbers ;,
At the last Ιοβ ^ Ν iterations, a sequence of basic
operations! following from relations (2) and (3) о These basic operations have the structure of calculation, ana5 159
the logical structure of the butterfly calculation in the “classical” fast Fourier transform algorithm, and analytically can be represented as:
Г А; - "! * С; 0,
where A., A. + , - the results of the calculation
basic operation;
ά. - real element
Ί
diagonal matrix ϋ »
The ratio (8) can be written in the form:
(Re = Re A. B + Re S. ό;;
1st A; = 1t V. + 1ga C ; y μ ·
Ke A 5i = Ke. V. - Ke S. ά ,; (e)
1t A = 1t V - 1t C. · 8 ..
I τ 1 1 I |
Figure 1 shows the block diagram of the device; FIGS. 2 and 3 of the basic operation structure by formulas (9), (7); figure 4 is a graph of the algorithm of the fast Fourier transform with N = 8 (where (o) is the basic operation
first type, O - basic operation of the first type).
The device (Fig, 1) contains the first 1 and second 2. multipliers from the first to the fourth switches 3-6, the first, second and third adders 7.8 and 9 ,. the first, second and third subtracters 10,11 and 12, the first and second blocks 13 and 14 of the shift, the inputs 15 and 16 of the real parts of the first and second operands, the input 17 of the coefficient, the inputs 18 and 19 of the imaginary parts
• respectively, the second and first operands, input 20 specifies the type of device operation, outputs 21-24,
Blocks 13 and 14 of the shift carry out the multiplication of operands on o ("When
'Processing data represented by a serial code, the shift blocks can be implemented as shift registers, and in the case of processing data represented by a parallel code, these blocks can be the wiring connections of the 3rd input bit with the th output block.
The device (Fig „1) works as follows.
In accordance with the calculation graph of the fast Fourier transform algorithm (FIG . 4), a sequence of basic operations is first performed, defined by relation (7) (FIG. 3). Initialization of the execution of this basic operation in an arithmetic unit is carried out by applying the signal of the level "ΠοΓοΙ" to the input 20 of the device. This signal goes to the control inputs from the first, second, third and fourth switches 3,4,5 and 6, which puts them in the feed mode data from one information input to output,
The inputs 15 and 18 of the device each time the basic operation is performed (FIG. 3), respectively, are the real and imaginary parts of the first operand B, relations (7), and the real and imaginary parts of the second operand C arrive at the inputs 16 and 19 of the device relations (7)., In this case, the real and imaginary parts of the second SL operand from inputs 10 and 19 of the device through the first information inputs of the first 3 and second 4 switches, respectively, arrive at the inputs of the first 7 and second 8 adders, as well as at the inputs of the first and tue One of the subtractors 10 and 11. At the same time, the inputs of the first adder 7 and the first subtractor 10 are fed the value of the real part of the first operand B. from the gate 15 of the device. This will provide a calculation of the sum and difference of the real parts of the first and second operands B. and C ; in accordance with the basic operation (FIG. 3) 0
Similarly, the arrival at the inputs of the second adder 8 and the second subtractor 11 of the value of the imaginary part of the first operand B. provides the calculation of the sum and difference of the imaginary parts. the first and second operands V. and S., the values of which are formed at the outputs of the second adder 8 and the second subtracter, respectively 11.
The final results of the calculation for the basic operation (7) are formed at the outputs of the third adder 9 and the third subtracter 12, for one input of which the value is applied
7
1591037
eight
the sums of the real parts of the first and second operands B. and C, ·, and to another input of the subtractor 12, the value of the difference of the imaginary parts of the first and second operands В { and С, multiplied by о / in the second block 14 of the shift, is supplied, which provides the calculation the real part of the output operand Υ. in accordance with the structure of the basic operation (fig.Z) "
Formation of the minimum part of the output Υ. is carried out at the output of the third adder 9, to one input of which the value of the difference between the real parts of the first and second operands V. and C \, multiplied in the first shift block by a constant c /, and the other input of the third adder 9 arrives. parts of the first and second operands B,. and C. from the output of the second adder 8.
The value of the real and imaginary parts of the output operand from the outputs of the third subtractor 12 and the third adder 9 through the information inputs of the fourth and third switches 6 and 5, respectively, to the outputs 24 and 22 of the device "In this mode of operation of the arithmetic device, the outputs 21 and 23 of the device, and the input 17 of the coefficient are inactive "
After performing the required number of basic operations (FIG. 3) in accordance with the graph shown in FIG. 4, the arithmetic unit is switched to the basic operations mode (FIG. "2),
Translation arithmetic device in the mode of performing the basic operation (figure 2) is carried out by applying to the input 20 of the device signal level "Log.O" 0 This signal is fed to the control inputs * of the first, second, third and fourth switches 3,4,5 and 6 and puts them into data transfer mode of other information inputs to outputs.
During the next execution of the basic operation (FIG. 2), the inputs 15 and 18 of the device are supplied with the values of the real and imaginary parts of the first operand B., respectively, and the values of the real and imaginary parts of the second operand C, are entered at the inputs 16 and 19 of the device. At the same time, the input of the coefficient 17 of the device enters the value of the coefficient P. ·, which goes to these inputs of the first and second multipliers 1 and 2, and the other inputs of the first and second multipliers 1 and 2 from the inputs 16 and 19 of the device are applied to the real and imaginary parts of the first operand V. devices. ”After the multiplication time at the outputs of the first and second multipliers 1 and 2, the real and imaginary parts of the result of the product of the second operand C. are formed by a constant. The value of the real part of the resultant of the product from the output of the first multiplier 1 is fed to the information input of the first switch and then to the outputs of the first adder 7 and the first subtractor 10, to the other inputs from the device input 15 the value of the real part of the first operand V is given. the outputs of the first adder and the first subtractor to form the result of calculating the real parts of the first and second operands A. and A of the basic operation (Fig 0 2).
Similarly, the value of the imaginary part of the result of the product of the second operand C ( the constant H comes from the output of the second multiplier to the information input of the second switch 4, and then to one input of the second adder 8 and the second subtractor 1I, the other inputs of which receive the value of the imaginary part of the first operand In ( p. Device input, which will allow to calculate the values of imaginary parts of the first and second output operands A. and A. +1 (Fig »2)„
C. The outputs of the first and second adders 7 and 8 of the real imaginary part of the first operand A. arrive at the outputs 21 and 22 of the device, and the real and imaginary parts of the second operand A ; +1 arrive at the outputs 23 and 24 of the device through the information inputs of the switches 5 and 6 outputs respectively subtractors 10 and 1 1 "
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884393790A SU1591037A1 (en) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | Arithmetic device for fast fourier transform |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU884393790A SU1591037A1 (en) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | Arithmetic device for fast fourier transform |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1591037A1 true SU1591037A1 (en) | 1990-09-07 |
Family
ID=21361860
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU884393790A SU1591037A1 (en) | 1988-03-17 | 1988-03-17 | Arithmetic device for fast fourier transform |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1591037A1 (en) |
-
1988
- 1988-03-17 SU SU884393790A patent/SU1591037A1/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Potkonjak et al. | Multiple constant multiplications: Efficient and versatile framework and algorithms for exploring common subexpression elimination | |
Taylor | A VLSI residue arithmetic multiplier | |
Hiasat et al. | Residue-to-binary arithmetic converter for the moduli set (2/sup k/, 2/sup k/-1, 2/sup k-1/-1) | |
US5081573A (en) | Parallel processing system | |
US4489393A (en) | Monolithic discrete-time digital convolution circuit | |
US5831883A (en) | Low energy consumption, high performance fast fourier transform | |
Olivieri | Design of synchronous and asynchronous variable-latency pipelined multipliers | |
Huang | Self-Checking Residue Number System for Low-Power Reliable Neural Network | |
US5010511A (en) | Digit-serial linear combining apparatus useful in dividers | |
US4910700A (en) | Bit-sliced digit-serial multiplier | |
SU1591037A1 (en) | Arithmetic device for fast fourier transform | |
SU1631556A1 (en) | Arithmetic device for fast fourier transform processor | |
Dawid et al. | High speed bit-level pipelined architectures for redundant CORDIC implementation | |
Shrivastava et al. | Implementation of Radix-2 Booth Multiplier and Comparison with Radix-4 Encoder Booth Multiplier | |
RU2080650C1 (en) | Device for calculation of absolute value of m- dimensional vector | |
JP2605792B2 (en) | Arithmetic processing unit | |
Mahdy et al. | Algorithm and two efficient implementations for complex multiplier | |
SU1756887A1 (en) | Device for integer division in modulo notation | |
Sarbazi-Azad et al. | A Parallel Algorithm for Lagrange Interpolation on k-ary n-Cubes | |
JP2705162B2 (en) | Arithmetic processing unit | |
JPS62239271A (en) | Circuit for primary conversion of numerical signal | |
SU1575175A1 (en) | Conveyer multiplier | |
SU1206773A1 (en) | Multiplying device | |
Pei et al. | An Area-Efficient SM2 Cryptographic Engine for WBAN Security Enhancement | |
JPH04364525A (en) | Parallel arithmetic unit |