[发明专利]一种基于RNS动态范围扩展FFT系统

说明书

本发明公开一种基于RNS动态范围扩展FFT系统，应用于数字电路设计优化领域，针对现有的FFT算法不可避免的复杂乘法器的问题；本发明的基于RNS的FFT系统，包括：前向转换单元、运算单元、后向转换单元；所述前向转换单元基于确定的余数基将二进制数转化为余数域；运算单元采用与余数基模数相等数量的蝶形运算通道，每个并行通道进行独立的模加模乘运算，后向转换单元将运算单元的输出结果转换至二进制数域，采用本发明的FFT系统不仅可以降低系统电路的电路面积而且可以减少资源的占用。

技术领域

本发明属于数字电路和信号处理领域，特别涉及一种FFT系统电路优化设计技术。

背景技术

随着人工智能、大数据、超大规模集成电路(Very Large Scale IntegrationCircuit，VLSI)等技术领域的快速发展，基于计算机视觉的目标检测识别与跟踪技术的实现，也已逐渐进入到社会生活的各个领域，其重要性和经济性也日益凸显，在不管单目标还是多目标运动目标跟踪任务中，跟踪任务都是一项复杂且具有挑战性的工作，但是在相关滤波跟踪算法设计实现中，由于FFT计算模块的乘加运算以及不可避免的复数乘法运算，使得复杂乘法器LUTs数量的使用成为瓶颈问题，于是优化电路减少LUTs的数量是必不可少的。

快速傅里叶变换(FFT)是一种计算离散傅里叶变换(DFT)的算法，FFT的基本思想是由Cooley和Tukey在1965年提出的。在现代信号和数字图像处理中常用来获取信号的频域特性。然而传统的DFT算法计算量大，耗时长，不利于硬件平台实时对信号进行处理。快速傅里叶变换(FFT)就是一种DFT的高效算法，核心思想就是对离散傅里叶变换算法改进获得的。在相关滤波目标跟踪算法实现中，FFT算法是我们执行图像处理过程中提取关键信息，识别跟踪等环节非常重要运算单元，因此针对此算法进行结构级的优化至关重要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种基于RNS动态范围扩展FFT系统。

本发明采用的技术方案为：一种基于RNS动态范围扩展FFT系统，包括：前向转换单元、运算单元、后向转换单元；所述前向转换单元基于确定的余数基将二进制数转化为余数；运算单元采用蝶形级联运算对余数进行计算，后向转换单元将运算单元的输出结果转换至二进制数域。

还包括RNS2RNS转换器，用于扩大余数基的动态范围。

将RNS2RNS转换器分解为RNS2Bin转换器和Bin2RNS转换器。

所述前向转换单元基于余数基中模的个数将输入的二进制数拆分为多个独立通道数据，独立通道个数与余数基中模的个数相等。

在这多个并行通道内的多个余数基上并行执行乘法、加法和减法基本运算。

处理的数字图像的像素值均为正值。

所述蝶行级联运算中的每级通道数与余数基中模的个数相等。

本发明的有益效果：本发明将余数基动态范围逐步增大，在实现同样的模加/乘运算时，可以通过功能分解来减少逻辑资源使用的数量；相比于传统常用的二进制算法减少了FPGA中LUTs的数量，本发明实现将输入的二进制数值转换为余数数值表征，随后利用融入余数系统的FFT算法对数据进行处理，最后将余数数值转换回二进制数值，实现的FFT系统具有硬件资源消耗少、关键路径延迟低等优点。采用本发明的系统可以减少FFT算法实现的逻辑资源占用，不仅可以降低系统电路的功率损耗而且可以降低关键路径的延时。

附图说明

图1所示是16点基-4中一个4点序列DFT蝶形运算示意图；

图2所示是基于余数系统计算的FFT算法实现的示意图；

图3所示是基于余数系统模mi的FFT蝶行运算单元示意图；

图4所示是基于RNS的FFT插入RNS2RNS转换电路示意图；