[发明专利]一种轻量化的FFT运算方法及其实现装置

权利要求书

1.一种轻量化的FFT运算方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)进行流水型结构优化，采用分层级拆分完成FFT数字信号处理的过程，具体步骤为：

对于2^N点FFT运算的流水结构优化为N级流水结构，流水型结构在第N级运算进行的同时，第N-1级运算仍正常输出信号处理的运算结果，在进行蝶形运算的过程中，仅需要N个蝶形运算单元即可完成连续不断的信号的运算处理；

所述N级流水结构中，第N级与第N-1级采取串联的连接方式，第N-1级运算的输出作为第N级运算的输入，在完成流水运算的启动后，N级流水结构能够同时完成第N-1级和第N级的同时输出；

(2)利用分时复用电路完成运算过程中信号分量的级间处理，具体为：

蝶形运算单元为达到轻量化运算的目的，将通用蝶形运算电路替换为分时复用电路；

所述分时复用电路包含2个16bit定点乘法运算器和1个16bit定点加法运算器，定点乘法运算器和定点加法运算器在时钟上升沿，对2个16bit定点乘法器输入的四个操作数a，b，c，d分别进行a乘b和c乘d，并在完成后使用16bit定点加法器对所得乘积结果进行相加，得到余弦分量，并在时钟下降沿按照同样方法进行信号处理，得到正弦分量；完成FFT运算数字信号处理过程中，各级蝶形运算的信号分量生成时，所生成的信号分量分为余弦分量与正弦分量，余弦分量与正弦分量均由同一分时复用电路利用2个16bit定点乘法运算器和1个16bit定点加法运算器生成，在生成的过程中，两者时序不同，具体为余弦分量在时钟上升沿运算完成，正弦分量在时钟下降沿运算完成，在一个时钟周期内完成两次信号分量的运算，所述分时复用电路用于完成蝶形运算单元的蝶形运算，运算的输出结果存于级间寄存器中；

(3)利用级间寄存器原位运算，针对数字信号处理过程中信号分量数量多、暂存信号分量时存储层次复杂的特点进行优化，具体为：

当步骤(2)中的FFT运算的信号分量运算结果作为输入的数据存储到存储单元后，在其后续信号处理运算无需使用时，对级间寄存器进行覆盖操作，运算时无需使用是指步骤(2)中分时复用电路在蝶形运算过程中已经完成了对其数值的调用；

所述原位运算是根据步骤(1)中流水级中的信号分量寄存关系，利用其分量的实时性特点，将运算过的分量标记为冗余信号，将标记的冗余信号覆盖，节省每一级运算后2^N-1-1个的信号分量的存储空间，具体为对2^N点FFT运算，在第N级流水中减小2^N-1-1个寄存器的使用，即利用2^N+1+1个寄存器即可完成信号暂存。

2.根据权利要求1所述的轻量化的FFT运算方法，其特征在于：

所述存储空间为RAM，所述的暂存信号分量的过程是指RAM存储第N-1级的蝶形运算所得正余弦分量结果，并供第N级蝶形运算调用。

3.根据权利要求1所述的轻量化的FFT运算方法，其特征在于：

所述N值为各个大于2的自然数。

4.一种利用权利要求1所述轻量化的FFT运算方法的实现装置，其特征在于：

所述轻量化的FFT运算方法的实现装置，数据输入转换接口、数据输出转换接口、采用分时复用电路的蝶形运算模块、采用原位运算结构的运算间寄存器、常值ROM存储单元各个模块按照流水层级组成；其中信号输入后首先经过数据输入转换接口分为16bit的实部和16bit的虚部，经过转换的输入操作数作为蝶形运算模块的操作数，经过蝶形运算配合常值ROM中存储的常值进行蝶形运算，得到正弦分量和余弦分量的运算结果，将这一结构存储在运算间寄存器之中，经过N级流水后，运算结果经数据输出转换接口输出，所述的蝶形运算模块采用步骤(2)中的分时复用电路，所述运算间的寄存器采用步骤(3)中的原位运算。

5.根据权利要求4所述的轻量化的FFT运算方法的实现装置，其特征在于：

所述的常值ROM为通用ROM或者其他不可改型的寄存器、FIFO存储单元电路结构。