JPH0138697Y2 - - Google Patents
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- JPH0138697Y2 JPH0138697Y2 JP4896583U JP4896583U JPH0138697Y2 JP H0138697 Y2 JPH0138697 Y2 JP H0138697Y2 JP 4896583 U JP4896583 U JP 4896583U JP 4896583 U JP4896583 U JP 4896583U JP H0138697 Y2 JPH0138697 Y2 JP H0138697Y2
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- butterfly
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- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 52
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008676 import Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
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Description
〔産業上の利用分野〕
本考案は、たとえば高速フーリエ変換等の演算
を行なう上での基本演算となるバタフライ演算を
行なうためのバタフライ演算回路に関する。 〔背景技術とその問題点〕 バタフライ演算回路により、デジタルサンプル
値を固定小数点方式によりたとえば高速フーリエ
変換(FFT)しようとする場合、負数を2の補
数で表現するなら、該演算回路内の数値Nは、−
1≦N<1の変域を持つようになる。すなわち、
たとえば4ビツトの2進数によりN=5/8を表わ すならN=0.101(2進数)となり、2の補数を用
いてN=−5/8を表わせばN=1.011(2進数)と なる。したがつて、正数の最大値はN=0.111(2
進数)=7/8であり、ビツトをいくら拡大していた としても+1に等しい数値を表現することはでき
ない。 一般に、複数個の離散的であるデイジタルサン
プル値をフーリエ変換により数値処理しようとす
る場合には、離散フーリエ変換が用いられる。上
記高速フーリエ変換は、この離散フーリエ変換を
高速に演算する演算方法である。この高速フーリ
エ変換はバタフライ演算を繰返すことにより計算
されるようになつている。たとえばデイジタルデ
ータx1,x2のこのバタフライ演算は、係数をkと
すれば、(x1±kx2)と表わすことができる。こ
こで、係数kは−1≦k≦1の変域を持つてい
る。高速フーリエ変換は、上記サンプル値をバタ
フライ演算することにより得られたデイジタルデ
ータをまたバタフライ演算するというように、順
次数段にわたりバタフライ演算を継続することに
より計算される。 高速フーリエ変換の計算を行なおうとする上記
バタフライ演算回路内の数値Nは、−1≦N≦1
の変域を持つので、上記デイジタルデータx1,x2
は、−1≦x1<1,−1≦x2<1を満すような数値
である。このデイジタルデータx1,x2に(x1±
kx2)の計算を行なうと、計算結果にオーバフロ
ーが発生して正数であるか負数であるかの判別の
つかない場合が生じることがある。また、+1に
等しいような数値は扱えないため、たとえばx2×
0・9とx2×1の計算は異なつたハードウエア構
成を必要とする。 このため、上記バタフライ演算回路によりたと
えば高速フーリエ変換の計算を行なうには、バタ
フライ演算を1回行なう毎に、バタフライ演算す
る一対のデイジタルデータのそれぞれを乗算器で
1/2倍するようにして、上記オーバフローを回避 するようにしていた。しかし、それぞれのデータ
を1/2倍することによる計算時間の遅延のため高 速な計算が行なえないという問題があつた。 また、それぞれのデータを1/2倍するのみでは、 データにk=1の係数を乗算する時の困難は解決
できずそのまま残つていた。 〔考案の目的〕 そこで、本考案はこのような実情に鑑み提案さ
れたものであり、たとえばデイジタルデータx1,
x2をバタフライ演算(x1±hx2)する上で、係数
kがk=1の時に発生する計算の複雑化を簡単に
克服することができ、しかも効率のよい計算を行
なうことができるバタフライ演算回路を提供する
ことを目的とする。 〔考案の概要〕 この目的を達成するために本考案のバタフライ
演算回路は、デイジタルサンプル値に基づく少な
くとも一対のデイジタルデータx1,x2をバタフラ
イ演算(x1±kx2)する回路であつて、係数とし
て1/2と上記kの1/2倍値とをメモリしている係数 メモリと、上記第1のデイジタルデータx1に対し
上記係数メモリからの係数1/2を乗算し上記第2 のデイジタルデータx2に対し上記係数メモリから
の係数1/2kを乗算する乗算器とを有し、上記乗 算器からの出力を加算または減算し演算出力を得
るようにしたことを特徴とする。 なお、本考案で取り扱うバタフライ演算のデー
タx1,x2は、デイジタルサンプルデータそのもの
のみならず、その演算結果としてのデータをも含
むものである。 〔実施例〕 以下、本考案の一実施例を図面に基づき説明す
る。 第1図は、本考案に係るバタフライ演算回路の
ブロツク図である。図において、データメモリ
DMAはレジスタR2AとレジスタR3Aに接続
されており、レジスタR2Aは乗算器MPYAに
接続され、レジスタR3Aは乗算器MPYBに接
続されている。また、データメモリDMBはレジ
スタR2BとレジスタR3Bに接続されており、
レジスタR2Bは乗算器MPYBに接続され、レ
ジスタR3Bは乗算器MPYAに接続されるよう
になつている。また係数メモリCMは乗算器
MPYA及ぴ乗算器MPYBに接続されている。こ
の乗算器MPYAは加減算器ALUAに接続され、
加減算器ALUAはレジスタR1Aに接続される
ようになつている。さらにこのレジスタR1A
は、データメモリDMAに接続されている。ま
た、上記乗算器MPYBは加減算器ALUBに接続
され、加減算器ALUBはレジスタR1Bに接続
されるようになつている。またこのレジスタR1
Bは、データメモリDMBに接続されるようにな
つている。なお、上記レジスタR1A,R1B,
R2A,R2Bは、これらのレジスタへのデータ
取込み信号をプログラムによりコントロール可能
となつている。 前述のように、たとえば高速フーリエ変換
(FFT)は、バタフライ演算を繰返すことにより
計算される。この高速フーリエ変換は、たとえば
オーデイオサンプル波高値データから周波数スペ
クトラムを得ようとするときなどに使われてい
る。バタフライ演算(x1±kx1)の各データx1,
x2として、たとえばデイジタルオーデイオサンプ
ル値データα1,α2,…のうちの一対のデータα1,
α2を用いるなら、バタフライ演算は、(α1±kα2)
となる。ここで係数kをk=e-i〓とし、バタフラ
イ演算して得られる新たなデイジタルデータを
β1,β2とすれば、バタフライ演算は次のように表
わせる。 β1=α1+e-i〓・α2 β2=α1−e-i〓・α2 上記データα1,α2,…をバタフライ演算するこ
とにより得られるデータβ1,β2,…についてもバ
タフライ演算を行ない、さらにその演算結果のデ
ータについてのバタフライ演算とバタフライ演算
を段階的に行なうことにより、最終的なデータ例
えば周波数スペクトラムデータを得ることができ
る。 ところで、一般にバタフライ演算回路によりバ
タフライ演算するにあたり、数値を固定小数点方
式で表わしまた負数を2の補数で表わすなら、該
演算回路内の数値Nは−1≦N<1の変域を持
つ。したがつて、前述したように、従来はバタフ
ライ演算回路内で発生するオーバフローを防止す
るため、−1≦α1<1,−1≦α2<1を満たす上記
それぞれのデータα1,α2を1/2倍した後、バタフ ライ演算するようにしていた。すなわち、 β1=α1/2+e-i〓・α2/2 β2=α1/2−e-i〓・α2/2 (1) の計算を行なうようにしていた。ところで、これ
らの数式は次のように書き表わすことができる。 β1=1/2・α1+e-i〓/2・α2 β2=1/2・α1−e-i〓/2・α2 (2) このようにすれば−1≦e-i〓の実部、虚部≦1
の変域を持つe-i〓の実部、虚部の1/2倍は1となる ことはなく、上述のように数値Nが−1≦N<1
の変域を持つバタフライ演算回路内で上記係数k
がk=1の時に従来発生していた計算上の不具合
を解消することが可能である。すなわち、第1図
に示す本考案の実施例に用いられる係数メモリ
CMには、係数として1/2及びk/2を予め記憶 させておくわけである。 ここで、上記デイジタルデータα1,α2,β1,β2
の実部をA1,A2,B1,B2で表し、虚部をa1,
a2,b1,b2で表せば、データα1,α2,β1,β2は、 α1=A1+ia1 α2=A2+ia2 β1=B1+ib1 β2=B2+ib2 となる。また、e-i〓=cosθ−isinθであることを利
用すれば、(2)式は、 β1=A1+ia1/2+cosθ−isinθ/2。(A2+ia2) β2=A1+ia1/2−cosθ−isinθ/2。(A2+ia2) となる。この式よりβ1,β2の実部B1,B2及び虚
部b1,b2を求めれば次のようになる。 B1=A1/2+(cosθ/2・A2+sinθ/2・a2) b1=a1/2+(cosθ/2・a2−sinθ/2・A2) (3) B2=A1/2−(cosθ/2・A2+sinθ/2・a2) b2=a1/2−(cosθ/2・a2−sinθ/2・A2) 上記第1図に示すバタフライ演算回路は、(3)式
に示す計算を行なうようにしており、この計算を
行なうことにより、(1)式と等価な(2)式によるバタ
フライ演算を行なうようになつている。この(3)式
に示す計算を順次繰返すことにより、バタフライ
演算の繰返しにより計算されるたとえば高速フー
リエ変換を上記バタフライ演算回路により計算す
ることができる。 したがつて、上記バタフライ演算の係数メモリ
CM内には、デイジタルデータα1の係数に相当す
る1/2と、上記係数kの1/2倍値に相当するsinθ
/2, cosθ/2とが予め記憶されている。
を行なう上での基本演算となるバタフライ演算を
行なうためのバタフライ演算回路に関する。 〔背景技術とその問題点〕 バタフライ演算回路により、デジタルサンプル
値を固定小数点方式によりたとえば高速フーリエ
変換(FFT)しようとする場合、負数を2の補
数で表現するなら、該演算回路内の数値Nは、−
1≦N<1の変域を持つようになる。すなわち、
たとえば4ビツトの2進数によりN=5/8を表わ すならN=0.101(2進数)となり、2の補数を用
いてN=−5/8を表わせばN=1.011(2進数)と なる。したがつて、正数の最大値はN=0.111(2
進数)=7/8であり、ビツトをいくら拡大していた としても+1に等しい数値を表現することはでき
ない。 一般に、複数個の離散的であるデイジタルサン
プル値をフーリエ変換により数値処理しようとす
る場合には、離散フーリエ変換が用いられる。上
記高速フーリエ変換は、この離散フーリエ変換を
高速に演算する演算方法である。この高速フーリ
エ変換はバタフライ演算を繰返すことにより計算
されるようになつている。たとえばデイジタルデ
ータx1,x2のこのバタフライ演算は、係数をkと
すれば、(x1±kx2)と表わすことができる。こ
こで、係数kは−1≦k≦1の変域を持つてい
る。高速フーリエ変換は、上記サンプル値をバタ
フライ演算することにより得られたデイジタルデ
ータをまたバタフライ演算するというように、順
次数段にわたりバタフライ演算を継続することに
より計算される。 高速フーリエ変換の計算を行なおうとする上記
バタフライ演算回路内の数値Nは、−1≦N≦1
の変域を持つので、上記デイジタルデータx1,x2
は、−1≦x1<1,−1≦x2<1を満すような数値
である。このデイジタルデータx1,x2に(x1±
kx2)の計算を行なうと、計算結果にオーバフロ
ーが発生して正数であるか負数であるかの判別の
つかない場合が生じることがある。また、+1に
等しいような数値は扱えないため、たとえばx2×
0・9とx2×1の計算は異なつたハードウエア構
成を必要とする。 このため、上記バタフライ演算回路によりたと
えば高速フーリエ変換の計算を行なうには、バタ
フライ演算を1回行なう毎に、バタフライ演算す
る一対のデイジタルデータのそれぞれを乗算器で
1/2倍するようにして、上記オーバフローを回避 するようにしていた。しかし、それぞれのデータ
を1/2倍することによる計算時間の遅延のため高 速な計算が行なえないという問題があつた。 また、それぞれのデータを1/2倍するのみでは、 データにk=1の係数を乗算する時の困難は解決
できずそのまま残つていた。 〔考案の目的〕 そこで、本考案はこのような実情に鑑み提案さ
れたものであり、たとえばデイジタルデータx1,
x2をバタフライ演算(x1±hx2)する上で、係数
kがk=1の時に発生する計算の複雑化を簡単に
克服することができ、しかも効率のよい計算を行
なうことができるバタフライ演算回路を提供する
ことを目的とする。 〔考案の概要〕 この目的を達成するために本考案のバタフライ
演算回路は、デイジタルサンプル値に基づく少な
くとも一対のデイジタルデータx1,x2をバタフラ
イ演算(x1±kx2)する回路であつて、係数とし
て1/2と上記kの1/2倍値とをメモリしている係数 メモリと、上記第1のデイジタルデータx1に対し
上記係数メモリからの係数1/2を乗算し上記第2 のデイジタルデータx2に対し上記係数メモリから
の係数1/2kを乗算する乗算器とを有し、上記乗 算器からの出力を加算または減算し演算出力を得
るようにしたことを特徴とする。 なお、本考案で取り扱うバタフライ演算のデー
タx1,x2は、デイジタルサンプルデータそのもの
のみならず、その演算結果としてのデータをも含
むものである。 〔実施例〕 以下、本考案の一実施例を図面に基づき説明す
る。 第1図は、本考案に係るバタフライ演算回路の
ブロツク図である。図において、データメモリ
DMAはレジスタR2AとレジスタR3Aに接続
されており、レジスタR2Aは乗算器MPYAに
接続され、レジスタR3Aは乗算器MPYBに接
続されている。また、データメモリDMBはレジ
スタR2BとレジスタR3Bに接続されており、
レジスタR2Bは乗算器MPYBに接続され、レ
ジスタR3Bは乗算器MPYAに接続されるよう
になつている。また係数メモリCMは乗算器
MPYA及ぴ乗算器MPYBに接続されている。こ
の乗算器MPYAは加減算器ALUAに接続され、
加減算器ALUAはレジスタR1Aに接続される
ようになつている。さらにこのレジスタR1A
は、データメモリDMAに接続されている。ま
た、上記乗算器MPYBは加減算器ALUBに接続
され、加減算器ALUBはレジスタR1Bに接続
されるようになつている。またこのレジスタR1
Bは、データメモリDMBに接続されるようにな
つている。なお、上記レジスタR1A,R1B,
R2A,R2Bは、これらのレジスタへのデータ
取込み信号をプログラムによりコントロール可能
となつている。 前述のように、たとえば高速フーリエ変換
(FFT)は、バタフライ演算を繰返すことにより
計算される。この高速フーリエ変換は、たとえば
オーデイオサンプル波高値データから周波数スペ
クトラムを得ようとするときなどに使われてい
る。バタフライ演算(x1±kx1)の各データx1,
x2として、たとえばデイジタルオーデイオサンプ
ル値データα1,α2,…のうちの一対のデータα1,
α2を用いるなら、バタフライ演算は、(α1±kα2)
となる。ここで係数kをk=e-i〓とし、バタフラ
イ演算して得られる新たなデイジタルデータを
β1,β2とすれば、バタフライ演算は次のように表
わせる。 β1=α1+e-i〓・α2 β2=α1−e-i〓・α2 上記データα1,α2,…をバタフライ演算するこ
とにより得られるデータβ1,β2,…についてもバ
タフライ演算を行ない、さらにその演算結果のデ
ータについてのバタフライ演算とバタフライ演算
を段階的に行なうことにより、最終的なデータ例
えば周波数スペクトラムデータを得ることができ
る。 ところで、一般にバタフライ演算回路によりバ
タフライ演算するにあたり、数値を固定小数点方
式で表わしまた負数を2の補数で表わすなら、該
演算回路内の数値Nは−1≦N<1の変域を持
つ。したがつて、前述したように、従来はバタフ
ライ演算回路内で発生するオーバフローを防止す
るため、−1≦α1<1,−1≦α2<1を満たす上記
それぞれのデータα1,α2を1/2倍した後、バタフ ライ演算するようにしていた。すなわち、 β1=α1/2+e-i〓・α2/2 β2=α1/2−e-i〓・α2/2 (1) の計算を行なうようにしていた。ところで、これ
らの数式は次のように書き表わすことができる。 β1=1/2・α1+e-i〓/2・α2 β2=1/2・α1−e-i〓/2・α2 (2) このようにすれば−1≦e-i〓の実部、虚部≦1
の変域を持つe-i〓の実部、虚部の1/2倍は1となる ことはなく、上述のように数値Nが−1≦N<1
の変域を持つバタフライ演算回路内で上記係数k
がk=1の時に従来発生していた計算上の不具合
を解消することが可能である。すなわち、第1図
に示す本考案の実施例に用いられる係数メモリ
CMには、係数として1/2及びk/2を予め記憶 させておくわけである。 ここで、上記デイジタルデータα1,α2,β1,β2
の実部をA1,A2,B1,B2で表し、虚部をa1,
a2,b1,b2で表せば、データα1,α2,β1,β2は、 α1=A1+ia1 α2=A2+ia2 β1=B1+ib1 β2=B2+ib2 となる。また、e-i〓=cosθ−isinθであることを利
用すれば、(2)式は、 β1=A1+ia1/2+cosθ−isinθ/2。(A2+ia2) β2=A1+ia1/2−cosθ−isinθ/2。(A2+ia2) となる。この式よりβ1,β2の実部B1,B2及び虚
部b1,b2を求めれば次のようになる。 B1=A1/2+(cosθ/2・A2+sinθ/2・a2) b1=a1/2+(cosθ/2・a2−sinθ/2・A2) (3) B2=A1/2−(cosθ/2・A2+sinθ/2・a2) b2=a1/2−(cosθ/2・a2−sinθ/2・A2) 上記第1図に示すバタフライ演算回路は、(3)式
に示す計算を行なうようにしており、この計算を
行なうことにより、(1)式と等価な(2)式によるバタ
フライ演算を行なうようになつている。この(3)式
に示す計算を順次繰返すことにより、バタフライ
演算の繰返しにより計算されるたとえば高速フー
リエ変換を上記バタフライ演算回路により計算す
ることができる。 したがつて、上記バタフライ演算の係数メモリ
CM内には、デイジタルデータα1の係数に相当す
る1/2と、上記係数kの1/2倍値に相当するsinθ
/2, cosθ/2とが予め記憶されている。
【表】
【表】
【表】
以上の説明から明らかなように、本考案によれ
ば、デイジタルデータx1,x2をバタフライ演算
(x1±kx2)するにあたり、バタフライ演算回路
の係数メモリに係数1/2倍値であるcosθ/2及び sinθ/2とをメモリしておくことにより、データx1, x2を1/2倍した後バタフライ演算するのと等価な 計算を行なうことができる。このため、係数kが
k=1となると時に生じていた計算上の不都合を
回避でき、ハードウエアを複雑化することなくバ
タフライ演算回路を構成することができる。ま
た、従来2つのデータx1,x2を1/2倍していたこ とから生じていた計算時間の遅延を防ぐことがで
き、高速なバタフライ演算を行なうことができ
る。また、従来に比べて、効率よく、見通しよい
アルゴリズムで精度よく計算することが可能であ
る。
ば、デイジタルデータx1,x2をバタフライ演算
(x1±kx2)するにあたり、バタフライ演算回路
の係数メモリに係数1/2倍値であるcosθ/2及び sinθ/2とをメモリしておくことにより、データx1, x2を1/2倍した後バタフライ演算するのと等価な 計算を行なうことができる。このため、係数kが
k=1となると時に生じていた計算上の不都合を
回避でき、ハードウエアを複雑化することなくバ
タフライ演算回路を構成することができる。ま
た、従来2つのデータx1,x2を1/2倍していたこ とから生じていた計算時間の遅延を防ぐことがで
き、高速なバタフライ演算を行なうことができ
る。また、従来に比べて、効率よく、見通しよい
アルゴリズムで精度よく計算することが可能であ
る。
第1図は本考案に係るバタフライ演算回路のブ
ロツク図である。 CM……係数メモリ、MPYA,MPYB……乗
算器、ALUA,ALUB……加減算器、R1A,
R1B,R2A,R2B,R3A,R3B……レ
ジスタ、DMA,DMB……データメモリ。
ロツク図である。 CM……係数メモリ、MPYA,MPYB……乗
算器、ALUA,ALUB……加減算器、R1A,
R1B,R2A,R2B,R3A,R3B……レ
ジスタ、DMA,DMB……データメモリ。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 デイジタルサンプル値に基づく少なくとも一対
のデイジタルデータx1,x2をバタフライ演算(x1
±kx2)する回路であつて、係数として1/2及び 上記kの1/2倍値を記憶している係数メモリと、 上記第1のデイジタルデータx1に対し上記係数メ
モリからの係数1/2を乗算し上記第2のデイジタ ルデータx2に対し上記係数メモリからの係数1/2 kを乗算する乗算器とを有し、上記乗算器からの
出力を加減算し演算出力を得るようにしたバタフ
ライ演算回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4896583U JPS59155647U (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | バタフライ演算回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4896583U JPS59155647U (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | バタフライ演算回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59155647U JPS59155647U (ja) | 1984-10-19 |
| JPH0138697Y2 true JPH0138697Y2 (ja) | 1989-11-20 |
Family
ID=30179482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4896583U Granted JPS59155647U (ja) | 1983-04-04 | 1983-04-04 | バタフライ演算回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59155647U (ja) |
-
1983
- 1983-04-04 JP JP4896583U patent/JPS59155647U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59155647U (ja) | 1984-10-19 |
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