JPS6063676A - 離散フ−リエ変換装置 - Google Patents

離散フ−リエ変換装置

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JPS6063676A
JPS6063676A JP58166861A JP16686183A JPS6063676A JP S6063676 A JPS6063676 A JP S6063676A JP 58166861 A JP58166861 A JP 58166861A JP 16686183 A JP16686183 A JP 16686183A JP S6063676 A JPS6063676 A JP S6063676A
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fourier transform
discrete fourier
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稔 木幡
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秀昭 曽根
Takashi Hamada
浜田 高志
Ai Takagi
高木 相
Toshito Hara
原 敏人
Noboru Wakatsuki
昇 若月
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    • G06F17/00Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10Complex mathematical operations
    • G06F17/14Fourier, Walsh or analogous domain transformations, e.g. Laplace, Hilbert, Karhunen-Loeve, transforms
    • G06F17/141Discrete Fourier transforms

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の技術分野 本発明は、加減算器等から構成される簡易なノ\−ドウ
エアを用い、実時間で離散フーリエ変換が実行できるフ
ーリエ変換装置に関する。
(2)技術の背景 従来の離散フーリエ変換の高速実行法さしては高速フー
リエ変換(F F T)やライノブラードのアルゴリズ
ム等がある。
(3)従来技術と問題点 しかしながら、上記方法はこれらは離散フーリエ変換の
直接実行に比べ、乗算の回数は低減されているもののや
はり乗算は必要であり、ハードウェア化する際には乗算
器が必要であり、装置規模やコストが増大するという欠
点を有する。
(4)発明の目的 本発明目的は、従来までフーリエ変換には必ず必要とさ
れていた乗算を使わず、加減算のみを用いることにより
、簡易で小屋かつ安価な装置により実時間で離散フーリ
エ変換を実行することにある0 (5)発明の構成 本発明は、方形波が(o、 Bの2値のみにより表わせ
るこさに焉目し、この方形匝と人力信号の離散的たたみ
込みを差分針具により、2.5N回(但し、Nは離散化
された入力信号のサンプル数)の加減算のみで実行し、
この結果得られた波形に含まれる3次以上の奇数次茜講
波を、くし形フィルタを用いて除去することにより得ら
れる正弦波の振幅と位相角に関する情報から、入力信号
の離散フーリエ成分を得るようにしたものである0この
ために本発明は方形波と入力信号の離散的たたみ込みを
ディジタル処理により実行する回路と、この回路に後置
されたディジタルくし形フィルタを有し、このくし形フ
ィルタより出力される正弦波の振幅と位相角の形で離散
フーリエ成分を得ることにより、ディジタル乗算器を全
く必要としないことを特徴とする離散フーリエ変換装置
である。
(6)発明の実施例 N点で離散化された入力信号を(x(0)、 x(1)
、・・・・・・、x(N−1))と表わす。また、これ
をベクトル化したものをN = (X(0)、 !(1
)、 −・・−、x (N −L))’と表わすO×に
対する離散フーリエ変換(以下ではDFTと記す)が第
1図−■であると仮定する。
一方、基本角周波数にω(OSkSN−L)の方形波は
第1図−■の即きDFTを有する。これらの離散的たた
み込みの結果得られる波形は第1図−〇に示すDFTを
有するが、たたみ込みの周期を調整することにより第1
図−■に示すDFTを有する波形となる。このとき、第
1図−〇における角周波数ωの基本周波数成分が、入力
信号のDFT。
すなわち第1図−〇における第kDFT成分Xkに他な
らない。そこで、第1図−■において、付随して現われ
る3ω、5ω、・・・・・・・・・の奇数次高調波成分
を数個のくし形フィルタを用いて除去すれば、角周波数
ωの正弦波を得るが、第2図に示すように、この正弦波
の振幅が1Xklに、位相角がarg(Xk)に対応す
る。
上記の離散的たたみ込みは方形波の1周期、すなわち2
π/にωの区間にわたって行なえばよいが、これは式(
1)に示す行列H1cをXに乗することにより実行され
る。
H1c=(Hlo、Hlk・、 Hl 2k・、Hl 
3k・、−−・、川(N−1)k・〕・・・・・・・・
・・・(1) 但し Hlo =(ho山+ +・−・hN4−1. ”A 
hN/2+1. H・・・・;hN−1)”=(r、t
、・・・・・・・・・1. 0. O,・・・・・・・
・、O′3Tであり、また川j−(kl≦(N−1)k
)はHIO内の要素を右へ(jmodN)個だけ巡回的
にシフトしたもので、それぞれがHkにおける列ペクト
・ルとなる。離散的たたみ込みの結果得られる。N点の
サンプル値から成る波形を(Wk(0)、Wk(L)、
・・・・・・・・・。
wk(N L ) ]と表わす。これをベクトル化して
Wlkと表わせばWlkは式(2)により得られる。
Wl k=nkX ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・(2)但し Wl k = (wk(0)、 wk(1)、・・・・
・・・1wh (N −1))Tであるa N=8. 
k=o、 L 2.3の場合について、Hkの例を図3
に示す。行列Hkにおいては、 N、22個の要素が1
であり、残りのN5/2個の要素がOであるから式(2
)はN/2回の加算により実行可能である。この回数は
次に述べる方法により低減可能である〇 行列Hkにおいてi行と1−1行の要素間で差をとり、
これを1行の要素とする行列ΔHkを式(3)の如く定
義する。(0#i≦N−1)この行列を差分変換行列と
呼ぶo N”8 、 k=、o、 1.2.3の場合の
JHkの例を第4図に示す。
但し9式(3)において行列要素を表わす添字1゜jは
0から始まりN−1に終わるものとするOこの行列ΔH
kとXの積によって式(4)に示す信号が得られる。こ
の信号を2式(4)右辺に示す如く、〔Δwk(0)。
Δwk(1)、・・・・・・・・・、Δwh(N l)
)と表わす。
式(4)において、もしwk(N −L )が既知であ
ればwk(N 1)十Δwk(01= wk(0) −
−〔5)によりwk(0)を得る。さらにwk(0)が
既知となったので wit(0)十Δwi、(1)= 
w+c(L) ・−−(6)によりwb、<1)を得る
0すなわぢwh(N−1)にΔwk(n)(0≦n≦N
−1)を順次加えていけば、 wh(0)、 wm(1
)。
・・・・・・・・が次々と得られる0最初に既知である
べきWll(N−1)は式(2)を、T(1(の第(N
−1)行についてのみ計算することにより得られ、これ
にはW2回の加算を要する0また、式(4)によりΔw
k(n’)を得るには2N回の加減算が必要であるOな
ぜなら、ΔH1cでは2N個の要素1.若しくは−1で
あり。
残りの要素は0であるからである。すなわち、方形波と
入力信号の離散的たたみ込みは2.5N回の加減算によ
り実行でき、式(2)を直接に実行する場合に必要とさ
れたN、/2回に比べ、計算回数は大幅に低減される。
本実施例の全構成を第5図に示す。入力信号はA/D変
換器1によりディジタル信号に変換された後に、2個用
意された入力メモリ−2,3のいずれかに筈き込まれる
0人カメモリ−が2個用意されているのは、後続する加
減算器4が処理のために、一方の入力メモリーを占有し
ている間も滞りなく入力信号の取り込みを可能とするた
めである。加減算器4は、まず第1に入力メモリー内の
Xに対し、式(2)を行列Hkの第(N−1)行につい
て実行し、wk(N−1)を計算するQ第2に、このw
k(N−1)をもとに、上記の差分変換行列を用い、(
wk(0)、 wk(1)、 −−・、 vtr+c 
(N −1) )のすべてを計算する。これにより、式
(2)に示した入力信号Xと方形波とのたたみ込み波形
が得られる0この計算過程において、加数あるいは減数
の選択は第5図に示すアドレス発生回路5により行なわ
れる。得られた波形は順次、出力メモリ−6、又は7に
転送される。出力メモリーが2個用意されているのは、
入力メモリーの場合と同様の理由によるものであり、加
減算器が一方の出力メモリーを占有している間も、他方
の出力メモリーの内容をくし形フィル〃8へ入力するこ
とを可能とするためである。
得られたたたみ込み波形に含まれる3次、5次。
7次、・・・・・の高調波を除去するには、第6図に示
すくし形フィルタを縦続接続したものを第5図に示ずく
し形フィルタ8として用いる。第6図において、n矢高
調波(nは3以上の奇数)除去用のくし形フィルタにお
ける遅延サンプル数はN/ 2 nであるが、これは必
ずしも整数にはならないOこの場合にはN/2nを四捨
五入することにより整数化する。また、たたみ込み波形
に含まれる奇数次高調波は無限に存在するが1本実施例
においては縦続接続するくし形フィルタの個数は有限個
で打ち切る0したがって、本実施例により得られるDF
Tは、これら2つの制限、すなわちN/2nを整数化す
ること、及びくし形フィルタの個数が有限であることに
より、誤差を伴う。第m次高調波(mは3以上の奇数)
除去用のくし形フィルタまでのk (m−L)/2個の
くし形フィルタを用いたときの本実施例における誤差を
第7図に示す口これによれば第3次ないし第15次高調
波除去用の7個のくし形フィルlを縦続接続したものを
用いた場合、誤差は1%以下となる0 第5図において、くシ形フィルタ8から出力される正弦
波は、その1周期の範囲にわたって、ピーク値検出回路
9、及びゼロクロス点検出回路10に入力され、その振
幅及び位相角を得る。これらは、それぞれ第kDFT成
分XkにおけるlXk+及びarg(Xk)に等しい0
以上の一連の動作を行な態となる〇 以上に述べた、本発明の実施例を用いれば、乗算を全く
用いずに、少ない回数の加減算のみにより入力信号のD
FTを得ることが可能である。
第8図は本発明の他の実施例を示すもので、第5図と異
なるのは第5図におけるA/D変換器1を除く部分が並
列化されている点である0第5図においては、ある1つ
のkについてDFT成分Xkをめた後に他のkについて
Xk’を得たい場合には、加減数アドレス発生回路5に
kを設定して再動作を行なわせるが、第5図に示す実施
例の構成は非常に簡易であることから、第8図に示す如
く、複数のkについてDFT成分を並列計算、させるこ
とが可能である。第8図の実施例においては、第5図と
同様な遂次的な処理も可能であり、一般には並列・遂次
混在の形式が可能である。第8図の実施例では、P個の
kについて並列計算を行なう場合、同じ個数のkを第5
図の実施例で処理する場合に比べ、処理時間は1/Pに
短縮されるとい(7)発明の効果 本発明によれば、N個のサンプル値から成る入力信号(
x(0)、 x(1)、 ・・・・・・・・・、 x 
(N −1) )に対する第kDFT成分(Osk≦N
−1)を、2.5N回の加減算処理ならびにくし形フィ
ルタによる処理のみにより得ることができる。したがっ
て乗算器を用いない簡易な装置により、実時間で離散フ
ーリエ変換を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は入力信号と方形波の離散的たたみ込みを説明す
る図。第2図はDFT成分と出力正弦波の関係を表わす
図、第3図は行列H1cの例を示す図、第4図は差分変
換行列ΔHkの例を示す図、第5図は本発明の一実施例
の全構成を表わす図%第6図はくし形フィルタの構成を
表わす図、第7図はくし形フィルタの次数mと本発明に
よる離散フーリエ変換装置の誤差の関係を表わす図、第
8図は本発明の並列型の一実施例を表わす図である。 図において、1はA/D変換器、2及び3は入力メモ1
4−14は加減算器、5は加数・減数アドレス発生回路
、6及び7は出力メモリ−58はくし形フィルタを表わ
す〇 竿 3 図 に=Z K二 J ん−θ 4 図 /(= / ρ3 隼 乙 戸コ 坪7 図 〈 し形フィIし7の;Jr& m

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 方形波と人力信号の離散的たたみ込みをディジグル処理
    により実行する回路と、この回路に後置されたディジク
    ルくし形フィルタを有し、このくし形フィルタより出力
    される正弦波の振幅と位相角の形で離散フーリエ変換を
    得ることにより、ディジタル乗算器を全く必要としない
    ことを特徴とする離散フーリエ変換装置0
JP58166861A 1983-09-10 1983-09-10 Risanfuuriehenkansochi Expired - Lifetime JPH0230539B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58166861A JPH0230539B2 (ja) 1983-09-10 1983-09-10 Risanfuuriehenkansochi
EP19840306158 EP0137730A2 (en) 1983-09-10 1984-09-10 Discrete fourier transformation method and apparatus for carrying out the same

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58166861A JPH0230539B2 (ja) 1983-09-10 1983-09-10 Risanfuuriehenkansochi

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JPS6063676A true JPS6063676A (ja) 1985-04-12
JPH0230539B2 JPH0230539B2 (ja) 1990-07-06

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Families Citing this family (2)

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US5455498A (en) * 1990-05-09 1995-10-03 Omron Corporation Angle of rotation detector
JP2004069722A (ja) * 2002-08-01 2004-03-04 Pioneer Electronic Corp ホログラム記録再生システム

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JPH0230539B2 (ja) 1990-07-06
EP0137730A2 (en) 1985-04-17

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