流水線離散希爾伯特變換電路及對(duì)此電路定點(diǎn)化的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種新型流水線離散希爾伯特變換電路及定點(diǎn)化方法。此電路基本結(jié)構(gòu)由循環(huán)移位寄存器構(gòu)成，采用流水線結(jié)構(gòu)，可有效減少所用加法器及乘法器的數(shù)量，電路簡(jiǎn)單有效。所提出的定點(diǎn)化方法可對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化，使電路在滿足輸出精度要求時(shí)電路面積功耗、速度等最小。本發(fā)明的電路可以實(shí)現(xiàn)N（N為4的倍數(shù)）采樣點(diǎn)數(shù)目的離散希爾伯特變換，而且在不影響計(jì)算精度的條件下，利用定點(diǎn)化的方法減小電路面積、降低功耗或者提高電路的運(yùn)行速度。
【專利說(shuō)明】流水線離散希爾伯特變換電路及對(duì)此電路定點(diǎn)化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種新型流水線離散希爾伯特變換電路，和對(duì)此電路定點(diǎn)化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]希爾伯特變換(Hilberttransform, HT)是數(shù)字信號(hào)處理(digital signalprocessing, DSP)的基本變換。HT在正交信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)、帶通采樣和瞬時(shí)頻率估計(jì)等方面應(yīng)用廣泛。在這些應(yīng)用中HT通常用于構(gòu)造實(shí)信號(hào)的解析信號(hào)，在許多信號(hào)處理的應(yīng)用中，解析信號(hào)比原信號(hào)更易于處理，物理意義更明確。通過(guò)對(duì)離散HT進(jìn)行硬件加速，可以縮短解析信號(hào)的生成 時(shí)間，從而提升數(shù)字信號(hào)系統(tǒng)的分析和處理數(shù)據(jù)的能力。因此離散HT的硬件加速具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]目前通用的硬件設(shè)計(jì)流程是先對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行算法模型設(shè)計(jì)，再在該算法模型基礎(chǔ)上進(jìn)行適用于硬件設(shè)計(jì)的算法優(yōu)化，最后把優(yōu)化的算法用寄存器傳輸級(jí)(RTL)實(shí)現(xiàn)。為了獲得較高精度和動(dòng)態(tài)范圍，算法模型設(shè)計(jì)一般采用浮點(diǎn)數(shù)表示。但是在硬件實(shí)現(xiàn)中，為了速度、面積、功耗等的最佳結(jié)果，信號(hào)通常使用定點(diǎn)數(shù)表示。在保證滿足系統(tǒng)輸出精度，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的面積、功耗或速度的前提下，我們將浮點(diǎn)數(shù)表示的算法轉(zhuǎn)換成用定點(diǎn)數(shù)表示。把浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化成定點(diǎn)數(shù)的過(guò)程被稱為位寬優(yōu)化。位寬優(yōu)化的目標(biāo)是在保證滿足系統(tǒng)輸出精度的前提下，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的面積、功耗或速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是:本發(fā)明涉及一種流水線型離散希爾伯特變換電路結(jié)構(gòu)及定點(diǎn)化方法，此結(jié)構(gòu)可有效減少電路實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的加法和乘法運(yùn)算，所提出的定點(diǎn)化方法對(duì)電路進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化。
[0005]一種流水線離散希爾伯特變換電路，其包括N個(gè)循環(huán)移位寄存器，所述N個(gè)循環(huán)移位寄存器采用流水線結(jié)構(gòu)，所述N為4的倍數(shù)，還包括加法器、減法器和乘法器，所述N個(gè)循環(huán)移位寄存器加法器、減法器和乘法器依據(jù)的離散希爾伯特計(jì)算過(guò)程由如下矩陣說(shuō)明:
[0006]‘r = L4nC,；]
[0007]等式左邊的矩陣是大小為N行I列的輸出矩陣；右邊是兩個(gè)矩陣相乘，A矩陣如下所示:
【權(quán)利要求】
1.一種流水線離散希爾伯特變換電路，其特征在于:其包括N個(gè)循環(huán)移位寄存器，所述N個(gè)循環(huán)移位寄存器采用流水線結(jié)構(gòu)，所述N為4的倍數(shù)，還包括加法器、減法器和乘法器，所述N個(gè)循環(huán)移位寄存器加法器、減法器和乘法器依據(jù)的離散希爾伯特計(jì)算過(guò)程由如下矩陣說(shuō)明: = μπ 等式左邊的矩陣是大小為N行I列的輸出矩陣；右邊是兩個(gè)矩陣相乘，A矩陣如下所示:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流水線離散希爾伯特變換電路，其特征在于:離散希爾伯特變換分為前后兩部分分別同時(shí)進(jìn)行計(jì)算，兩部分共享的數(shù)據(jù)只計(jì)算一次，偶數(shù)項(xiàng)的輸出只與奇數(shù)項(xiàng)的輸入有關(guān)，奇數(shù)項(xiàng)的輸出只與偶數(shù)項(xiàng)的輸入有關(guān)，奇數(shù)項(xiàng)和偶數(shù)項(xiàng)的輸入分開(kāi)存放用于并行計(jì)算， 計(jì)算式如下所示:
3.—種流水線離散希爾伯特變換電路的定點(diǎn)化方法，其特征在于:包括如下步驟:(1)得到電路的數(shù)據(jù)流圖； (2)利用仿射算術(shù)確定整數(shù)位寬； (3)將遺傳誤差模型代入數(shù)據(jù)流圖，得到輸出信號(hào)的誤差約束條件； (4)得到誤差約束函數(shù)； (5)將面積或功耗或行速度模型代入數(shù)據(jù)流圖； (6)得到面積或功耗或行速度函數(shù)； (7)根據(jù)約束函數(shù)和面積或功耗或行速度函數(shù)用仿射算術(shù)得到滿足誤差要求條件下面積最小時(shí)的小數(shù)位寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流水線離散希爾伯特變換電路的定點(diǎn)化方法，其特征在于:數(shù)據(jù)流圖有四列，第一列是運(yùn)算符號(hào)，包括減法(一)、乘法(X)和加法(+)，中間兩列是參與運(yùn)算的信號(hào)，最后一列表示信號(hào)運(yùn)算的中間量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流水線離散希爾伯特變換電路的定點(diǎn)化方法，其特征在于: 利用仿射算術(shù)確定整數(shù)位寬:
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流水線離散希爾伯特變換電路的定點(diǎn)化方法，其特征在于:遺傳誤差模型如下: 加/減法的遺傳誤差模型為: Δ eC = ecP+ecq，其中Hb，Suj = 2 ' 乘法的遺傳誤差模型為:
Aec = ecp+ecq,其中 Ccp = Meo + aAeh， Ccq = 2—蜞―1
輸出信號(hào)的誤差約束條件為:
7.根據(jù)權(quán)利要求6述的流水線離散希爾伯特變換電路的定點(diǎn)化方法，其特征在于:得到誤差約束函數(shù)；
8.根據(jù)權(quán)利要求3的流水線離散希爾伯特變換電路的定點(diǎn)化方法，其特征在于: 將面積模型代入數(shù)據(jù)流圖中， 加/減法的面積模型為: max(Ix+Fx, Iy+Fy) 乘法的面積模型為:
(Ix+Fx) (Iy+Fy)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的流水線離散希爾伯特變換電路的定點(diǎn)化方法，其特征在于:得到面積函數(shù):
【文檔編號(hào)】G06F17/10GK104008086SQ201410208362
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】張巖, 王旭, 孫瑞一, 李乾 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院