一种快速、自动化的定点fft字长配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字信号处理技术领域，涉及一种自动配置定点FFT各级字长的方 法。
【背景技术】
[0002] FFT算法是一种实现DFT(离散傅里叶变换）的快速算法，得益于FFT算法的高效， FFT在很多对实时性要求很高的应用中扮演着重要角色。如何进一步降低FFT运算的硬件 资源，进一步提升FFT算法的运算速度一直都是数字信号处理领域的重要课题。
[0003]FFT算法作为一种运算，可以采用不同的数据格式。传统的通用处理器可以采用 浮点格式完成FFT运算，但是浮点加减乘除运算更复杂，占用的硬件资源多，并且运算时间 长。如今，随着移动/便携设备逐渐普及，半导体厂商诸如因特尔、高通、德州仪器等都在 积极的寻找低功耗、高性能的整体解决方案，而FFT作为这些运算密集型应用的主要部分， 定制化的定点数据格式开始被采纳。定点数据格式能够带来低功耗，高实时性等好处，同 时，通过优化定点字长的配置，可以满足应用需求的运算精度。如何确定FFT各级的字长一 直是采用定点格式进行FFT运算的重点和难点。随着SystemC、SystemVerilog、Matlab Simulink等定点仿真工具的出现，通过仿真的方式训练FFT字长是一种常用方式，但这种 方法效率较低，需要长时间的机械化训练才能得到一组字长配置。在这种基于仿真的方法 以外，也可以通过理论建模的方式研究定点字长的配置，但是与仿真方法相比，受限于模型 的精确性，理论建模的方式可能会与实际结果有所偏差。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种快速、自动化的定点FFT字长配置方法，从而达到保 证定点FFT输出SQNR的情况下，实现节省存储资源的目标。
[0005]为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种快速、自动的定点FFT各级字长配 置方法，具体过程如下：
[0006]步骤一、针对定点快速傅里叶变换FFT，根据需求设定约束条件：输入字长、最终 输出信噪比以及FFT运算长度。
[0007] 步骤二、以FFT每一级加减法运算均进行字长扩展的情况，计算每一级的信噪比 衰落值作为衰落值范围的下限，以每一级加减法运算均不进行字长扩展的情况，计算每一 级的信噪比衰落值作为衰落值范围的上限，从而得到FFT中每一级信噪比衰落的范围。
[0008]步骤三、利用所述最终输出信噪比以及每一级信噪比衰落的范围，计算得到FFT中各级输出信噪比的范围。
[0009]步骤四、利用各级信噪比的范围计算出各级截位向量的范围，从而得到各级字长 的范围，并确定多组字长配置方案。
[0010] 步骤五、对各组字长配置方案进行输出信噪比的验证，剔除未达到最终输出信噪 比要求的字长配置方案，并在满足最终信噪比要求的字长配置方案中，选取存储资源消耗 最少的一组作为最终字长配置方案。
[0011] 进一步地，步骤二中计算每一级的信噪比衰落值的具体方法为：利用定点仿真语 言SystemC，对每一级加减法运算均进行字长扩展、以及每一级加减法运算均不进行字长扩 展的两种情况的定点FFT进行仿真，计算两种情况下每一级输出信噪比，并将当前级的下 一级输出信噪比与当前级输出信噪比做差作为当前级衰落值。
[0012] 进一步地，FFT为基22FFT，其中输入字长为b。，最终输出信噪比为SQNR^，FFT运 算长度为N，则FFT运算每一级i的字长为
其中为第i级截位向量；
[0013] 则所述步骤四中，利用各级信噪比的范围计算出各级截位向量的范围的具体方法 为：根据对基2 2FFT的建模分析，由第1级开始向最后一级逐级计算截位向量，其中对于第 v级截位向量Tv，
[0014]
[0015] 进一步地，步骤三中，在每一级信噪比衰落范围的区间上根据需要选取多个采样 值，其中第i级采样值为Ai，则第i级输出信噪比为
则每一级获得多个输出信噪比；然后利用每一级每个输出信噪比计算一个字长，在所述 步骤五中，形成多组字长配置方案，每个字长配置方案中均包括l〇g2N+l个字长值分别为
，则该方案的存储资源消耗为： 其中N为FFT运算长度。 %
[0016] 有益效果：
[0017] 1、为了克服定点仿真方法训练FFT字长耗时长、效率低，建模方法准确度差的缺 陷，本发明提出了一种快速且自动化的定点FFT字长配置方法。结合了定点FFT误差模型 和SystemC定点仿真，这种方法能够快速并且自动地产生一组合适的FFT字长配置，从而 降低FFT运算的存储资源消耗，同时达到要求的信号量化噪声比（SQNR)性能。本发明方 法，对比已有技术，能够减少仿真方法确定定点字长所需消耗的时间，能够修正建模方法确 定定点字长的准确度，通过快速、自动化的字长配置，达到节省FFT运算存储资源、保证其 输出信噪比的目的。
【附图说明】
[0018]图1为输入字长与输入信噪比关系图；
[0019] 图2为256点FFT为例的信噪比衰落图；
[0020] 图3为逐级计算各级截位向量流程图。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0022] -种快速、自动的FFT各级字长配置方法，其具体步骤包括：
[0023] 步骤一、根据应用需求确定输入字长bin、输出信噪比SQNR。#、FFT长度N。SQNR。# 和N为系统参数，可以根据系统性能要求和数据点数直接得到。一般输入字长bin也可由系 统直接决定，但如果没有确定的输入字长要求，可以如图1所示，按照lbit字长约6dB输入 信噪比的标准进行估算，由于定点FFT中间级会有信噪比损失，所以输入信噪比SQNRin要大 于SQNR。#才可行，那么可以大致估算SQNRin的大小，然