基于并行結(jié)構(gòu)的FFT算法的軟硬件設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)是數(shù)字信號處理中的重要工具,它是將時域信號變換到頻域信號的處理。FFT算法作為數(shù)字信號處理中的核心算法,在頻譜分析、匹配濾波、數(shù)字通信、圖像處理中有著重要的應(yīng)用。本文作為醫(yī)用 CT機錐束三維成像的計算機軟硬件系統(tǒng)的一部分,研究了成像系統(tǒng)中的快速傅里葉變換算法。它作為成像算法的的關(guān)鍵步驟,制約著整個系統(tǒng)的實時性,因此設(shè)計和實現(xiàn)高效的FFT算法對醫(yī)用CT機系統(tǒng)性能的提升

2、有著重要的意義。文中對FFT算法的進(jìn)行了研究,設(shè)計并實現(xiàn)了高性能的軟硬件結(jié)構(gòu),研究的主要內(nèi)容包括以下部分:
　　本文深入分析了各類FFT算法和FFT處理器的硬件結(jié)構(gòu),在FFT算法的軟件實現(xiàn)上,針對傳統(tǒng)混合基計算FFT算法的不足,結(jié)合了SSE指令集的特點對其進(jìn)行了改善,使其適合SIMD(Single Instruction Multiple Data)結(jié)構(gòu),有效減少了FFT算法的運算時間。在硬件結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)上,結(jié)合FFT算法流程的特點

3、,設(shè)計了并行運算單元和流水線相結(jié)合的FFT IP核的硬件結(jié)構(gòu),并根據(jù)結(jié)構(gòu)的需求設(shè)計了五種不同類型的處理單元,對處理單元中的復(fù)數(shù)乘法器以及旋轉(zhuǎn)因子的對稱性進(jìn)行了優(yōu)化。本文設(shè)計的FFT IP核在Xilinx公司的Virtex-5系列XC5VLX50T FPGA上進(jìn)行實現(xiàn),對于1024點FFT IP核系統(tǒng),最高工作頻率可以達(dá)到319MHz,總的計算時間為3.329μs,滿足高速實時的要求,為醫(yī)用CT機錐束三維成像的計算機軟硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了