湖南大学洪庆辉获国家专利权
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龙图腾网获悉湖南大学申请的专利可编程的傅里叶变换存内计算电路获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115795243B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-10发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202210869496.0,技术领域涉及:G06F17/16;该发明授权可编程的傅里叶变换存内计算电路是由洪庆辉;黄日承;张吉良;刘祎洋设计研发完成,并于2022-07-21向国家知识产权局提交的专利申请。
本可编程的傅里叶变换存内计算电路在说明书摘要公布了:本发明将突破传统的傅里叶变换实现方式,探索基于存算一体技术的傅里叶变换实现新方法,创新性地从模拟电路角度提出高能效的傅里叶变换计算电路,属于信号分析与信号处理领域。首先,研究如何利用忆阻阵列设计复数矩阵乘法运算电路;其次,在此基础上,展开对一维傅里叶变换及其逆变换的可编程存内计算电路的研究。考虑在实际应用中需要处理大量的二维信号,因此,在一维傅里叶变换计算电路研究基础上,进行二维傅里叶变换的可编程存内计算电路研究。本发明对实时傅里叶变换的实现有十分重要的科学意义和潜在的经济效益;研究成果可以广泛应用于物联网领域中的信号处理,有助于在该领域形成核心知识产权。
本发明授权可编程的傅里叶变换存内计算电路在权利要求书中公布了:1.可编程的傅里叶变换存内计算电路,其特征在于: 基于存算一体技术的傅里叶变换,从模拟电路角度提出高能效的傅里叶变换计算电路,分析复数矩阵乘法的计算规则,建立对应的电路模型; 根据电路模型,设计和搭建复数矩阵乘法的忆阻阵列电路;包括利用忆阻阵列设计复数矩阵乘法运算电路,展开一维傅里叶变换及其逆变换的可编程存内计算电路,在复数矩阵乘法电路的基础上,研究傅里叶变换计算的具体流程,根据其计算规则,设计相应的计算模块,并将各个模块建立电路模型;设计如下: 长度为N的有限长序列xn的DFT表达式为: 其中旋转因子,j为虚数单位,e为自然常数,n为0~N-1的变量: 则长度为N的有限长序列xn的DFT表达式展开为矩阵的形式表达如式14所示, 从而结合实数与复数矩阵相乘的存内计算电路设计出一维傅里叶变换的存内计算电路; 电路的输入为V0,V1,V2,···Vn-1,分别代表N点的实数序列x0,x1,x2,···xn-1; 由于旋转因子存在复数的情况,因此在电路中统一将旋转因子调整为由实部和虚部组成的存内计算单元,通过调节忆阻器权重来实现正、负以及0数值的产生,以此来实现不同数值的旋转因子; 输入电压与忆阻矩阵相乘即可得到输出的电流,再通过运放电路将其转化为等值的电压,则输出的电压序列V0Re,V0Im,V1Re,V1Im,V2Re,V2Im,···Vn-1Re,Vn-1Im即为N点实数序列傅里叶变换后的结果,输出结果的每个数值均由实部电压与虚部电压构成; 同理,设计了DFT的存内计算电路设计,也能实现其逆变换的存内计算电路设计,IDFT的计算公式如式15所示, 其矩阵计算的表达形式如式16所示, 与正变换不同的是,逆变换的输入序列为复数序列,因此在电路设计中要使用实部电压与虚部电压分开输入的方式,即输入是一个复数向量,而其旋转因子依旧是复数矩阵,使用到了步骤1中提出的复数向量-复数矩阵乘法电路的方法;除此之外,在最后转换为输出电压后,需要对输出的电压乘以1N,至此就完成了傅里叶的逆变换计算,且输出的虚部电压均为0; 根据所建立的电路模型,研究傅里叶变换的可编程存内计算电路设计,研究傅里叶变换及其逆变换的关系,进而设计实现逆傅里叶变换的可编程存内计算电路;在一维傅里叶变换计算电路基础上,研究二维傅里叶变换的可分离性,并构建电路模型;根据电路模型,研究二维傅里叶变换的可编程存内计算电路设计;接着研究二维傅里叶逆变换的可分离性,进而设计可以实现二维傅里叶逆变换的计算电路,并用来处理图像信号、视频信号等二维信号。
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