一、对FFT的介绍
1。 FFT(Fast Fourier Transformation),即为快速傅里叶变换,是离散傅里叶变换的快速算法,它是根据离散傅里叶变换的奇、偶、虚、实等特性,对离散傅里叶变换的算法进行改进获得的。
2.FFT算法的基本原理
FFT算法是把长序列的DFT逐次分解为较短序列的DFT。
按照抽取方式的不同可分为DIT-FFT(按时间抽取)和DIF—FFT(按频率抽取)算法。按蝶形运算的构成不同可分为基2,基4,基8,以及任意因子的类型。
3。迭代关系
4、本次程序的基本过程
我们这次所研究的是数字信号处理中的FFT算法,我们这次所用的数字信号是复数类型的.
(1)所以首先,我们先定义了一个复数结构体,因为是进行复数的运算,我们又相继定义复数的加减乘运算的函数.
(2)紧接着,我们定义了进行FFT计算的fft()快速傅里叶变换函数initW() 初始化变换核函数即旋转因子的计算,change() 变址函数,output()输出傅里叶变换的结果的函数.
(3)定义主函数,并调用定义好的相关子函数,利用fft()中的蝶形运算以及change()函数来完成从时间域上选取的DIT-FFT。
二、FFT中码位倒置排序
1、码位倒置的实现方法:
(1)简单的利用按位与、或循环实现
(2)利用公式推导的迭代方法
2、为什么要进行码位倒置
因为由于FFT的计算特性,如果按照正常顺序输入,而没有进行码位倒置的话,就会以乱序输出,就不便于我们后续对信号的相关性质进行研究了,所以DIT—FFT算法就是在进行FFT计算之前,进行分奇偶后的码位倒置运算,即二进制数的倒位。
3、倒位序由奇偶分组造成,以N=8为例,说明如下:
三、蝶形运算
printf怎么实现的由
按照上述公式的规律进行逐级分解,直到2点DFT,如下是N=8时的蝶形算法分析图:
四、FFT算法中蝶形算法的基本思想分析
(1)我们知道N点FFT运算可以分成log2(N)级,每一级都有N/2个碟形,FFT的基本思想是用3层循环完成全部运算(N点FFT)。
(2)第一层循环:由于N=2^m需要m级计算,第一层循环对运算的级数进行控制。(stages)
(3)第二层循环:由于第L级有2^(L-1)个蝶形因子(乘数),第二层循环根据乘数进行控制,保证对于每一个蝶形因子第三层循环要执行一次,这样,第三层循环在第二层循环控制下,每一级要进行2^(L—1)次循环计算。(选择W)
(4)第三层循环:由于第L级共有N/2^L即2^(n-L)个,并且同一级内不同的乘数分布相同,当第二层循环确定某一乘数后,第三层循环要将本级中每个中具有这一乘数的蝶形计算一次,即第三层循环每执行完一次要进行N/2^L个碟形计算.(执行不同group中具有相同W的蝶形运算)
(5)可以得出结论:在每一级中,第三层循环完成N/2^L个碟形计算;第二层循环使第三层循
环进行 2^(L-1)次,因此,第二层循环完成时,共进行2^(L-1) *N/2^L=N/2个碟形计算。实质是:第二、第三层循环完成了第L级的计算。
五、用c语言实现的FFT算法如下:
〈span style=”font—size:18px;"〉#include 〈stdio。h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
#define N 1000
/*定义复数类型*/
typedef struct{
double real;
double img;
}complex;
complex x[N], *W; /*输入序列,变换核*/
int size_x=0; /*输入序列的大小,在本程序中仅限2的次幂*/
double PI; /*圆周率*/
void fft(); /*快速傅里叶变换*/
void initW(); /*初始化变换核*/
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