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用c语言实现fft.docxVIP

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用c语言实现fft

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 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)个群,并且同一级内不同群的乘数分布相同,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群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*/ void change(); /*变址*/ void add(complex ,complex ,complex *); /*复数加法*/ void mul(complex ,complex ,complex *); /*复数乘法*/ void sub(complex ,complex ,complex *); /*复数减法*/ void output();/*输出快速傅里叶变换的结果*/ int main() { int i; /*输出结果*/ system(cls); PI=atan(1)*4; printf(

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