原创 一个不错的fft的实现

2010-8-24 11:31 4114 12 13 分类: 处理器与DSP
  

#include <iom128.h>


#include <intrinsics.h>


 


/*********************************************************************


                         快速福利叶变换C程序包


函数简介:此程序包是通用的快速傅里叶变换C语言函数,移植性强,以下部分不依


         
赖硬件。此程序包采用联合体的形式表示一个复数,输入为自然顺序的复


         
数(输入实数是可令复数虚部为0),输出为经过FFT变换的自然顺序的


         
复数.此程序包可在初始化时调用create_sin_tab()函数创建正弦函数表,


         
以后的可采用查表法计算耗时较多的sin和cos运算,加快可计算速度.与


         
Ver1.1版相比较,Ver1.2版在创建正弦表时只建立了1/4个正弦波的采样值,


         
相比之下节省了FFT_N/4个存储空间


使用说明:使用此函数只需更改宏定义FFT_N的值即可实现点数的改变,FFT_N的


         
应该为2的N次方,不满足此条件时应在后面补0。若使用查表法计算sin值和


         
cos值,应在调用FFT函数前调用create_sin_tab()函数创建正弦表


函数调用:FFT(s);


作    者:吉帅虎


时    间:2010-2-20


版    本:Ver1.2


参考文献: 


**********************************************************************/


#include<math.h>


 


#define FFT_N 128                                                  
//定义福利叶变换的点数


#define PI
3.1415926535897932384626433832795028841971               //定义圆周率值


 


struct compx {float real,imag;};                                    //定义一个复数结构


struct compx s[FFT_N];                                             
//FFT输入和输出:从S[0]开始存放,根据大小自己定义


float SIN_TAB[FFT_N/4+1];                                             //定义正弦表的存放空间


 


/*******************************************************************


函数原型:struct
compx EE(struct compx b1,struct compx b2) 


函数功能:对两个复数进行乘法运算


输入参数:两个以联合体定义的复数a,b


输出参数:a和b的乘积,以联合体的形式输出


*******************************************************************/


struct compx EE(struct compx a,struct compx
b)     


{


 struct compx c;


 c.real=a.real*b.real-a.imag*b.imag;


 c.imag=a.real*b.imag+a.imag*b.real;


 return(c);


}


 


/******************************************************************


函数原型:void
create_sin_tab(float *sin_t)


函数功能:创建一个正弦采样表,采样点数与福利叶变换点数相同


输入参数:*sin_t存放正弦表的数组指针


输出参数:无


******************************************************************/


void create_sin_tab(float *sin_t)                    


{


  int
i;


 
for(i=0;i<=FFT_N/4;i++)


 
sin_t=sin(2*PI*i/FFT_N);


}


/******************************************************************


函数原型:void
sin_tab(float pi)


函数功能:采用查表的方法计算一个数的正弦值


输入参数:pi 所要计算正弦值弧度值,范围0--2*PI,不满足时需要转换


输出参数:输入值pi的正弦值


******************************************************************/


float sin_tab(float pi)


{


  int
n;


 
float a;


  
n=(int)(pi*FFT_N/2/PI);


  


 
if(n>=0&&n<=FFT_N/4)


   
a=SIN_TAB[n];


 
else if(n>FFT_N/4&&n<FFT_N/2)


    {


    
n-=FFT_N/4;


    
a=SIN_TAB[FFT_N/4-n];


    }


 
else if(n>=FFT_N/2&&n<3*FFT_N/4)


    {


    
n-=FFT_N/2;


    
a=-SIN_TAB[n];


   }


 
else if(n>=3*FFT_N/4&&n<3*FFT_N)


    {


    
n=FFT_N-n;


    
a=-SIN_TAB[n];


   }


 


 
return a;


}


/******************************************************************


函数原型:void
cos_tab(float pi)


函数功能:采用查表的方法计算一个数的余弦值


输入参数:pi 所要计算余弦值弧度值,范围0--2*PI,不满足时需要转换


输出参数:输入值pi的余弦值


******************************************************************/


float cos_tab(float pi)


{


  
float a,pi2;


  
pi2=pi+PI/2;


  
if(pi2>2*PI)


    
pi2-=2*PI;


  
a=sin_tab(pi2);


  
return a;


}


/*****************************************************************


函数原型:void
FFT(struct compx *xin,int N)


函数功能:对输入的复数组进行快速傅里叶变换(FFT)


输入参数:*xin复数结构体组的首地址指针,struct型


输出参数:无


*****************************************************************/


void FFT(struct compx *xin)


{


  int
f,m,nv2,nm1,i,k,l,j=0;


 
struct compx u,w,t;


  


  
nv2=FFT_N/2;                  //变址运算,即把自然顺序变成倒位序,采用雷德算法


  
nm1=FFT_N-1; 


  
for(i=0;i<nm1;i++)       


   {


   
if(i<j)                    //如果i<j,即进行变址


    
{


     
t=xin[j];          


     
xin[j]=xin;


     
xin=t;


    
}


   
k=nv2;                    //求j的下一个倒位序


   
while(k<=j)               //如果k<=j,表示j的最高位为1  


    
{          


     
j=j-k;                 //把最高位变成0


     
k=k/2;                 //k/2,比较次高位,依次类推,逐个比较,直到某个位为0


    
}


  
j=j+k;                   //把0改为1


  }


                         


  {


  
int le,lei,ip;                           
//FFT运算核,使用蝶形运算完成FFT运算


   
f=FFT_N;


  
for(l=1;(f=f/2)!=1;l++)                 
//计算l的值,即计算蝶形级数


          
;


 
for(m=1;m<=l;m++)                         // 控制蝶形结级数


  
{                                        //m表示第m级蝶形,l为蝶形级总数l=log(2)N


   
le=2<<(m-1);                            //le蝶形结距离,即第m级蝶形的蝶形结相距le点


   
lei=le/2;                              
//同一蝶形结中参加运算的两点的距离


   
u.real=1.0;                            
//u为蝶形结运算系数,初始值为1


   
u.imag=0.0;


   
//w.real=cos(PI/lei);                 
//不适用查表法计算sin值和cos值


   
// w.imag=-sin(PI/lei);


   
w.real=cos_tab(PI/lei);               
//w为系数商,即当前系数与前一个系数的商


   
w.imag=-sin_tab(PI/lei);


   
for(j=0;j<=lei-1;j++)                 
//控制计算不同种蝶形结,即计算系数不同的蝶形结


     {


     
for(i=j;i<=FFT_N-1;i=i+le)          
//控制同一蝶形结运算,即计算系数相同蝶形结


      
{


       
ip=i+lei;                         
//i,ip分别表示参加蝶形运算的两个节点


       
t=EE(xin[ip],u);                  
//蝶形运算,详见公式


       
xin[ip].real=xin.real-t.real;


       
xin[ip].imag=xin.imag-t.imag;


       
xin.real=xin.real+t.real;


       
xin.imag=xin.imag+t.imag;


      
}


     
u=EE(u,w);                         
//改变系数,进行下一个蝶形运算


    
}


   }


  }


 


}


 


/************************************************************


函数原型:void
main()


函数功能:测试FFT变换,演示函数使用方法


输入参数:无


输出参数:无


************************************************************/


void main()  



  int
i;


 
create_sin_tab(SIN_TAB);


 
for(i=0;i<FFT_N;i++)                           //给结构体赋值


  {


    
s.real=sin(2*3.141592653589793*i/FFT_N); //实部为正弦波FFT_N点采样,赋值为1


    
s.imag=0;                                //虚部为0


  }


   


 
FFT(s);                                        //进行快速福利叶变换


 


 
for(i=0;i<FFT_N;i++)                           //求变换后结果的模值,存入复数的实部部分


 
s.real=sqrt(s.real*s.real+s.imag*s.imag);


 


  
while(1);


}


 

  
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用户563753 2011-8-4 09:28

这个实在是可以学习的!
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