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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
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);
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#define FFT_N 128 //定义傅里叶变换的点数
#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/2]; //定义正弦表的存放空间
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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
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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);
}
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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
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void create_sin_tab(float *sin_t) //利用sin函数的周期性,只需存储半周期值
{
int i;
for(i=0;i
sin_t=sin(2*PI*i/FFT_N);
}
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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) //pi的范围由调用者来维护,此函数默认0--2*PI
{
int n;
float a;
n=(int)(pi*FFT_N/2/PI); //把2π等间隔分为FFT_N等分,利用2π/FFT_N=pi/n,
if(n>=0&&n
a=SIN_TAB[n]; //则直接查表,否则利用sin函数的周期性
else if(n>=FFT_N/2&&n)>)>
a=-SIN_TAB[n-FFT_N/2];
return a;
}
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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); //直接利用前述正弦表,简化处理
return a;
}
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函数原型:void FFT(struct compx *xin)
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
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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
{
if(i)>;i++)>
{
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; //如果k>j,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,没有第0级说法
{ //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,2^m,即第m级蝶形的蝶形结相距le点
lei=le/2; //2^m-1,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(值取决lei)为系数商,即当前系数u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,一次复数乘法
xin[ip].real=xin.real-t.real; //两次复数加法,其中一次为减法
xin[ip].imag=xin.imag-t.imag; //若用函数分装起来更简洁
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
}
}
}
}
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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
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void main()
{
int i;
create_sin_tab(SIN_TAB);
for(i=0;i;i++)>)>
{
s.real=sin(2*3.141592653589793*i/FFT_N); //实部为正弦波FFT_N点采样,幅值为1
s.imag=0; //虚部为0
}
FFT(s); //进行快速傅里叶变换
for(i=0;i;i++)>;i++)>
s.real=sqrt(s.real*s.real+s.imag*s.imag);
while(1);
};i++)>
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用户331612 2012-6-30 09:28