原创 时域抽取基2FFT算法C程序注解

2012-12-26 09:34 4112 19 20 分类: 软件与OS

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

 

 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);
**********************************************************************/

#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

/*******************************************************************
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)          //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);
}
/******************************************************************
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;
}
/******************************************************************
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;
}
/*****************************************************************
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
*****************************************************************/
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
                   }
            }
  }
 
}

/************************************************************
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;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++)>

 

;i++)>;i++)>;i++)>;i++)>)>;i++)>)>;i++)>)>;i++)>;i++)<>

 

 

 

 

 

)>)>)>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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用户331612 2012-6-30 09:28

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