fft算法c语言
① 求基2、基4、基8FFT（快速傅里叶变换）的c语言程序，要能运行得出来的
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
typedef struct{
double r;
double i;
}my_complex
;
//检查a是否为2的整数次方数
#define NOT2POW(a) (((a)-1)&(a)||(a)<=0)
//pi
#define MYPI 3.14159265358979323846
my_complex* fft(const my_complex* x, unsigned int len){
unsigned int ex=0,t=len;
unsigned int i,j,k;
my_complex *y;
double tr,ti,rr,ri,yr,yi;
if(NOT2POW(len)) return NULL; //如果失败，返回空指针
for(;!(t&1);t>>=1) ex++; //len应该等于2的ex次方
y=(my_complex*)malloc(len*sizeof(my_complex));
if(!y) return NULL;
//变址计算，库里-图基算法
for(i=0;i<len;i++){
k=i;
j=0;
t=ex;
while((t--)>0){
j<<=1;
j|=k&1;
k>>=1;
}
if(j>=i){
y[i]=x[j];
y[j]=x[i];
}
}
//用变址后的y向量进行计算
for(i=0;i<ex;i++){
t=1<<i;
for(j=0;j<len;j+=t<<1){
for(k=0;k<t;k++){
ti=-MYPI*k/t;
rr=cos(ti);
ri=sin(ti);
tr=y[j+k+t].r;
ti=y[j+k+t].i;
yr=rr*tr-ri*ti;
yi=rr*ti+ri*tr;
tr=y[j+k].r;
ti=y[j+k].i;
y[j+k].r=tr+yr;
y[j+k].i=ti+yi;
y[j+k+t].r=tr-yr;
y[j+k+t].i=ti-yi;
}
}
}
return y;
}
//以下为测试
int main()
{
int i,DATA_LEN;
my_complex *x,*y;
printf("基二FFT测试\n输入生成序列长度:");
scanf("%d",&DATA_LEN);
x=(my_complex*)malloc(DATA_LEN*sizeof(my_complex));
for(i=0;i<DATA_LEN;i++){
x[i].r=i;
x[i].i=i-1;
}
printf("处理前...\n实部\t\t虚部\n");
for(i=0;i<DATA_LEN;i++)
printf("%lf\t%lf\n",x[i].r,x[i].i);
y=fft(x,DATA_LEN);
if(!y){
printf("序列长度不为2的整数次方!\n");
return 0;
}
printf("处理后...\n实部\t\t虚部\n");
for(i=0;i<DATA_LEN;i++)
printf("%lf\t%lf\n",y[i].r,y[i].i);
free(y);
free(x);
return 0;
}
② 基于FFT的算法优化 要C语言完整程序（利用旋转因子的性质），有的请留言，答谢！！！(有核心代码，望指教
实现(C描述)
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
//#include "complex.h"
// --------------------------------------------------------------------------
#define N 8 //64
#define M 3 //6 //2^m=N
#define PI 3.1415926
// --------------------------------------------------------------------------
float twiddle[N/2] = {1.0, 0.707, 0.0, -0.707};
float x_r[N] = {1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0};
float x_i[N]; //N=8
/*
float twiddle[N/2] = {1, 0.9951, 0.9808, 0.9570, 0.9239, 0.8820, 0.8317, 0.7733,
0.7075, 0.6349, 0.5561, 0.4721, 0.3835, 0.2912, 0.1961, 0.0991,
0.0000,-0.0991,-0.1961,-0.2912,-0.3835,-0.4721,-0.5561,-0.6349,
-0.7075,-0.7733, 0.8317,-0.8820,-0.9239,-0.9570,-0.9808,-0.9951}; //N=64
float x_r[N]={1,1,1,1,1,1,1,1,
1,1,1,1,1,1,1,1,
1,1,1,1,1,1,1,1,
1,1,1,1,1,1,1,1,
0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,
0,0,0,0,0,0,0,0,};
float x_i[N];
*/
FILE *fp;
// ----------------------------------- func -----------------------------------
/**
* 初始化输出虚部
*/
static void fft_init( void )
{
int i;
for(i=0; i<N; i++) x_i[i] = 0.0;
}
/**
* 反转算法.将时域信号重新排序.
* 这个算法有改进的空间
*/
static void bitrev( void )
{
int p=1, q, i;
int bit_rev[ N ]; //
float xx_r[ N ]; //
bit_rev[ 0 ] = 0;
while( p < N )
{
for(q=0; q<p; q++)
{
bit_rev[ q ] = bit_rev[ q ] * 2;
bit_rev[ q + p ] = bit_rev[ q ] + 1;
}
p *= 2;
}
for(i=0; i<N; i++) xx_r[ i ] = x_r[ i ];
for(i=0; i<N; i++) x_r[i] = xx_r[ bit_rev[i] ];
}
/* ------------ add by sshc625 ------------ */
static void bitrev2( void )
{
return ;
}
/* */
void display( void )
{
printf("\n\n");
int i;
for(i=0; i<N; i++)
printf("%f\t%f\n", x_r[i], x_i[i]);
}
/**
*
*/
void fft1( void )
{ fp = fopen("log1.txt", "a+");
int L, i, b, j, p, k, tx1, tx2;
float TR, TI, temp; // 临时变量
float tw1, tw2;
/* 深M. 对层进行循环. L为当前层, 总层数为M. */
for(L=1; L<=M; L++)
{
fprintf(fp,"----------Layer=%d----------\n", L);
/* b的意义非常重大,b表示当前层的颗粒具有的输入样本点数 */
b = 1;
i = L - 1;
while(i > 0)
{
b *= 2;
i--;
}
// -------------- 是否外层对颗粒循环, 内层对样本点循环逻辑性更强一些呢! --------------
/*
* outter对参与DFT的样本点进行循环
* L=1, 循环了1次(4个颗粒, 每个颗粒2个样本点)
* L=2, 循环了2次(2个颗粒, 每个颗粒4个样本点)
* L=3, 循环了4次(1个颗粒, 每个颗粒8个样本点)
*/
for(j=0; j<b; j++)
{
/* 求旋转因子tw1 */
p = 1;
i = M - L; // M是为总层数, L为当前层.
while(i > 0)
{
p = p*2;
i--;
}
p = p * j;
tx1 = p % N;
tx2 = tx1 + 3*N/4;
tx2 = tx2 % N;
// tw1是cos部分, 实部; tw2是sin部分, 虚数部分.
tw1 = ( tx1>=N/2)? -twiddle[tx1-N/2] : twiddle[ tx1 ];
tw2 = ( tx2>=N/2)? -twiddle[tx2-(N/2)] : twiddle[tx2];
/*
* inner对颗粒进行循环
* L=1, 循环了4次(4个颗粒, 每个颗粒2个输入)
* L=2, 循环了2次(2个颗粒, 每个颗粒4个输入)
* L=3, 循环了1次(1个颗粒, 每个颗粒8个输入)
*/
for(k=j; k<N; k=k+2*b)
{
TR = x_r[k]; // TR就是A, x_r[k+b]就是B.
TI = x_i[k];
temp = x_r[k+b];
/*
* 如果复习一下 (a+j*b)(c+j*d)两个复数相乘后的实部虚部分别是什么
* 就能理解为什么会如下运算了, 只有在L=1时候输入才是实数, 之后层的
* 输入都是复数, 为了让所有的层的输入都是复数, 我们只好让L=1时候的
* 输入虚部为0
* x_i[k+b]*tw2是两个虚数相乘
*/
fprintf(fp, "tw1=%f, tw2=%f\n", tw1, tw2);
x_r[k] = TR + x_r[k+b]*tw1 + x_i[k+b]*tw2;
x_i[k] = TI - x_r[k+b]*tw2 + x_i[k+b]*tw1;
x_r[k+b] = TR - x_r[k+b]*tw1 - x_i[k+b]*tw2;
x_i[k+b] = TI + temp*tw2 - x_i[k+b]*tw1;
fprintf(fp, "k=%d, x_r[k]=%f, x_i[k]=%f\n", k, x_r[k], x_i[k]);
fprintf(fp, "k=%d, x_r[k]=%f, x_i[k]=%f\n", k+b, x_r[k+b], x_i[k+b]);
} //
} //
} //
}
/**
* ------------ add by sshc625 ------------
* 该实现的流程为
* for( Layer )
* for( Granule )
* for( Sample )
*
*
*
*
*/
void fft2( void )
{ fp = fopen("log2.txt", "a+");
int cur_layer, gr_num, i, k, p;
float tmp_real, tmp_imag, temp; // 临时变量, 记录实部
float tw1, tw2;// 旋转因子,tw1为旋转因子的实部cos部分, tw2为旋转因子的虚部sin部分.
int step; // 步进
int sample_num; // 颗粒的样本总数(各层不同, 因为各层颗粒的输入不同)
/* 对层循环 */
for(cur_layer=1; cur_layer<=M; cur_layer++)
{
/* 求当前层拥有多少个颗粒(gr_num) */
gr_num = 1;
i = M - cur_layer;
while(i > 0)
{
i--;
gr_num *= 2;
}
/* 每个颗粒的输入样本数N' */
sample_num = (int)pow(2, cur_layer);
/* 步进. 步进是N'/2 */
step = sample_num/2;
/* */
k = 0;
/* 对颗粒进行循环 */
for(i=0; i<gr_num; i++)
{
/*
* 对样本点进行循环, 注意上限和步进
*/
for(p=0; p<sample_num/2; p++)
{
// 旋转因子, 需要优化...
tw1 = cos(2*PI*p/pow(2, cur_layer));
tw2 = -sin(2*PI*p/pow(2, cur_layer));
tmp_real = x_r[k+p];
tmp_imag = x_i[k+p];
temp = x_r[k+p+step];
/*(tw1+jtw2)(x_r[k]+jx_i[k])
*
* real : tw1*x_r[k] - tw2*x_i[k]
* imag : tw1*x_i[k] + tw2*x_r[k]
* 我想不抽象出一个
* typedef struct {
* double real; // 实部
* double imag; // 虚部
* } complex; 以及针对complex的操作
* 来简化复数运算是否是因为效率上的考虑!
*/
/* 蝶形算法 */
x_r[k+p] = tmp_real + ( tw1*x_r[k+p+step] - tw2*x_i[k+p+step] );
x_i[k+p] = tmp_imag + ( tw2*x_r[k+p+step] + tw1*x_i[k+p+step] );
/* X[k] = A(k)+WB(k)
* X[k+N/2] = A(k)-WB(k) 的性质可以优化这里*/
// 旋转因子, 需要优化...
tw1 = cos(2*PI*(p+step)/pow(2, cur_layer));
tw2 = -sin(2*PI*(p+step)/pow(2, cur_layer));
x_r[k+p+step] = tmp_real + ( tw1*temp - tw2*x_i[k+p+step] );
x_i[k+p+step] = tmp_imag + ( tw2*temp + tw1*x_i[k+p+step] );
printf("k=%d, x_r[k]=%f, x_i[k]=%f\n", k+p, x_r[k+p], x_i[k+p]);
printf("k=%d, x_r[k]=%f, x_i[k]=%f\n", k+p+step, x_r[k+p+step], x_i[k+p+step]);
}
/* 开跳!:) */
k += 2*step;
}
}
}
/*
* 后记:
* 究竟是颗粒在外层循环还是样本输入在外层, 好象也差不多, 复杂度完全一样.
* 但以我资质愚钝花费了不少时间才弄明白这数十行代码.
* 从中我发现一个于我非常有帮助的教训, 很久以前我写过一部分算法, 其中绝大多数都是递归.
* 将数据量减少, 减少再减少, 用归纳的方式来找出数据量加大代码的规律
* 比如FFT
* 1. 先写死LayerI的代码; 然后再把LayerI的输出作为LayerII的输入, 又写死代码; ......
* 大约3层就可以统计出规律来. 这和递归也是一样, 先写死一两层, 自然就出来了!
* 2. 有的功能可以写伪代码, 不急于求出结果, 降低复杂性, 把逻辑结果定出来后再添加.
* 比如旋转因子就可以写死, 就写1.0. 流程出来后再写旋转因子.
* 寥寥数语, 我可真是流了不少汗! Happy!
*/
void dft( void )
{
int i, n, k, tx1, tx2;
float tw1,tw2;
float xx_r[N],xx_i[N];
/*
* clear any data in Real and Imaginary result arrays prior to DFT
*/
for(k=0; k<=N-1; k++)
xx_r[k] = xx_i[k] = x_i[k] = 0.0;
// caculate the DFT
for(k=0; k<=(N-1); k++)
{
for(n=0; n<=(N-1); n++)
{
tx1 = (n*k);
tx2 = tx1+(3*N)/4;
tx1 = tx1%(N);
tx2 = tx2%(N);
if(tx1 >= (N/2))
tw1 = -twiddle[tx1-(N/2)];
else
tw1 = twiddle[tx1];
if(tx2 >= (N/2))
tw2 = -twiddle[tx2-(N/2)];
else
tw2 = twiddle[tx2];
xx_r[k] = xx_r[k]+x_r[n]*tw1;
xx_i[k] = xx_i[k]+x_r[n]*tw2;
}
xx_i[k] = -xx_i[k];
}
// display
for(i=0; i<N; i++)
printf("%f\t%f\n", xx_r[i], xx_i[i]);
}
// ---------------------------------------------------------------------------
int main( void )
{
fft_init( );
bitrev( );
// bitrev2( );
//fft1( );
fft2( );
display( );
system( "pause" );
// dft();
return 1;
}
本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/sshcx/archive/2007/06/14/1651616.aspx
③ 如何用FFT得到谐波幅值频率和相位
用FFT得到谐波的频谱，里面含有频率，幅度和相位，同时可以通过这个三个而求得其他参数。
FFT是一种DFT的高效算法，称为快速傅立叶变换（fast Fourier transform），它根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。FFT对傅氏变换的理论并没有新的发现，但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换，可以说是进了一大步。
④ 怎样用C语言实现FFT算法啊
1、二维FFT相当于对行和列分别进行一维FFT运算。具体的实现办法如下：
先对各行逐一进行一维FFT，然后再对变换后的新矩阵的各列逐一进行一维FFT。相应的伪代码如下所示：
for (int i=0; i<M; i++)
FFT_1D(ROW[i]，N);
for (int j=0; j<N; j++)
FFT_1D(COL[j]，M);
其中，ROW[i]表示矩阵的第i行。注意这只是一个简单的记法，并不能完全照抄。还需要通过一些语句来生成各行的数据。同理，COL[i]是对矩阵的第i列的一种简单表示方法。
所以，关键是一维FFT算法的实现。
2、例程：
#include<stdio.h>
#include<math.h>
#include<stdlib.h>
#defineN1000
/*定义复数类型*/
typedefstruct{
doublereal;
doubleimg;
}complex;
complexx[N],*W;/*输入序列,变换核*/
intsize_x=0;/*输入序列的大小，在本程序中仅限2的次幂*/
doublePI;/*圆周率*/
voidfft();/*快速傅里叶变换*/
voidinitW();/*初始化变换核*/
voidchange();/*变址*/
voidadd(complex,complex,complex*);/*复数加法*/
voidmul(complex,complex,complex*);/*复数乘法*/
voidsub(complex,complex,complex*);/*复数减法*/
voidoutput();
intmain(){
inti;/*输出结果*/
system("cls");
PI=atan(1)*4;
printf("Pleaseinputthesizeofx: ");
scanf("%d",&size_x);
printf("Pleaseinputthedatainx[N]: ");
for(i=0;i<size_x;i++)
scanf("%lf%lf",&x[i].real,&x[i].img);
initW();
fft();
output();
return0;
}
/*快速傅里叶变换*/
voidfft(){
inti=0,j=0,k=0,l=0;
complexup,down,proct;
change();
for(i=0;i<log(size_x)/log(2);i++){/*一级蝶形运算*/
l=1<<i;
for(j=0;j<size_x;j+=2*l){/*一组蝶形运算*/
for(k=0;k<l;k++){/*一个蝶形运算*/
mul(x[j+k+l],W[size_x*k/2/l],&proct);
add(x[j+k],proct,&up);
sub(x[j+k],proct,&down);
x[j+k]=up;
x[j+k+l]=down;
}
}
}
}
/*初始化变换核*/
voidinitW(){
inti;
W=(complex*)malloc(sizeof(complex)*size_x);
for(i=0;i<size_x;i++){
W[i].real=cos(2*PI/size_x*i);
W[i].img=-1*sin(2*PI/size_x*i);
}
}
/*变址计算，将x(n)码位倒置*/
voidchange(){
complextemp;
unsignedshorti=0,j=0,k=0;
doublet;
for(i=0;i<size_x;i++){
k=i;j=0;
t=(log(size_x)/log(2));
while((t--)>0){
j=j<<1;
j|=(k&1);
k=k>>1;
}
if(j>i){
temp=x[i];
x[i]=x[j];
x[j]=temp;
}
}
}
/*输出傅里叶变换的结果*/
voidoutput(){
inti;
printf("Theresultareasfollows ");
for(i=0;i<size_x;i++){
printf("%.4f",x[i].real);
if(x[i].img>=0.0001)printf("+%.4fj ",x[i].img);
elseif(fabs(x[i].img)<0.0001)printf(" ");
elseprintf("%.4fj ",x[i].img);
}
}
voidadd(complexa,complexb,complex*c){
c->real=a.real+b.real;
c->img=a.img+b.img;
}
voidmul(complexa,complexb,complex*c){
c->real=a.real*b.real-a.img*b.img;
c->img=a.real*b.img+a.img*b.real;
}
voidsub(complexa,complexb,complex*c){
c->real=a.real-b.real;
c->img=a.img-b.img;
}