十分钟搞懂基-2 FFT原理及编程思想
2024.01.18 12:29浏览量:15简介:FFT(快速傅里叶变换)是一种高效计算离散傅里叶变换(DFT)及其逆变换的算法。通过利用离散傅里叶变换的周期性和对称性,FFT可以将计算复杂度从O(N^2)降低到O(NlogN),大大提高了计算效率。本文将通过简单的语言和实例,带你十分钟内了解基-2 FFT的原理和编程思想。
在开始之前,我们需要了解一些基础知识。傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的方法。通过傅里叶变换,我们可以分析信号的频率成分。而快速傅里叶变换(FFT)则是计算离散傅里叶变换(DFT)及其逆变换的高效算法。
基-2 FFT是其中一种常见的FFT算法,它的基本思想是将一个长度为N的序列分成两个长度为N/2的子序列,然后分别对子序列进行FFT计算。通过递归地执行这个过程,我们可以将整个序列的FFT计算分解为多个较小的子序列的FFT计算,从而大大减少计算量。
现在我们来具体了解基-2 FFT的算法步骤:
- 分治策略:将长度为N的输入序列x[n]分成两个长度为N/2的子序列x1[n]和x2[n]。
- 蝶形运算:对于每个子序列,执行蝶形运算,得到两个中间序列y1[n]和y2[n]。蝶形运算是一种线性运算,它通过对输入序列进行加、减、共轭等操作,得到输出序列。
- 合并结果:将两个中间序列y1[n]和y2[n]合并为一个输出序列y[n]。
- 递归调用:对于长度为N/2的子序列,重复步骤1-3,直到每个子序列长度为1。
下面我们通过一个简单的例子来演示基-2 FFT的计算过程。假设输入序列为x[n] = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8],我们可以将其分成两个子序列x1[n] = [1, 2, 3, 4]和x2[n] = [5, 6, 7, 8]。
对于x1[n],执行蝶形运算得到y1[n] = [1+2j, -1+4j] 和 y2[n] = [3+4j, -3+8j]。合并y1[n]和y2[n]得到输出序列y1[n] = [1+2j, -1+4j, 3+4j, -3+8j]。
对于x2[n],执行蝶形运算得到y1[n] = [5+6j, -5+12j] 和 y2[n] = [7+8j, -7+16j]。合并y1[n]和y2[n]得到输出序列y2[n] = [5+6j, -5+12j, 7+8j, -7+16j]。
现在我们已经得到了两个长度为4的输出序列y1[n]和y2[n],可以继续对它们进行递归调用。最后将所有输出序列合并,即可得到完整的FFT结果。
在编程实现上,我们可以使用C语言来实现基-2 FFT算法。以下是一个简单的示例代码:
```cinclude
include
void fft(complex double x, int n) {
if (n == 1) return;
complex double x1[n / 2], x2[n / 2];
for (int i = 0; i < n / 2; i++) {
x1[i] = x[i 2];
x2[i] = x[i 2 + 1];
}
fft(x1, n / 2);
fft(x2, n / 2);
for (int k = 0; k < n / 2; k++) {
complex double t = cexp(-I PI k / (double) (n / 2)) x2[k];
x[k] = x1[k] + t;
x[k + n / 2]

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