(快速傅里叶变换)C语言程序.doc

刻苦拼搏攀登人生理想的巅峰（上）

#include <iom128.h>
#include <intrinsics.h>

/*********************************************************************
快速傅立叶变换C函数
函数简介：此函数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。此函数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
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
应该为2的N次方，不满足此条件时应在后面补0
函数调用：FFT(s);
时 间：2010-2-20
版 本：Ver1.0
参考文献：

**********************************************************************/
#include<math.h>

#define PI 3.1415926535897932384626433832795028841971 //定义圆周率值
#define FFT_N 128 //定义傅立叶变换的点数

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[1]开始存放，根据大小自己定义

/*******************************************************************
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 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
*****************************************************************/
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[i];
xin[i]=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); //w为系数商，即当前系数与前一个系数的商
w.imag=-sin(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[i].real-t.real;
xin[ip].imag=xin[i].imag-t.imag;
xin[i].real=xin[i].real+t.real;
xin[i].imag=xin[i].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;
for(i=0;i<FFT_N;i++) //给结构体赋值
{
s[i].real=sin(2*3.141592653589793*i/FFT_N); //实部为正弦波FFT_N点采样，赋值为1
s[i].imag=0; //虚部为0
}

FFT(s); //进行快速傅立叶变换

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[i].real=sqrt(s[i].real*s[i].real+s[i].imag*s[i].imag);

while(1);
}

#include <iom128.h>
#include <intrinsics.h>

/*********************************************************************
快速傅立叶变换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
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
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);
时 间：2010-2-20
版 本：Ver1.1
参考文献：
**********************************************************************/
#include<math.h>

#define FFT_N 128 //定义傅立叶变换的点数
#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，采样点数与傅立叶变换点数相同
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/2;i++)
sin_t[i]=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/2)
a=SIN_TAB[n];
else if(n>=FFT_N/2&&n<FFT_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);
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[i];
xin[i]=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[i].real-t.real;
xin[ip].imag=xin[i].imag-t.imag;
xin[i].real=xin[i].real+t.real;
xin[i].imag=xin[i].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[i].real=sin(2*3.141592653589793*i/FFT_N); //实部为正弦波FFT_N点采样，赋值为1
s[i].imag=0; //虚部为0
}

FFT(s); //进行快速傅立叶变换

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[i].real=sqrt(s[i].real*s[i].real+s[i].imag*s[i].imag);

while(1);
}

#include <iom128.h>
#include <intrinsics.h>

/*********************************************************************
快速傅立叶变换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);
时 间：2010-2-20
版 本：Ver1.2
参考文献：
**********************************************************************/
#include<math.h>

#define FFT_N 128 //定义傅立叶变换的点数
#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，采样点数与傅立叶变换点数相同
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[i]=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[i];
xin[i]=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[i].real-t.real;
xin[ip].imag=xin[i].imag-t.imag;
xin[i].real=xin[i].real+t.real;
xin[i].imag=xin[i].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[i].real=sin(2*3.141592653589793*i/FFT_N); //实部为正弦波FFT_N点采样，赋值为1
s[i].imag=0; //虚部为0
}

FFT(s); //进行快速傅立叶变换

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[i].real=sqrt(s[i].real*s