[PIC®/AVR®/dsPIC®产品] C 语言如何实现FFT算法,你知道吗?

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 楼主| xixi2017 发表于 2023-5-11 14:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
FFT (Fast Fourier Transform) 是一种高效计算离散傅里叶变换的算法。在 C 语言中,实现 FFT 算法通常需要用到复数和递归。

下面是一个简单的 C 语言代码实现 FFT 算法:
  1. #include <math.h>
  2. #include <stdio.h>
  3. #include <stdlib.h>

  4. #define PI 3.14159265358979323846

  5. typedef struct {
  6.     double real, imag;
  7. } Complex;

  8. Complex add(Complex a, Complex b) {
  9.     Complex result = { a.real + b.real, a.imag + b.imag };
  10.     return result;
  11. }

  12. Complex subtract(Complex a, Complex b) {
  13.     Complex result = { a.real - b.real, a.imag - b.imag };
  14.     return result;
  15. }

  16. Complex multiply(Complex a, Complex b) {
  17.     Complex result = { a.real * b.real - a.imag * b.imag, a.real * b.imag + a.imag * b.real };
  18.     return result;
  19. }

  20. void fft(Complex *x, int n) {
  21.     if (n == 1) {
  22.         return;
  23.     }
  24.     Complex *even = (Complex*) malloc(n / 2 * sizeof(Complex));
  25.     Complex *odd = (Complex*) malloc(n / 2 * sizeof(Complex));
  26.     for (int i = 0; i < n / 2; i++) {
  27.         even[i] = x[2 * i];
  28.         odd[i] = x[2 * i + 1];
  29.     }
  30.     fft(even, n / 2);
  31.     fft(odd, n / 2);
  32.     for (int i = 0; i < n / 2; i++) {
  33.         Complex t = multiply(odd[i], (Complex) { cos(-2 * PI * i / n), sin(-2 * PI * i / n) });
  34.         x[i] = add(even[i], t);
  35.         x[i + n / 2] = subtract(even[i], t);
  36.     }
  37.     free(even);
  38.     free(odd);
  39. }

  40. int main() {
  41.     int n = 8;
  42.     Complex x[] = { {1, 0}, {2, 0}, {3, 0}, {4, 0}, {5, 0}, {6, 0}, {7, 0}, {8, 0} };
  43.     fft(x, n);
  44.     printf("FFT:\n");
  45.     for (int i = 0; i < n; i++) {
  46.         printf("%f + %fi\n", x[i].real, x[i].imag);
  47.     }
  48.     return 0;
  49. }
这段代码实现了一个简单的 FFT 算法,输入为一个长度为 2 的幂次方的复数数组,输出为其 FFT 的结果。其中,add、subtract、multiply 函数分别实现了复数的加、减、乘法运算。FFT 函数使用递归的方式计算 FFT,将输入数组分成偶数项和奇数项两部分,对其进行 FFT,然后将结果组合起来得到最终的 FFT 结果。注意,由于 C 语言没有原生的复数类型,这里使用一个结构体来表示复数,其中 real 表示实部,imag 表示虚部。

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在C语言中,有许多现成的FFT库函数可供使用
lzmm 发表于 2023-6-14 09:36 | 显示全部楼层
FFTW 是最为常用和流行的FFT库之一,提供了丰富的API和使用文档
jkl21 发表于 2023-6-14 10:14 | 显示全部楼层
FFT是一种高效的离散傅里叶变换算法,常用于数字信号处理和图像处理等领域
yorkbarney 发表于 2023-6-14 10:20 | 显示全部楼层
自己实现FFT算法需要相当高的数学知识和编程技能
tifmill 发表于 2023-6-14 10:27 | 显示全部楼层
实现FFT算法需要考虑各种边界情况和计算误差问题,需要进行严格的测试和调试。
deliahouse887 发表于 2023-6-14 10:39 | 显示全部楼层
FHT也是一种高效的DFT算法,在实现上比FFT更加简单。FHT只需要进行实数运算,不需要进行复数运算
zerorobert 发表于 2023-6-14 10:48 | 显示全部楼层
FFT算法计算量较大,可能会占用较多的计算资源和内存空间
mmbs 发表于 2023-6-14 11:03 | 显示全部楼层
实现FFT算法需要掌握一定的数学知识和算法思想
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