FFT算法的完整DSP实现(2): FFT的DSP实现

2019-07-15 00:56发布

FFT算法的完整DSP实现(2): FFT的DSP实现


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更正 更正 。。。
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       上面程序中的BitReverse函数由于使用了malloc函数,当要分配的n比较大时,在DSP上运行会出现一定的问题,因此改用伪代码中提供的倒位序方法更可靠。
       修正后的完整FFT代码文件粘贴如下,在实际的DSP项目中测试通过,可直接拷贝复用。
  • /*
  • * zx_fft.h
  • *
  • *  Created on: 2013-8-5
  • *      Author: monkeyzx
  • */

  • #ifndef _ZX_FFT_H
  • #define _ZX_FFT_H

  • #include "../Headers/Global.h"

  • #define TYPE_FFT_E     float    /* Type is the same with COMPLEX member */     

  • #ifndef PI
  • #define PI             (3.14159265f)
  • #endif

  • typedef COMPLEX TYPE_FFT;  /* Define COMPLEX in Config.h */

  • extern int fft(TYPE_FFT *x, int N);
  • extern int ifft(TYPE_FFT *x, int N);

  • #endif /* ZX_FFT_H_ */

复制代码
  • /*
  • * zx_fft.c
  • *
  • * Implementation of Fast Fourier Transform(FFT)
  • * and reversal Fast Fourier Transform(IFFT)
  • *
  • *  Created on: 2013-8-5
  • *      Author: monkeyzx
  • *
  • * TEST OK 2014.01.14
  • * == 2014.01.14
  • *   Replace @BitReverse(x,x,N,M) by refrence to
  • *   <The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing>
  • */

  • #include "zx_fft.h"

  • /*
  • * FFT Algorithm
  • * === Inputs ===
  • * x : complex numbers
  • * N : nodes of FFT. @N should be power of 2, that is 2^(*)
  • * === Output ===
  • * the @x contains the result of FFT algorithm, so the original data
  • * in @x is destroyed, please store them before using FFT.
  • */
  • int fft(TYPE_FFT *x, int N)
  • {
  •         int i,j,l,k,ip;
  •         static int M = 0;
  •         static int le,le2;
  •         static TYPE_FFT_E sR,sI,tR,tI,uR,uI;

  •         M = (int)(log(N) / log(2));

  •         /*
  •          * bit reversal sorting
  •          */
  •         l = N / 2;
  •         j = l;
  •         //BitReverse(x,x,N,M);
  •     for (i=1; i<=N-2; i++) {
  •         if (i < j) {
  •             tR = x[j].real;
  •                         tI = x[j].imag;
  •             x[j].real = x.real;
  •                         x[j].imag = x.imag;
  •             x.real = tR;
  •                         x.imag = tI;
  •                 }
  •                 k = l;
  •                 while (k <= j) {
  •             j = j - k;
  •                         k = k / 2;
  •                 }
  •                 j = j + k;
  •         }

  •         /*
  •          * For Loops
  •          */
  •         for (l=1; l<=M; l++) {   /* loop for ceil{log2(N)} */
  •                 le = (int)pow(2,l);
  •                 le2 = (int)(le / 2);
  •                 uR = 1;
  •                 uI = 0;
  •                 sR = cos(PI / le2);
  •                 sI = -sin(PI / le2);
  •                 for (j=1; j<=le2; j++) {   /* loop for each sub DFT */
  •                         //jm1 = j - 1;
  •                         for (i=j-1; i<=N-1; i+=le) {  /* loop for each butterfly */
  •                                 ip = i + le2;
  •                                 tR = x[ip].real * uR - x[ip].imag * uI;
  •                                 tI = x[ip].real * uI + x[ip].imag * uR;
  •                                 x[ip].real = x.real - tR;
  •                                 x[ip].imag = x.imag - tI;
  •                                 x.real += tR;
  •                                 x.imag += tI;
  •                         }  /* Next i */
  •                         tR = uR;
  •                         uR = tR * sR - uI * sI;
  •                         uI = tR * sI + uI *sR;
  •                 } /* Next j */
  •         } /* Next l */

  •         return 0;
  • }

  • /*
  • * Inverse FFT Algorithm
  • * === Inputs ===
  • * x : complex numbers
  • * N : nodes of FFT. @N should be power of 2, that is 2^(*)
  • * === Output ===
  • * the @x contains the result of FFT algorithm, so the original data
  • * in @x is destroyed, please store them before using FFT.
  • */
  • int ifft(TYPE_FFT *x, int N)
  • {
  •         int k = 0;

  •         for (k=0; k<=N-1; k++) {
  •                 x[k].imag = -x[k].imag;
  •         }

  •         fft(x, N);    /* using FFT */

  •         for (k=0; k<=N-1; k++) {
  •                 x[k].real = x[k].real / N;
  •                 x[k].imag = -x[k].imag / N;
  •         }

  •         return 0;
  • }


复制代码

       另外,可能还需要您在其它头文件中定义COMPLEX的复数类型
  • typedef struct {
  •     float real;
  •         float imag;
  • } COMPLEX;


复制代码

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增加:FFT频谱结果显示
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  • clc;
  • clear;

  • % Read a real audio signal
  • [fname,pname]=uigetfile(...
  •     {'*.wav';'*.*'},...
  •     'Input wav File');
  • [x fs nbits] = wavread(fullfile(pname,fname));

  • % Window
  • % N = 1024;
  • N = size(x,1);
  • x = x(1:N, 1);

  • % FFT
  • y = fft(x);
  • % 频率对称,取N/2
  • y = y(1:N/2);

  • % FFT频率与物理频率转换
  • x1 = 1:N/2;
  • x2 = (1:N/2)*fs/(N/2);  % /1000表示KHz
  • log_x2 = log2(x2);

  • % plot
  • figure,
  • subplot(2,2,1);plot(x);
  • xlabel('Time/N');ylabel('Mag');grid on
  • title('原始信号');
  • subplot(2,2,2);plot(x1, abs(y));
  • xlabel('Freq/N');ylabel('Mag');grid on
  • title('FFT信号/横坐标为点数');
  • subplot(2,2,3);plot(x2,abs(y));
  • xlabel('Freq/Hz');ylabel('Mag');grid on
  • title('FFT信号/横坐标为物理频率');
  • subplot(2,2,4);plot(log_x2,abs(y));
  • xlabel('Freq/log2(Hz)');ylabel('Mag');grid on
  • title('FFT信号/横坐标为物理频率取log');

  • % 更常见是将幅值取log
  • y = log2(abs(y));
  • figure,
  • plot(x2,y);
  • xlabel('Freq/Hz');ylabel('Mag/log2');grid on
  • title('幅值取log2');


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