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VC++的FFT编程设计+文献综述(3)

时间:2018-06-24 09:10来源:毕业论文
基本理论 FFT算法的基本概念 离散傅立叶变换(DFT)是信号分析与处理中的一种重要的变换。DFT 的计算,需要作 N^2次复数乘法运算和 N(N-1)次复数加法


基本理论
FFT算法的基本概念
离散傅立叶变换(DFT)是信号分析与处理中的一种重要的变换。DFT 的计算,需要作 N^2次复数乘法运算和 N(N-1)次复数加法运算,当N较大时,计算量太大,为了快速计算 DFT,近半个世纪以来,人们对离散傅立叶变换的计算进行了大量的研究,提出了很多有效的快速计算 DFT 的方法。这些算法,称之为快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)。快速博里叶变换并不是与DF T 不同的另外一种变换,而是为减少 DFT 计算次数的一种快速有效的算法。其突出的优点在于能快速高效地和比较精确地完成 DFT 的计算。
离散傅里叶变换(DFT)
随着科学技术的进步,人们越来越正视频率分析技术的发展与应用。以前要进行一次频率分析,其计算的工作量大的惊人。现在,电子计算机的飞速发展使得计算的速度加快。但是,电子计算机不可能对连续的信号进行处理,它只能处理有限的离散数据。为了便于利用电子计算机进行傅立叶级数与傅立叶积分交换的运算,需要对连续信号进行采样,从而得到一系列离散数据。这种对离散量的傅立叶变换,称为离散傅立叶变换,记作 DFT。
DFT 的定义:
设是一个长度为 N 的有限长序列,定义x(n)的 N 点离散傅立叶变换为
 (1.2.1)
其中k=0,1,…,N-1
X(k)的傅立叶反变换为
 (1.2.2)
其中 n = 0,1,…,N-1
在(1-2-1)式和(1-2-2)式中,x(n) 和 X(k)均可以是复数。因为在(1-2-1)式和(1-2-2)式的右边仅在W_N指数上差一个符号,并相差一个比例因子1⁄N,所以有关(1-2-1)式计算步骤的讨论稍加修改可以直接用于(1-2-2)式。
DFT隐含周期性,在DFT变换对中,x(n) 和 X(k)均为有限长序列,设
= ,由 的周期性,使得x(n) 和 X(k)隐含周期性,且周期为 N。
快速傅里叶变换(FFT)
从前一节的讨论中知道,DFT 的计算,需要作N^2次复数乘法运算和 N(N-1)次复数加法运算,运算量大。为了快速计算 DFT,近半个世纪以来,人们对离散傅立叶变换的计算进行了大量的研究,提出了很多有效的快速计算 DFT 的方法。这些算法,称之为快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)。快速博里叶变换并不是与DF T 不同的另外一种变换,而是为减少 DFT 计算次数的一种快速有效的算法。其突出的优点在于能快速高效地和比较精确地完成 DFT 的计算。
快速傅里叶变换算法如下:
X(n)=∑_(K=0)^(N=1)▒x_0 (k)e^(πnk/(N ))           n=0,1,2⋯N-1     (1)
由(1)式可知,对每一个n,计算X(n)须作N次复数乘法及N-1次复数加法,要完成这组变换共需N^█(2@   )次乘法及N(N-1)次复数加法。但以下介绍的快速傅里叶变换的算法,可大大减少运算次数,提高工作效率。
当 时,n和k可用二进制数表示:

又记  ,则(1)式可改写为       (2)
式中:        (3)
因为 所以(2)可改成     (4)
则式(5)即为式(4)的分解形式。将初始数据代入式(5)的第一个等式,可得每一组计算数据,一般将痗L-1组计算数据代入式(5)的第L个等式,计算后可得第L组计算数据(L=1,2,…,γ),计算公式也可表示为
  =
         (6)
式中                                (7) VC++的FFT编程设计+文献综述(3):http://www.751com.cn/wenxian/lunwen_18242.html
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