libdspl-2.0/dspl/src/fft.c

1414 wiersze
42 KiB
C
Czysty Wina Historia

This file contains ambiguous Unicode characters!

This file contains ambiguous Unicode characters that may be confused with others in your current locale. If your use case is intentional and legitimate, you can safely ignore this warning. Use the Escape button to highlight these characters.

/*
* Copyright (c) 2015-2019 Sergey Bakhurin
* Digital Signal Processing Library [http://dsplib.org]
*
* This file is part of libdspl-2.0.
*
* is free software: you can redistribute it and/or modify
* it under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
* the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
* (at your option) any later version.
*
* DSPL is distributed in the hope that it will be useful,
* but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
* MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
* GNU General Public License for more details.
*
* You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
* along with Foobar. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
*/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <float.h>
#include "dspl.h"
#include "dspl_internal.h"
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int ifft_cmplx(complex_t* x, int n, fft_t* pfft, complex_t* y)
\brief Inverse fast Fourier transform
Function calculates \f$ n \f$-point IFFT of complex data
\f$ x(m) \f$, \f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
\f[
Y(k) = \frac{1}{N} \sum_{m = 0}^{n-1} x(m) \exp
\left( j \frac{2\pi}{n} m k \right),
\f]
here \f$ k = 0 \ldots n-1 \f$.
\param[in] x
Pointer to the input vector \f$x(m)\f$,
\f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
IFFT size \f$n\f$. \n
IFFT size can be composite:
\f$n = n_0 \times n_1 \times n_2 \times \ldots \times n_p \times m\f$,
here \f$n_i = 2,3,5,7\f$, а \f$m \f$ --
simple number less than 46340
(see \ref fft_create function). \n \n
\param[in] pfft
Pointer to the `fft_t` object. \n
This pointer cannot be `NULL`. \n
Structure \ref fft_t should be previously once
filled with the \ref fft_create function, and the memory should be
cleared before exiting by the \ref fft_free function. \n \n
\param[out] y
Pointer to the IFFT result vector \f$Y(k)\f$,
\f$ k = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return
`RES_OK` if IFFT is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error".
IFFT example:
\include ifft_cmplx_test.c
Result:
\verbatim
| x[ 0] = 1.000 0.000 | y[ 0] = -0.517 0.686 | z[ 0] = 1.000 0.000 |
| x[ 1] = 0.540 0.841 | y[ 1] = -0.943 0.879 | z[ 1] = 0.540 0.841 |
| x[ 2] = -0.416 0.909 | y[ 2] = -2.299 1.492 | z[ 2] = -0.416 0.909 |
| x[ 3] = -0.990 0.141 | y[ 3] = 16.078 -6.820 | z[ 3] = -0.990 0.141 |
| x[ 4] = -0.654 -0.757 | y[ 4] = 2.040 -0.470 | z[ 4] = -0.654 -0.757 |
| x[ 5] = 0.284 -0.959 | y[ 5] = 1.130 -0.059 | z[ 5] = 0.284 -0.959 |
| x[ 6] = 0.960 -0.279 | y[ 6] = 0.786 0.097 | z[ 6] = 0.960 -0.279 |
| x[ 7] = 0.754 0.657 | y[ 7] = 0.596 0.183 | z[ 7] = 0.754 0.657 |
| x[ 8] = -0.146 0.989 | y[ 8] = 0.470 0.240 | z[ 8] = -0.146 0.989 |
| x[ 9] = -0.911 0.412 | y[ 9] = 0.375 0.283 | z[ 9] = -0.911 0.412 |
| x[10] = -0.839 -0.544 | y[10] = 0.297 0.318 | z[10] = -0.839 -0.544 |
| x[11] = 0.004 -1.000 | y[11] = 0.227 0.350 | z[11] = 0.004 -1.000 |
| x[12] = 0.844 -0.537 | y[12] = 0.161 0.380 | z[12] = 0.844 -0.537 |
| x[13] = 0.907 0.420 | y[13] = 0.094 0.410 | z[13] = 0.907 0.420 |
| x[14] = 0.137 0.991 | y[14] = 0.023 0.442 | z[14] = 0.137 0.991 |
| x[15] = -0.760 0.650 | y[15] = -0.059 0.479 | z[15] = -0.760 0.650 |
| x[16] = -0.958 -0.288 | y[16] = -0.161 0.525 | z[16] = -0.958 -0.288 |
| x[17] = -0.275 -0.961 | y[17] = -0.300 0.588 | z[17] = -0.275 -0.961 |
\endverbatim
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int ifft_cmplx(complex_t* x, int n, fft_t* pfft, complex_t* y)
\brief Обратное быстрое преобразование Фурье
Функция рассчитывает \f$ n \f$-точечное обратное быстрое преобразование Фурье
от \f$ x(m) \f$, \f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
\f[
Y(k) = \frac{1}{N} \sum_{m = 0}^{n-1} x(m) \exp
\left( j \frac{2\pi}{n} m k \right),
\f]
где \f$ k = 0 \ldots n-1 \f$.
Для расчета используется алгоритм БПФ составной длины.
\param[in] x
Указатель на входной комплексный вектор \f$x(m)\f$,
\f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Размер ОБПФ \f$n\f$. \n
Размер ОБПФ может быть составным вида
\f$n = n_0 \times n_1 \times n_2 \times \ldots \times n_p \times m\f$,
где \f$n_i = 2,3,5,7\f$, а \f$m \f$ --
произвольный простой множитель не превосходящий 46340
(см. описание функции \ref fft_create). \n \n
\param[in] pfft
Указатель на структуру `fft_t`. \n
Указатель не должен быть `NULL`. \n
Структура \ref fft_t должна быть предварительно однократно
заполнена функцией \ref fft_create, и память должна быть
очищена перед выходом функцией \ref fft_free. \n \n
\param[out] y
Указатель на вектор результата ОБПФ \f$Y(k)\f$,
\f$ k = 0 \ldots n-1 \f$. Размер вектора `[n x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n \n
\return
`RES_OK` если расчет произведен успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n \n
Пример использования функции `fft`:
\include ifft_cmplx_test.c
Результат работы программы:
\verbatim
| x[ 0] = 1.000 0.000 | y[ 0] = -0.517 0.686 | z[ 0] = 1.000 0.000 |
| x[ 1] = 0.540 0.841 | y[ 1] = -0.943 0.879 | z[ 1] = 0.540 0.841 |
| x[ 2] = -0.416 0.909 | y[ 2] = -2.299 1.492 | z[ 2] = -0.416 0.909 |
| x[ 3] = -0.990 0.141 | y[ 3] = 16.078 -6.820 | z[ 3] = -0.990 0.141 |
| x[ 4] = -0.654 -0.757 | y[ 4] = 2.040 -0.470 | z[ 4] = -0.654 -0.757 |
| x[ 5] = 0.284 -0.959 | y[ 5] = 1.130 -0.059 | z[ 5] = 0.284 -0.959 |
| x[ 6] = 0.960 -0.279 | y[ 6] = 0.786 0.097 | z[ 6] = 0.960 -0.279 |
| x[ 7] = 0.754 0.657 | y[ 7] = 0.596 0.183 | z[ 7] = 0.754 0.657 |
| x[ 8] = -0.146 0.989 | y[ 8] = 0.470 0.240 | z[ 8] = -0.146 0.989 |
| x[ 9] = -0.911 0.412 | y[ 9] = 0.375 0.283 | z[ 9] = -0.911 0.412 |
| x[10] = -0.839 -0.544 | y[10] = 0.297 0.318 | z[10] = -0.839 -0.544 |
| x[11] = 0.004 -1.000 | y[11] = 0.227 0.350 | z[11] = 0.004 -1.000 |
| x[12] = 0.844 -0.537 | y[12] = 0.161 0.380 | z[12] = 0.844 -0.537 |
| x[13] = 0.907 0.420 | y[13] = 0.094 0.410 | z[13] = 0.907 0.420 |
| x[14] = 0.137 0.991 | y[14] = 0.023 0.442 | z[14] = 0.137 0.991 |
| x[15] = -0.760 0.650 | y[15] = -0.059 0.479 | z[15] = -0.760 0.650 |
| x[16] = -0.958 -0.288 | y[16] = -0.161 0.525 | z[16] = -0.958 -0.288 |
| x[17] = -0.275 -0.961 | y[17] = -0.300 0.588 | z[17] = -0.275 -0.961 |
\endverbatim
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API ifft_cmplx(complex_t *x, int n, fft_t* pfft, complex_t* y)
{
int err, k;
double norm;
if(!x || !pfft || !y)
return ERROR_PTR;
if(n<1)
return ERROR_SIZE;
err = fft_create(pfft, n);
if(err != RES_OK)
return err;
memcpy(pfft->t1, x, n*sizeof(complex_t));
for(k = 0; k < n; k++)
IM(pfft->t1[k]) = -IM(pfft->t1[k]);
err = fft_krn(pfft->t1, pfft->t0, pfft, n, 0);
if(err!=RES_OK)
return err;
norm = 1.0 / (double)n;
for(k = 0; k < n; k++)
{
RE(y[k]) = RE(pfft->t0[k])*norm;
IM(y[k]) = -IM(pfft->t0[k])*norm;
}
return RES_OK;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int fft(double* x, int n, fft_t* pfft, complex_t* y)
\brief Fast Fourier transform for the real vector.
Function calculated \f$ n \f$-points FFT for the real vector
\f$ x(m) \f$, \f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
\f[
Y(k) = \sum_{m = 0}^{n-1} x(m) \exp
\left( -j \frac{2\pi}{n} m k \right),
\f]
here \f$ k = 0 \ldots n-1 \f$.
\param[in] x
Pointer to the input real vector \f$x(m)\f$,
\f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
FFT size \f$n\f$. \n
FFT size can be composite:
\f$n = n_0 \times n_1 \times n_2 \times \ldots \times n_p \times m\f$,
here \f$n_i = 2,3,5,7\f$, а \f$m \f$ --
simple number less than 46340
(see \ref fft_create function). \n \n
\param[in] pfft
Pointer to the `fft_t` object. \n
This pointer cannot be `NULL`. \n
Structure \ref fft_t should be previously once
filled with the \ref fft_create function, and the memory should be
cleared before exiting by the \ref fft_free function. \n \n
\param[out] y
Pointer to the FFT result complex vector \f$Y(k)\f$,
\f$ k = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return
`RES_OK` if FFT is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error".
Example:
\include fft_test.c
Result:
\verbatim
y[ 0] = 91.000 0.000
y[ 1] = -7.000 30.669
y[ 2] = -7.000 14.536
y[ 3] = -7.000 8.778
y[ 4] = -7.000 5.582
y[ 5] = -7.000 3.371
y[ 6] = -7.000 1.598
y[ 7] = -7.000 0.000
y[ 8] = -7.000 -1.598
y[ 9] = -7.000 -3.371
y[10] = -7.000 -5.582
y[11] = -7.000 -8.778
y[12] = -7.000 -14.536
y[13] = -7.000 -30.669
\endverbatim
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int fft(double* x, int n, fft_t* pfft, complex_t* y)
\brief Быстрое преобразование Фурье вещественного сигнала
Функция рассчитывает \f$ n \f$-точечное быстрое преобразование Фурье
вещественного сигнала \f$ x(m) \f$, \f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
\f[
Y(k) = \sum_{m = 0}^{n-1} x(m) \exp
\left( -j \frac{2\pi}{n} m k \right),
\f]
где \f$ k = 0 \ldots n-1 \f$.
Для расчета используется алгоритм БПФ составной длины.
\param[in] x
Указатель на вектор вещественного входного сигнала \f$x(m)\f$,
\f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Размер БПФ \f$n\f$. \n
Размер БПФ может быть составным вида
\f$n = n_0 \times n_1 \times n_2 \times \ldots \times n_p \times m\f$,
где \f$n_i = 2,3,5,7\f$, а \f$m \f$ --
произвольный простой множитель не превосходящий 46340
(см. описание функции \ref fft_create). \n \n
\param[in] pfft
Указатель на структуру `fft_t`. \n
Указатель не должен быть `NULL`. \n
Структура \ref fft_t должна быть предварительно однократно
заполнена функцией \ref fft_create, и память должна быть
очищена перед выходом функцией \ref fft_free. \n \n
\param[out] y
Указатель на комплексный вектор результата БПФ \f$Y(k)\f$,
\f$ k = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n \n
\return
`RES_OK` если расчет произведен успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n \n
Пример использования функции `fft`:
\include fft_test.c
Результат работы программы:
\verbatim
y[ 0] = 91.000 0.000
y[ 1] = -7.000 30.669
y[ 2] = -7.000 14.536
y[ 3] = -7.000 8.778
y[ 4] = -7.000 5.582
y[ 5] = -7.000 3.371
y[ 6] = -7.000 1.598
y[ 7] = -7.000 0.000
y[ 8] = -7.000 -1.598
y[ 9] = -7.000 -3.371
y[10] = -7.000 -5.582
y[11] = -7.000 -8.778
y[12] = -7.000 -14.536
y[13] = -7.000 -30.669
\endverbatim
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API fft(double* x, int n, fft_t* pfft, complex_t* y)
{
int err;
if(!x || !pfft || !y)
return ERROR_PTR;
if(n<1)
return ERROR_SIZE;
err = fft_create(pfft, n);
if(err != RES_OK)
return err;
re2cmplx(x, n, pfft->t1);
return fft_krn(pfft->t1, y, pfft, n, 0);
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
#endif
int DSPL_API fft_abs(double* x, int n, fft_t* pfft,
double fs, int flag,
double* mag, double* freq)
{
int k, err = RES_OK;
complex_t *X = NULL;
if(!x || !pfft)
return ERROR_PTR;
if(n<1)
return ERROR_SIZE;
if(mag)
{
X = (complex_t*)malloc(n*sizeof(complex_t));
err = fft(x, n, pfft, X);
if(err!=RES_OK)
goto error_proc;
for(k = 0; k < n; k++)
mag[k] = ABS(X[k]);
if(flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT)
{
err = fft_shift(mag, n, mag);
if(err!=RES_OK)
goto error_proc;
}
}
if(freq)
{
if(flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT)
if(n%2)
err = linspace(-fs*0.5 + fs*0.5/(double)n,
fs*0.5 - fs*0.5/(double)n,
n, DSPL_SYMMETRIC, freq);
else
err = linspace(-fs*0.5, fs*0.5, n, DSPL_PERIODIC, freq);
else
err = linspace(0, fs, n, DSPL_PERIODIC, freq);
}
error_proc:
if(X)
free(X);
return err;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
#endif
int DSPL_API fft_abs_cmplx(complex_t* x, int n, fft_t* pfft,
double fs, int flag,
double* mag, double* freq)
{
int k, err = RES_OK;
complex_t *X = NULL;
if(!x || !pfft)
return ERROR_PTR;
if(n<1)
return ERROR_SIZE;
if(mag)
{
X = (complex_t*)malloc(n*sizeof(complex_t));
err = fft_cmplx(x, n, pfft, X);
if(err!=RES_OK)
goto error_proc;
for(k = 0; k < n; k++)
mag[k] = ABS(X[k]);
if(flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT)
{
err = fft_shift(mag, n, mag);
if(err!=RES_OK)
goto error_proc;
}
}
if(freq)
{
if(flag & DSPL_FLAG_FFT_SHIFT)
if(n%2)
err = linspace(-fs*0.5 + fs*0.5/(double)n,
fs*0.5 - fs*0.5/(double)n,
n, DSPL_SYMMETRIC, freq);
else
err = linspace(-fs*0.5, fs*0.5, n, DSPL_PERIODIC, freq);
else
err = linspace(0, fs, n, DSPL_PERIODIC, freq);
}
error_proc:
if(X)
free(X);
return err;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int fft_cmplx(complex_t* x, int n, fft_t* pfft, complex_t* y)
\brief Fast Fourier transform for the complex vector.
Function calculated \f$ n \f$-points FFT for the complex vector
\f$ x(m) \f$, \f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
\f[
Y(k) = \sum_{m = 0}^{n-1} x(m) \exp \left( -j \frac{2\pi}{n} m k \right),
\f]
here \f$ k = 0 \ldots n-1 \f$.
\param[in] x
Pointer to the input complex vector \f$x(m)\f$,
\f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
FFT size \f$n\f$. \n
FFT size can be composite:
\f$n = n_0 \times n_1 \times n_2 \times \ldots \times n_p \times m\f$,
here \f$n_i = 2,3,5,7\f$, а \f$m \f$ --
simple number less than 46340
(see \ref fft_create function). \n \n
\param[in] pfft
Pointer to the `fft_t` object. \n
This pointer cannot be `NULL`. \n
Structure \ref fft_t should be previously once
filled with the \ref fft_create function, and the memory should be
cleared before exiting by the \ref fft_free function. \n \n
\param[out] y
Pointer to the FFT result complex vector \f$Y(k)\f$,
\f$ k = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return
`RES_OK` if FFT is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error".
Example:
\include fft_cmplx_test.c
Result:
\verbatim
y[ 0] = -0.517 0.686
y[ 1] = -0.943 0.879
y[ 2] = -2.299 1.492
y[ 3] = 16.078 -6.820
y[ 4] = 2.040 -0.470
y[ 5] = 1.130 -0.059
y[ 6] = 0.786 0.097
y[ 7] = 0.596 0.183
y[ 8] = 0.470 0.240
y[ 9] = 0.375 0.283
y[10] = 0.297 0.318
y[11] = 0.227 0.350
y[12] = 0.161 0.380
y[13] = 0.094 0.410
y[14] = 0.023 0.442
y[15] = -0.059 0.479
y[16] = -0.161 0.525
y[17] = -0.300 0.588
\endverbatim
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int fft_cmplx(complex_t* x, int n, fft_t* pfft, complex_t* y)
\brief Быстрое преобразование Фурье комплексного сигнала
Функция рассчитывает \f$ n \f$-точечное быстрое преобразование Фурье
комплексного сигнала \f$ x(m) \f$, \f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
\f[
Y(k) = \sum_{m = 0}^{n-1} x(m) \exp \left( -j \frac{2\pi}{n} m k \right),
\f]
где \f$ k = 0 \ldots n-1 \f$.
Для расчета используется алгоритм БПФ составной длины.
\param[in] x
Указатель на вектор комплексного
входного сигнала \f$x(m)\f$, \f$ m = 0 \ldots n-1 \f$. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Размер БПФ \f$n\f$. \n
Размер БПФ может быть составным вида
\f$ n = n_0 \times n_1 \times n_2 \times n_3 \times \ldots
\times n_p \times m \f$,
где \f$n_i = 2,3,5,7\f$, а \f$m \f$ --
произвольный простой множитель не превосходящий 46340
(см. описание функции \ref fft_create). \n \n
\param[in] pfft
Указатель на структуру `fft_t`. \n
Указатель не должен быть `NULL`. \n
Структура \ref fft_t должна быть предварительно однократно
заполнена функцией \ref fft_create, и память должна быть
очищена перед выходом функцией \ref fft_free. \n \n
\param[out] y
Указатель на комплексный вектор
результата БПФ \f$Y(k)\f$,
\f$ k = 0 \ldots n-1 \f$.
Размер вектора `[n x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n \n
\return
`RES_OK` если расчет произведен успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n \n
Пример использования функции `fft`:
\include fft_cmplx_test.c
Результат работы программы:
\verbatim
y[ 0] = -0.517 0.686
y[ 1] = -0.943 0.879
y[ 2] = -2.299 1.492
y[ 3] = 16.078 -6.820
y[ 4] = 2.040 -0.470
y[ 5] = 1.130 -0.059
y[ 6] = 0.786 0.097
y[ 7] = 0.596 0.183
y[ 8] = 0.470 0.240
y[ 9] = 0.375 0.283
y[10] = 0.297 0.318
y[11] = 0.227 0.350
y[12] = 0.161 0.380
y[13] = 0.094 0.410
y[14] = 0.023 0.442
y[15] = -0.059 0.479
y[16] = -0.161 0.525
y[17] = -0.300 0.588
\endverbatim
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API fft_cmplx(complex_t* x, int n, fft_t* pfft, complex_t* y)
{
int err;
if(!x || !pfft || !y)
return ERROR_PTR;
if(n<1)
return ERROR_SIZE;
err = fft_create(pfft, n);
if(err != RES_OK)
return err;
memcpy(pfft->t1, x, n*sizeof(complex_t));
return fft_krn(pfft->t1, y, pfft, n, 0);
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
#endif
int fft_krn(complex_t* t0, complex_t* t1, fft_t* p, int n, int addr)
{
int n1, n2, k, m, i;
complex_t *pw = p->w+addr;
complex_t tmp;
n1 = 1;
if(n % 4096 == 0) { n1 = 4096; goto label_size; }
if(n % 2048 == 0) { n1 = 2048; goto label_size; }
if(n % 1024 == 0) { n1 = 1024; goto label_size; }
if(n % 512 == 0) { n1 = 512; goto label_size; }
if(n % 256 == 0) { n1 = 256; goto label_size; }
if(n % 128 == 0) { n1 = 128; goto label_size; }
if(n % 64 == 0) { n1 = 64; goto label_size; }
if(n % 32 == 0) { n1 = 32; goto label_size; }
if(n % 16 == 0) { n1 = 16; goto label_size; }
if(n % 7 == 0) { n1 = 7; goto label_size; }
if(n % 8 == 0) { n1 = 8; goto label_size; }
if(n % 5 == 0) { n1 = 5; goto label_size; }
if(n % 4 == 0) { n1 = 4; goto label_size; }
if(n % 3 == 0) { n1 = 3; goto label_size; }
if(n % 2 == 0) { n1 = 2; goto label_size; }
label_size:
if(n1 == 1)
{
for(k = 0; k < n; k++)
{
RE(t1[k]) = IM(t1[k]) = 0.0;
for(m = 0; m < n; m++)
{
i = (k*m) % n;
RE(tmp) = CMRE(t0[m], pw[i]);
IM(tmp) = CMIM(t0[m], pw[i]);
RE(t1[k]) += RE(tmp);
IM(t1[k]) += IM(tmp);
}
}
}
else
{
n2 = n / n1;
if(n2>1)
{
memcpy(t1, t0, n*sizeof(complex_t));
matrix_transpose_cmplx(t1, n2, n1, t0);
}
if(n1 == 4096)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft4096(t0+4096*k, t1+4096*k, p->w4096, p->w256);
if(n1 == 2048)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft2048(t0+2048*k, t1+2048*k, p->w2048, p->w32, p->w64);
if(n1 == 1024)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft1024(t0+1024*k, t1+1024*k, p->w1024, p->w32);
if(n1 == 512)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft512(t0+512*k, t1+512*k, p->w512, p->w32);
if(n1 == 256)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft256(t0+256*k, t1+256*k, p->w256);
if(n1 == 128)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft128(t0+128*k, t1+128*k, p->w128);
if(n1 == 64)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft64(t0+64*k, t1+64*k, p->w64);
if(n1 == 32)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft32(t0+32*k, t1+32*k, p->w32);
if(n1 == 16)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft16(t0+16*k, t1+16*k);
if(n1 == 7)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft7(t0+7*k, t1+7*k);
if(n1 == 8)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft8(t0+8*k, t1+8*k);
if(n1 == 5)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft5(t0+5*k, t1+5*k);
if(n1 == 4)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft4(t0+4*k, t1+4*k);
if(n1 == 3)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft3(t0+3*k, t1+3*k);
if(n1 == 2)
for(k = 0; k < n2; k++)
dft2(t0+2*k, t1+2*k);
if(n2 > 1)
{
for(k =0; k < n; k++)
{
RE(t0[k]) = CMRE(t1[k], pw[k]);
IM(t0[k]) = CMIM(t1[k], pw[k]);
}
matrix_transpose_cmplx(t0, n1, n2, t1);
for(k = 0; k < n1; k++)
{
fft_krn(t1+k*n2, t0+k*n2, p, n2, addr+n);
}
matrix_transpose_cmplx(t0, n2, n1, t1);
}
}
return RES_OK;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int fft_create(fft_t* pfft, int n)
\brief Function creates and fill `fft_t` structure.
The function allocates memory and calculates twiddle factors
of the `n`-point FFT for the structure` fft_t`.
\param[in,out] pfft
Pointer to the `fft_t` object. \n
Pointer cannot be `NULL`. \n \n
\param[in] n
FFT size \f$n\f$. \n
FFT size can be composite
\f$n = n_0 \times n_1 \times n_2 \ldots \times n_p \times m\f$,
here \f$n_i = 2,3,5,7\f$, and \f$m \f$ --
arbitrary prime factor not exceeding 46340. \n
Thus, the FFT algorithm supports arbitrary integer lengths.
degrees of numbers 2,3,5,7, as well as their various combinations. \n
For example, with \f$ n = 725760 \f$ the structure will be successfully filled,
because
\f$ 725760 = 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 \cdot 6 \cdot 7 \cdot 9 \cdot 16 \f$. \n
If \f$ n = 172804 = 43201 \cdot 4 \f$ then the structure will also be
successfully filled, because the simple factor in \f$ n \f$ does not
exceed 46340. \n
For size \f$ n = 13 \cdot 17 \cdot 23 \cdot 13 = 66079 \f$
the function will return an error since 66079 is greater than 46340 and is
not the result of the product of numbers 2,3,5,7. \n \n
\return
`RES_OK` if FFT structure is created and filled successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error".
\note
Some compilers do not nullify its contents when creating a structure.
Therefore, it is recommended to reset the structure after its declaration:
\code{.cpp}
fft_t pfft = {0}; // fill and fields of fft_t as zeros
int n = 64; // FFT size
int err;
// Create fft_t object for 64-points FFT
err = fft_create(&pfft, n);
// ...................................
// Clear fft_t structure
fft_free(&pfft);
\endcode
Before exiting the program, the memory allocated in the structure
need to clear by \ref fft_free function. \n \n
\note
The "magic number" 46340 because \f$\sqrt{2^{31}} = 46340.95\f$. \n
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int fft_create(fft_t* pfft, int n)
\brief Заполнение структуры `fft_t` для алгоритма БПФ
Функция производит выделение памяти и рассчет векторов
поворотных коэффициентов `n`-точечного БПФ для структуры `fft_t`.
\param[in,out] pfft
Указатель на структуру `fft_t`. \n
Указатель не должен быть `NULL`. \n \n
\param[in] n
Размер БПФ \f$n\f$. \n
Размер БПФ может быть составным вида
\f$n = n_0 \times n_1 \times n_2 \ldots \times n_p \times m\f$,
где \f$n_i = 2,3,5,7\f$, а \f$m \f$ --
произвольный простой множитель не превосходящий 46340. \n
Таким образом алгоритм БПФ поддерживает произвольные длины, равные целой
степени чисел 2,3,5,7, а также различные их комбинации. \n
Так например, при \f$ n = 725760 \f$ структура будет успешно заполнена,
потому что
\f$725760 = 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 \cdot 6 \cdot 7 \cdot 9 \cdot 16 \f$,
т.е. получается как произведение множителей 2,3,5,7. \n
При \f$ n = 172804 = 43201 \cdot 4 \f$ структура также будет успешно заполнена,
потому что простой множитель входящий в \f$n\f$ не превосходит 46340. \n
Для размера \f$ n = 13 \cdot 17 \cdot 23 \cdot 13 = 66079 \f$
функция вернет ошибку, поскольку 66079 больше 46340 и не является результатом
произведения чисел 2,3,5,7. \n \n
\return
`RES_OK` если структура заполнена успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n \n
\note
Некоторые компиляторы при создании структуры не обнуляют ее содержимое.
Поэтому рекомендуется произвести обнуление структуры после ее объявления:
\code{.cpp}
fft_t pfft = {0}; // объявляем объект fft_t
int n = 64; // Размер БПФ
int err;
// создаем объект для 64-точечного БПФ
err = fft_create(&pfft, n);
// ...................................
// очистить память объекта БПФ
fft_free(&pfft);
\endcode
Перед выходом из программы выделенную в структуре память
необходимо очистить функцией \ref fft_free . \n \n
\note
Магия числа 46340 заключается в том, что \f$\sqrt{2^{31}} = 46340.95\f$. \n
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API fft_create(fft_t* pfft, int n)
{
int n1, n2, addr, s, k, m, nw, err;
double phi;
s = n;
nw = addr = 0;
if(pfft->n == n)
return RES_OK;
while(s > 1)
{
n2 = 1;
if(s%4096 == 0) { n2 = 4096; goto label_size; }
if(s%2048 == 0) { n2 = 2048; goto label_size; }
if(s%1024 == 0) { n2 = 1024; goto label_size; }
if(s%512 == 0) { n2 = 512; goto label_size; }
if(s%256 == 0) { n2 = 256; goto label_size; }
if(s%128 == 0) { n2 = 128; goto label_size; }
if(s% 64 == 0) { n2 = 64; goto label_size; }
if(s% 32 == 0) { n2 = 32; goto label_size; }
if(s% 16 == 0) { n2 = 16; goto label_size; }
if(s% 7 == 0) { n2 = 7; goto label_size; }
if(s% 8 == 0) { n2 = 8; goto label_size; }
if(s% 5 == 0) { n2 = 5; goto label_size; }
if(s% 4 == 0) { n2 = 4; goto label_size; }
if(s% 3 == 0) { n2 = 3; goto label_size; }
if(s% 2 == 0) { n2 = 2; goto label_size; }
label_size:
if(n2 == 1)
{
if(s > FFT_COMPOSITE_MAX)
{
err = ERROR_FFT_SIZE;
goto error_proc;
}
nw += s;
pfft->w = pfft->w ?
(complex_t*) realloc(pfft->w, nw*sizeof(complex_t)):
(complex_t*) malloc( nw*sizeof(complex_t));
for(k = 0; k < s; k++)
{
phi = - M_2PI * (double)k / (double)s;
RE(pfft->w[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
s = 1;
}
else
{
n1 = s / n2;
nw += s;
pfft->w = pfft->w ?
(complex_t*) realloc(pfft->w, nw*sizeof(complex_t)):
(complex_t*) malloc( nw*sizeof(complex_t));
for(k = 0; k < n1; k++)
{
for(m = 0; m < n2; m++)
{
phi = - M_2PI * (double)(k*m) / (double)s;
RE(pfft->w[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
}
}
s /= n2;
}
pfft->t0 = pfft->t0 ? (complex_t*) realloc(pfft->t0, n*sizeof(complex_t)):
(complex_t*) malloc( n*sizeof(complex_t));
pfft->t1 = pfft->t1 ? (complex_t*) realloc(pfft->t1, n*sizeof(complex_t)):
(complex_t*) malloc( n*sizeof(complex_t));
pfft->n = n;
/* w32 fill */
addr = 0;
for(k = 0; k < 4; k++)
{
for(m = 0; m < 8; m++)
{
phi = - M_2PI * (double)(k*m) / 32.0;
RE(pfft->w32[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w32[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
}
/* w64 fill */
addr = 0;
for(k = 0; k < 8; k++)
{
for(m = 0; m < 8; m++)
{
phi = - M_2PI * (double)(k*m) / 64.0;
RE(pfft->w64[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w64[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
}
/* w128 fill */
addr = 0;
for(k = 0; k < 8; k++)
{
for(m = 0; m < 16; m++)
{
phi = - M_2PI * (double)(k*m) / 128.0;
RE(pfft->w128[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w128[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
}
/* w256 fill */
addr = 0;
for(k = 0; k < 16; k++)
{
for(m = 0; m < 16; m++)
{
phi = - M_2PI * (double)(k*m) / 256.0;
RE(pfft->w256[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w256[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
}
/* w512 fill */
addr = 0;
for(k = 0; k < 16; k++)
{
for(m = 0; m < 32; m++)
{
phi = - M_2PI * (double)(k*m) / 512.0;
RE(pfft->w512[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w512[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
}
/* w1024 fill */
if(pfft->w1024 == NULL)
{
pfft->w1024 = (complex_t*) malloc(1024 * sizeof(complex_t));
addr = 0;
for(k = 0; k < 32; k++)
{
for(m = 0; m < 32; m++)
{
phi = - M_2PI * (double)(k*m) / 1024.0;
RE(pfft->w1024[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w1024[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
}
}
/* w2048 fill */
if(pfft->w2048 == NULL)
{
pfft->w2048= (complex_t*) malloc(2048 * sizeof(complex_t));
addr = 0;
for(k = 0; k < 32; k++)
{
for(m = 0; m < 64; m++)
{
phi = - M_2PI * (double)(k*m) / 2048.0;
RE(pfft->w2048[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w2048[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
}
}
/* w4096 fill */
if(pfft->w4096 == NULL)
{
pfft->w4096= (complex_t*) malloc(4096 * sizeof(complex_t));
addr = 0;
for(k = 0; k < 16; k++)
{
for(m = 0; m < 256; m++)
{
phi = - M_2PI * (double)(k*m) / 4096.0;
RE(pfft->w4096[addr]) = cos(phi);
IM(pfft->w4096[addr]) = sin(phi);
addr++;
}
}
}
return RES_OK;
error_proc:
if(pfft->t0) free(pfft->t0);
if(pfft->t1) free(pfft->t1);
if(pfft->w) free(pfft->w);
pfft->n = 0;
return err;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn void fft_free(fft_t *pfft)
\brief Free `fft_t` structure.
The function clears the intermediate data memory
and vectors of FFT twiddle factors of the structure `fft_t`.
\param[in] pfft
Pointer to the `fft_t` object. \n
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn void fft_free(fft_t *pfft)
\brief Очистить структуру `fft_t` алгоритма БПФ
Функция производит очищение памяти промежуточных данных
и векторов поворотных коэффициентов структуры `fft_t`.
\param[in] pfft
Указатель на структуру `fft_t`. \n
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
void DSPL_API fft_free(fft_t *pfft)
{
if(!pfft)
return;
if(pfft->w)
free(pfft->w);
if(pfft->t0)
free(pfft->t0);
if(pfft->t1)
free(pfft->t1);
if(pfft->w1024)
free(pfft->w1024);
if(pfft->w2048)
free(pfft->w2048);
if(pfft->w4096)
free(pfft->w4096);
memset(pfft, 0, sizeof(fft_t));
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
#endif
int DSPL_API fft_mag(double* x, int n, fft_t* pfft,
double fs, int flag,
double* mag, double* freq)
{
int k, err;
err = fft_abs(x, n, pfft, fs, flag, mag, freq);
if(err != RES_OK)
return err;
if(mag)
{
if(flag & DSPL_FLAG_LOGMAG)
for(k = 0; k < n; k++)
mag[k] = 20.0 * log10(mag[k] + DBL_EPSILON);
else
for(k = 0; k < n; k++)
mag[k] *= mag[k];
}
return err;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
#endif
int DSPL_API fft_mag_cmplx(complex_t* x, int n, fft_t* pfft,
double fs, int flag,
double* mag, double* freq)
{
int k, err;
err = fft_abs_cmplx(x, n, pfft, fs, flag, mag, freq);
if(err != RES_OK)
return err;
if(mag)
{
if(flag & DSPL_FLAG_LOGMAG)
for(k = 0; k < n; k++)
mag[k] = 20.0 * log10(mag[k] + DBL_EPSILON);
else
for(k = 0; k < n; k++)
mag[k] *= mag[k];
}
return err;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int fft_shift(double* x, int n, double* y)
\brief Perform a shift of the vector `x`, for use with the `fft` and `ifft`
functions, in order
<a href="http://en.dsplib.org/content/dft_freq/dft_freq.html">
to move the frequency 0 to the center
</a> of the vector `y`.
\param[in] x
Pointer to the input vector (FFT or IFFT result). \n
Vector size is `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Input and output vector size. \n \n
\param[out] y
Pointer to the output vector with frequency 0 in the center. \n
Vector size is `[n x 1]`. \n
Memory must be allocated. \n \n
\return
`RES_OK` if function is calculated successfully. \n
Else \ref ERROR_CODE_GROUP "code error".
\author Sergey Bakhurin www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
/*! ****************************************************************************
\ingroup DFT_GROUP
\fn int fft_shift(double* x, int n, double* y)
\brief Перестановка спектральных отсчетов дискретного преобразования Фурье
Функция производит
<a href="http://ru.dsplib.org/content/dft_freq/dft_freq.html">
перестановку спектральных отсчетов ДПФ
</a> и переносит нулевую частоту в центр вектора ДПФ. \n
Данная функция обрабатывает вещественные входные и выходные вектора
и может применяться для перестановки
амплитудного или фазового спектра.
\param[in] x
Указатель на исходный вектор ДПФ. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n \n
\param[in] n
Размер ДПФ \f$n\f$ (размер векторов до и после перестановки). \n \n
\param[out] y
Указатель на вектор результата перестановки. \n
Размер вектора `[n x 1]`. \n
Память должна быть выделена. \n \n
\return
`RES_OK` если перестановка произведена успешно. \n
В противном случае \ref ERROR_CODE_GROUP "код ошибки". \n
\author Бахурин Сергей www.dsplib.org
***************************************************************************** */
#endif
int DSPL_API fft_shift(double* x, int n, double* y)
{
int n2, r;
int k;
double tmp;
double *buf;
if(!x || !y)
return ERROR_PTR;
if(n<1)
return ERROR_SIZE;
r = n%2;
if(!r)
{
n2 = n>>1;
for(k = 0; k < n2; k++)
{
tmp = x[k];
y[k] = x[k+n2];
y[k+n2] = tmp;
}
}
else
{
n2 = (n+1) >> 1;
buf = (double*) malloc(n2*sizeof(double));
memcpy(buf, x, n2*sizeof(double));
memcpy(y, x+n2, (n2-1)*sizeof(double));
memcpy(y+n2-1, buf, n2*sizeof(double));
free(buf);
}
return RES_OK;
}
#ifdef DOXYGEN_ENGLISH
#endif
#ifdef DOXYGEN_RUSSIAN
#endif
int DSPL_API fft_shift_cmplx(complex_t* x, int n, complex_t* y)
{
int n2, r;
int k;
complex_t tmp;
complex_t *buf;
if(!x || !y)
return ERROR_PTR;
if(n<1)
return ERROR_SIZE;
r = n%2;
if(!r)
{
n2 = n>>1;
for(k = 0; k < n2; k++)
{
RE(tmp) = RE(x[k]);
IM(tmp) = IM(x[k]);
RE(y[k]) = RE(x[k+n2]);
IM(y[k]) = IM(x[k+n2]);
RE(y[k+n2]) = RE(tmp);
IM(y[k+n2]) = IM(tmp);
}
}
else
{
n2 = (n+1) >> 1;
buf = (complex_t*) malloc(n2*sizeof(complex_t));
memcpy(buf, x, n2*sizeof(complex_t));
memcpy(y, x+n2, (n2-1)*sizeof(complex_t));
memcpy(y+n2-1, buf, n2*sizeof(complex_t));
free(buf);
}
return RES_OK;
}