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C++ 快速傅里叶变换 (FFT)

2023-07-08 20:56:06 深夜i -- --

C++ 快速傅里叶变换 FFT 数字信号处理频域分析

C++ 快速傅里叶变换 (FFT) 是一种高效的信号处理技术，它可以将一个时域信号转换成频域信号，从而实现信号处理、滤波、压缩、加密等多种应用。在数字信号处理和计算机视觉领域，FFT 已经成为了一种重要的算法。

FFT 的核心算法是将一个长度为 N 的复数序列 X(n) 分解成两个长度为 N/2 的复数序列 X(2k) 和 X(2k+1) 的线性组合，并通过递归过程不断进行下去，直到变成长度为 1 的序列，然后再将这些序列进行重组合并，得到最终的结果。FFT 算法的时间复杂度为 O(N logN)，比直接计算傅里叶变换算法的 O(N^2) 快多了。

在 C++ 中，FFT 算法已经被封装成了库，可以直接调用，比如使用 FFTW 库进行 FFT 变换，需要包含头文件 fftw3.h，然后在编译时链接库文件即可。下面是一个简单的 C++ 代码示例，用于进行一维实数序列的 FFT 变换：

#include

int main()

{

const int N = 8;

double data[N] = 4;

fftw_complex* out = (fftw_complex*) fftw_malloc(sizeof(fftw_complex) * N);

fftw_plan plan = fftw_plan_dft_r2c_1d(N, data, out, FFTW_ESTIMATE);

fftw_execute(plan);

for (int i = 0; i < N; i++)

std::cout << out[i][0] << " + " << out[i][1] << "i" << std::endl;

fftw_destroy_plan(plan);

fftw_free(out);

return 0;

}

这个代码示例首先定义了一个长度为 8 的实数序列 data，然后通过调用 fftw_plan_dft_r2c_1d 函数创建一个一维实数序列到复数序列的 FFT 变换计划，最后通过 fftw_execute 函数执行变换并输出结果。需要注意的是，在使用 FFTW 库时，需要调用 fftw_malloc 和 fftw_free 函数分配和释放内存。

总之，C++ 快速傅里叶变换 (FFT) 是一种高效的算法，可以用于数字信号处理、计算机视觉等领域，已经被封装成了库，可以直接调用。在实际应用中，我们需要根据具体问题选择合适的 FFT 变换算法、库和参数，以实现最优的计算效率和信号处理效果。

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