Cooley-Tukey FFT算法
發(fā)布時(shí)間:2008/12/17 0:00:00 訪(fǎng)問(wèn)次數(shù):1645
cooley-tukey fft是所有fft算法中最為通用的,因?yàn)棰た梢匀我獾剡M(jìn)行因數(shù)分解。最流行的cooley-tukey fft就是變換長(zhǎng)度n是r基的冪的形式,也就是n=rv。這些算法通常稱(chēng)作r基算法。
cooley和tukey(更早是gauss)提出的索引變換也是最簡(jiǎn)單的索引映射。令a=n2和b=1就得到下面的映射結(jié)果:
從n1和n2的正確范圍可以得出結(jié)論。
cooley和tukey選擇c=1和d=n1,就得到下面的映射結(jié)果:
在這種情況下也可以省略模計(jì)算。這時(shí)候如果根據(jù)(6.20)式和(6.21)式分別將n和k代入wnkn就會(huì)得到:
由于w是n=n1n2階的。就可以得到wn1n=wn2和wn2n=wn1,將(6.22)式簡(jiǎn)化成:
這時(shí)將就得到:
現(xiàn)在定義完整的cooley-tukey算法:
接下來(lái)用長(zhǎng)度為12的變換來(lái)說(shuō)明這些步驟。
例 n=12的cooley-tukey fft
假設(shè)n1=4和n2=3。則有n=3n1+n2和k=k1+4k2,為索引映射計(jì)算下面的表:
在這個(gè)變換的幫助之下,可以構(gòu)造如圖所示的信號(hào)流程圖?梢钥吹,首先必須用4個(gè)點(diǎn)計(jì)算3個(gè)dft中的每一個(gè),然后乘以旋轉(zhuǎn)因子,最后計(jì)算4個(gè)dft,其中每個(gè)的長(zhǎng)度都是3。
圖 n12的cooley-tukey fft
要直接計(jì)算12點(diǎn)的dft,總共需要122=144次復(fù)數(shù)乘法和112=121次復(fù)數(shù)加法。要計(jì)算同樣長(zhǎng)度的cooley-tukey fft,旋轉(zhuǎn)因子需要12次復(fù)數(shù)乘法,其中8次是無(wú)關(guān)緊要的乘法(也就是±1或與)。用8次實(shí)數(shù)加法就可以計(jì)算長(zhǎng)度為4的dft,而且不需要乘法。要計(jì)算長(zhǎng)度為3的dft,則需要4次乘法和3次加法。如果要用3次加法和3次乘法實(shí)現(xiàn)(固定系數(shù)的)復(fù)數(shù)乘法,12點(diǎn)cooley-tukey fft的總工作量是:
而直接實(shí)現(xiàn)則需要2×112+122×3=674次實(shí)數(shù)加法和122×3=432次實(shí)數(shù)乘法,F(xiàn)在就應(yīng)該非常清楚為什么將cooley-tukey算法叫作“快速傅立葉變換”(fast fourier transform,fft)的原因。
歡迎轉(zhuǎn)載,信息來(lái)源維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng)(www.dzsc.com)
cooley-tukey fft是所有fft算法中最為通用的,因?yàn)棰た梢匀我獾剡M(jìn)行因數(shù)分解。最流行的cooley-tukey fft就是變換長(zhǎng)度n是r基的冪的形式,也就是n=rv。這些算法通常稱(chēng)作r基算法。
cooley和tukey(更早是gauss)提出的索引變換也是最簡(jiǎn)單的索引映射。令a=n2和b=1就得到下面的映射結(jié)果:
從n1和n2的正確范圍可以得出結(jié)論。
cooley和tukey選擇c=1和d=n1,就得到下面的映射結(jié)果:
在這種情況下也可以省略模計(jì)算。這時(shí)候如果根據(jù)(6.20)式和(6.21)式分別將n和k代入wnkn就會(huì)得到:
由于w是n=n1n2階的。就可以得到wn1n=wn2和wn2n=wn1,將(6.22)式簡(jiǎn)化成:
這時(shí)將就得到:
現(xiàn)在定義完整的cooley-tukey算法:
接下來(lái)用長(zhǎng)度為12的變換來(lái)說(shuō)明這些步驟。
例 n=12的cooley-tukey fft
假設(shè)n1=4和n2=3。則有n=3n1+n2和k=k1+4k2,為索引映射計(jì)算下面的表:
在這個(gè)變換的幫助之下,可以構(gòu)造如圖所示的信號(hào)流程圖?梢钥吹剑紫缺仨氂4個(gè)點(diǎn)計(jì)算3個(gè)dft中的每一個(gè),然后乘以旋轉(zhuǎn)因子,最后計(jì)算4個(gè)dft,其中每個(gè)的長(zhǎng)度都是3。
圖 n12的cooley-tukey fft
要直接計(jì)算12點(diǎn)的dft,總共需要122=144次復(fù)數(shù)乘法和112=121次復(fù)數(shù)加法。要計(jì)算同樣長(zhǎng)度的cooley-tukey fft,旋轉(zhuǎn)因子需要12次復(fù)數(shù)乘法,其中8次是無(wú)關(guān)緊要的乘法(也就是±1或與)。用8次實(shí)數(shù)加法就可以計(jì)算長(zhǎng)度為4的dft,而且不需要乘法。要計(jì)算長(zhǎng)度為3的dft,則需要4次乘法和3次加法。如果要用3次加法和3次乘法實(shí)現(xiàn)(固定系數(shù)的)復(fù)數(shù)乘法,12點(diǎn)cooley-tukey fft的總工作量是:
而直接實(shí)現(xiàn)則需要2×112+122×3=674次實(shí)數(shù)加法和122×3=432次實(shí)數(shù)乘法,F(xiàn)在就應(yīng)該非常清楚為什么將cooley-tukey算法叫作“快速傅立葉變換”(fast fourier transform,fft)的原因。
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