Implementé un FFT radix-4 de 4 puntos y descubrí que necesito hacer alguna manipulación de los términos de salida para que coincida con un dft.
Mi código es una implementación bastante directa de la formulación de matriz, así que no tengo claro cuál es el problema.
// |
// radix-4 butterfly matrix form | complex multiplication
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// +- -+ +- -+ | a+ib
// X[0] = | 1 1 1 1 | |x[0]| | * c+id
// X[1] = | 1 -i -1 i | |x[1]| | -------
// X[2] = | 1 -1 1 -1 | |x[2]| | ac + ibc
// X[3] = | 1 i -1 -i | |x[3]| | iad - bd
// +- -+ +- -+ | ------------------
// | (ac-bd) + i(bc+ad)
// |
¿Alguien puede ver dónde me equivoqué?
Gracias,
-David
typedef double fp; // base floating-point type
// naiive N-point DFT implementation as reference to check fft implementation against
//
void dft(int inv, struct cfp *x, struct cfp *y, int N) {
long int i, j;
struct cfp w;
fp ang;
for(i=0; i<N; i++) { // do N-point FFT/IFFT
y[i].r = y[i].i = 0;
if (inv) ang = 2*PI*(fp)i/(fp)N;
else ang = -2*PI*(fp)i/(fp)N;
for (j=0; j<N; j++) {
w.r = cos(j*ang);
w.i = sin(j*ang);
y[i].r += (x[j].r * w.r - x[j].i * w.i);
y[i].i += (x[j].r * w.i + x[j].i * w.r);
}
}
// scale output in the case of an IFFT
if (inv) {
for (i=0; i<N; i++) {
y[i].r = y[i].r/(fp)N;
y[i].i = y[i].i/(fp)N;
}
}
} // dft()
void r4fft4(int inv, int reorder, struct cfp *x, struct cfp *y) {
struct cfp x1[4], w[4];
fp ang, temp;
int i;
// |
// radix-4 butterfly matrix form | complex multiplication
// |
// +- -+ +- -+ | a+ib
// y[0] = | 1 1 1 1 | |x[0]| | * c+id
// y[1] = | 1 -i -1 i | |x[1]| | -------
// y[2] = | 1 -1 1 -1 | |x[2]| | ac + ibc
// y[3] = | 1 i -1 -i | |x[3]| | iad - bd
// +- -+ +- -+ | ------------------
// | (ac-bd) + i(bc+ad)
// |
if (inv) ang = 2*PI/(fp)4; // invert sign for IFFT
else ang = -2*PI/(fp)4;
//
w[1].r = cos(ang*1); w[1].i = sin(ang*1); // twiddle1 = exp(-2*pi/4 * 1);
w[2].r = cos(ang*2); w[2].i = sin(ang*2); // twiddle2 = exp(-2*pi/4 * 2);
w[3].r = cos(ang*3); w[3].i = sin(ang*3); // twiddle3 = exp(-2*pi/4 * 3);
// *1 *1 *1 *1
y[0].r = x[0].r + x[1].r + x[2].r + x[3].r;
y[0].i = x[0].i + x[1].i + x[2].i + x[3].i;
// *1 *-i *-1 *i
x1[1].r = x[0].r + x[1].i - x[2].r - x[3].i;
x1[1].i = x[0].i - x[1].r - x[2].i + x[3].r;
// *1 *-1 *1 *-1
x1[2].r = x[0].r - x[1].r + x[2].r - x[3].r;
x1[2].i = x[0].i - x[1].i + x[2].i - x[3].i;
// *1 *i *-1 *-i
x1[3].r = x[0].r - x[1].i - x[2].r + x[3].i;
x1[3].i = x[0].i + x[1].r - x[2].i - x[3].r;
//
y[1].r = x1[1].r*w[1].r - x1[1].i*w[1].i; // scale radix-4 output
y[1].i = x1[1].i*w[1].r + x1[1].r*w[1].i;
//
y[2].r = x1[2].r*w[2].r - x1[2].i*w[2].i; // scale radix-4 output
y[2].i = x1[2].i*w[2].r + x1[2].r*w[2].i;
//
y[3].r = x1[3].r*w[3].r - x1[3].i*w[3].i; // scale radix-4 output
y[3].i = x1[3].i*w[3].r + x1[3].r*w[3].i;
// reorder output stage ... mystery as to why I need this
if (reorder) {
temp = y[1].r;
y[1].r = -1*y[1].i;
y[1].i = temp;
//
y[2].r = -1*y[2].r;
//
temp = y[3].r;
y[3].r = y[3].i;
y[3].i = -1*temp;
}
// scale output for inverse FFT
if (inv) {
for (i=0; i<4; i++) { // scale output by 1/N for IFFT
y[i].r = y[i].r/(fp)4;
y[i].i = y[i].i/(fp)4;
}
}
} // r4fft4()
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¿También puede mostrarnos algunos datos de entrada y salida de muestra para cada uno?
—
Paul R
Además de la cuestión de orden de los bits-reversión, ¿existe un 2x o 4x diferencia - algunas implementaciones la escala de la FFT directa, algunos a la inversa, y alguna escala tanto ...
No es un problema de reordenamiento, ya que reordenar permuta las entradas de y como lo entiendo. Puedo solucionar el problema si cambio ang = -2 * PI; en lugar de ang = -2 * PI / (fp) 4; No necesito reordenar los términos y mi prueba de consistencia versus el dft pasa con 0 errores. Creo que esto es equivalente a un cambio de fase de 90 grados para los factores twiddle. Sin embargo, esto no parece consistente con las matemáticas ... ¿qué me estoy perdiendo?