c++ - 如何用FFTW进行频谱分析？

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我想更好地了解FFTW的API。 FFTW是一个用于在一个或多个维度上计算离散傅里叶变换(DFT)的库。

现在，假设我有一个正弦波形x = 30 * sin(2 * M_PI * f * i * T)，其中f是频率(例如f = 1000Hz)。
如果我使用FFTW的功能分析波形，我希望获得一个频率f = 1000Hz。

我的问题是如何使用FFTW库在c++中做到这一点？
任何帮助，将不胜感激。

最佳答案

您可以在FFTW's documentation中找到更多详细信息。

但是，对于一维实值信号的相对简单情况，以下是您必须执行的一般步骤的总结。

通常，您将需要分配输入/输出缓冲区，以及FFTW用于自己的簿记的数据结构，该库将其称为plan。这可以通过多种方式来完成(有关更多详细信息，请参见FFTW的文档)，例如:

  #include "fftw3.h"

  // First choose a buffer size:
  //   Typically best performance with a power of 2
  //   but could be a product of small primes
  int           input_size    = 1024;
  //   Compute corresponding number of complex output samples
  int           output_size   = (input_size/2 + 1);

  // Allocate input and output buffers
  double*       input_buffer  = static_cast<double*      >(fftw_malloc(input_size  * sizeof(double)));
  fftw_complex* output_buffer = static_cast<fftw_complex*>(fftw_malloc(output_size * sizeof(fftw_complex)));

  // Create plan
  //   Select plan creation flags
  //   see http://www.fftw.org/fftw3_doc/Planner-Flags.html#Planner-Flags
  int           flags = FFTW_ESTIMATE;
  fftw_plan     plan = fftw_plan_dft_r2c_1d(input_size,
                                            input_buffer,
                                            output_buffer,
                                            flags);

完成后，您可以使用实值数据样本填充input_buffer进行分析，并使用以下方法执行FFT:

 fftw_execute(plan);

复数值结果将存储在output_buffer中，其中output_buffer[0]对应于频率0，而output_buffer[output_size-1]对应于采样率的一半。该计划可以执行多次(使用input_buffer中的更新值，导致output_buffer中的相应更新值)。

请注意，通常fftw_complex(在此示例中为输出使用的数据类型)实现为2个值的数组:索引0对应于实数部分，索引1对应于虚数部分(例如output_buffer[i][0]对应于虚数部分)第i个频率分量的实部)。

完成后，可以使用以下方法释放分配的资源:

  fftw_free(input_buffer);
  fftw_free(output_buffer);
  fftw_destroy_plan(plan);

请注意，如果您可以使用这些函数的float，double或long double版本。只需链接到相应的libfftw3f-3.lib，libfftw3-3.lib或libfftw3l-3.lib即可。

更新:如果要与fftw_plan_dft_1d一起使用复数值输入样本，则必须像下面这样设置实部和虚部:

for (i = 0; i < N-1; ++i) {
  t[i]=i*T;
  signal[i][0] = 0.7 * sin(2*M_PI*f*t[i]); // real-part
  signal[i][1] = 0.0; // imaginary-part
}

或者，将输入样本类型更改为float，double或long double(以及使用fftw_plan_dft_r2c_1d一起)。

关于c++ - 如何用FFTW进行频谱分析？ ，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题：https://stackoverflow.com/questions/23879566/