A gyors Fourier-transzformáció (FFT)

Hasonló dokumentumok
Digitális Fourier-analizátorok (DFT - FFT)

Függvények hatványsorba fejtése, Maclaurin-sor, konvergenciatartomány

Speciális függvénysorok: Taylor-sorok

Fehérzajhoz a konstans érték kell - megoldás a digitális szűrő Összegezési súlyok sin x/x szerint (ez akár analóg is lehet!!!)

Shift regiszter + XOR kapu: 2 n állapot

Komplex számok. 6. fejezet. A komplex szám algebrai alakja. Feladatok. alábbi komplex számokat és helyvektorukat:

Diszkrét matematika I. középszint Alapfogalmakhoz tartozó feladatok kidolgozása

A 2015/2016. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

Fourier transzformáció

1. Egyensúlyi pont, stabilitás

Permutációegyenletekről

FFT. Második nekifutás. Czirbusz Sándor ELTE IK, Komputeralgebra Tanszék október 2.

Wavelet transzformáció

Legfontosabb bizonyítandó tételek

Dr. Tóth László, Kombinatorika (PTE TTK, 2007)

Komplex számok. Komplex számok és alakjaik, számolás komplex számokkal.

Drótos G.: Fejezetek az elméleti mechanikából 4. rész 1

I. A PRIMITÍV FÜGGVÉNY ÉS A HATÁROZATLAN INTEGRÁL

A feladatok megoldása

Minden egész szám osztója önmagának, azaz a a minden egész a-ra.

KOVÁCS BÉLA, MATEMATIKA I.

Exponenciális és logaritmusos kifejezések, egyenletek

konvergensek-e. Amennyiben igen, számítsa ki határértéküket!

f(x) vagy f(x) a (x x 0 )-t használjuk. lim melyekre Mivel itt ɛ > 0 tetszőlegesen kicsi, így a a = 0, a = a, ami ellentmondás, bizonyítva

A SZÁMFOGALOM KIALAKÍTÁSA

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 8. A JELFELDOLGOZÁS ALAPJAI

1.1. Definíció. Azt mondjuk, hogy a oszója b-nek, vagy más szóval, b osztható a-val, ha létezik olyan x Z, hogy b = ax. Ennek jelölése a b.

Divergens sorok. Szakdolgozat

Negatív alapú számrendszerek

A CSOPORT 4 PONTOS: 1. A

Egészrészes feladatok

Elemi matematika szakkör

Dr. Tóth László, Kombinatorika (PTE TTK, 2007) nem vagyunk tekintettel a kiválasztott elemek sorrendjére. Mennyi a lehetőségek száma?

OSZTHATÓSÁG. Osztók és többszörösök : a 3 többszörösei : a 4 többszörösei Ahol mindkét jel megtalálható a 12 többszöröseit találjuk.

AZ IONKONCENTRÁCIÓ POTENCIOMETRIÁS MEGHATÁROZÁSA IONSZELEKTÍV ELEKTRÓDOK ALKALMAZÁSÁVAL

1. Fuggveny ertekek. a) f (x) = 3x 3 2x 2 + x 15 x = 5, 10, 5 B I. x = arcsin(x) ha 1 x 0 x = 1, arctg(x) ha 0 < x < + a) f (x) = 4 x 2 x+log

Kalkulus. Komplex számok

Komplex számok. Wettl Ferenc előadása alapján Wettl Ferenc előadása alapján Komplex számok / 18

Digitál-analóg átalakítók (D/A konverterek)

Magasabbfokú egyenletek

1. A polinom fogalma. Számolás formális kifejezésekkel. Feladat Oldjuk meg az x2 + x + 1 x + 1. = x egyenletet.

II. Két speciális Fibonacci sorozat, szinguláris elemek, természetes indexelés

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit. Matematika I

XL. Felvidéki Magyar Matematikaverseny Oláh György Emlékverseny Galánta 2016 Megoldások 1. évfolyam. + x = x x 12

2012. október 9 és 11. Dr. Vincze Szilvia

Kiegészítő részelőadás 2. Algebrai és transzcendens számok, nevezetes konstansok

13. Előadás. 1. Aritmetikai Ramsey-elmélet (folytatás)

ÁTVÁLTÁSOK SZÁMRENDSZEREK KÖZÖTT, SZÁMÁBRÁZOLÁS, BOOLE-ALGEBRA

Laboratórium mérés Házi feladat. Készítette: Koszó Norbert (GTPL3A) Második (javított) kiadás

Ortogonalizáció. Wettl Ferenc Wettl Ferenc Ortogonalizáció / 41

11. Orthogonal Frequency Division Multiplexing ( OFDM)

f(x) a (x x 0 )-t használjuk.

Állapottér modellek tulajdonságai PTE PMMK MI BSc 1

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2008/2009-es tanév első (iskolai) forduló haladók II. kategória

1. Komplex szám rendje

Fourier térbeli analízis, inverz probléma. Orvosi képdiagnosztika 5-7. ea ősz

k n k, k n 2 C n k k=[ n+1 2 ] 1.1. ábra. Pascal háromszög

Osztályozó- és javítóvizsga témakörei MATEMATIKA tantárgyból 2016 / tanév

1. Fourier-sorok. a 0 = 1. Ennek a fejezetnek a célja a 2π szerint periodikus. 1. Ha k l pozitív egészek, akkor. (a) cos kx cos lxdx = 1 2 +

Elektronikus műszerek Spektrum analizátorok

7. előadás Gyors szorzás, gyors Fourier-transzformáció

Kiegészítő részelőadás 1. Az algoritmusok hatékonyságának mérése

2005_01/1 Leírtunk egymás mellé hét racionális számot úgy, hogy a két szélső kivételével mindegyik eggyel nagyobb a két szomszédja szorzatánál.

7. előadás Gyors szorzás, gyors Fourier-transzformáció

A RUGALMAS GYÁRTÓRENDSZEREK MŰVELETTÍPUSON ALAPULÓ KAPACITÁSELEMZÉSÉNEK EGYSZERŰSÍTÉSE

Valós függvények tulajdonságai és határérték-számítása

Függvény fogalma, jelölések 15

Mechanizmusok vegyes dinamikájának elemzése

25 i, = i, z 1. (x y) + 2i xy 6.1

Analízis I. zárthelyi dolgozat javítókulcs, Informatika I okt. 19. A csoport

Gyors eljárások a diszkrét Fouriertranszformáció

Fuzzy Rendszerek és Genetikus Algoritmusok

1. hét. Neptun kód. Összesen. Név

Egyenletek, egyenlőtlenségek X.

Egész számok értelmezése, összehasonlítása

Furfangos fejtörők fizikából

Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) Számelmélet I.

Megoldások. Brósch Zoltán (Debreceni Egyetem Kossuth Lajos Gyakorló Gimnáziuma) 1. Számítsd ki a következő kifejezések pontos értékét!

Kiegészítő részelőadás 2. Algebrai és transzcendens számok, nevezetes konstansok

3. Előadás. Megyesi László: Lineáris algebra, oldal. 3. előadás Lineáris egyenletrendszerek

Algoritmusok Tervezése. 1. Előadás MATLAB 1. Dr. Bécsi Tamás

Függvények július 13. Határozza meg a következ határértékeket! 1. Feladat: x 0 7x 15 x ) = lim. x 7 x 15 x ) = (2 + 0) = lim.

1. Determinánsok. Oldjuk meg az alábbi kétismeretlenes, két egyenletet tartalmaz lineáris egyenletrendszert:

Valószínűségszámítás és statisztika előadás Info. BSC B-C szakosoknak. Bayes tétele. Példák. Események függetlensége. Példák.

1. feladatsor Komplex számok

Tartalom. Algebrai és transzcendens számok

Galjorkin módszerek Spektrális módszer

Osztályozó- és javítóvizsga. Matematika tantárgyból

MATEMATIKA TANMENET SZAKKÖZÉPISKOLA. 9. Nyelvi előkészítő osztály

Nagy Gábor compalg.inf.elte.hu/ nagy

XX. Nemzetközi Magyar Matematika Verseny

Bevezetés az algebrába az egész számok

Nagypontosságú aritmetika I.

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló MATEMATIKA I. KATEGÓRIA (SZAKKÖZÉPISKOLA) Javítási-értékelési útmutató

1. fogalom. Add meg az összeadásban szereplő számok elnevezéseit! Milyen tulajdonságai vannak az összeadásnak? Hogyan ellenőrizzük az összeadást?

Egész számok. pozitív egész számok: 1; 2; 3; 4;... negatív egész számok: 1; 2; 3; 4;...

GAZDASÁGMATEMATIKA KÖZÉPHALADÓ SZINTEN

Bevezetés. 1. fejezet. Algebrai feladatok. Feladatok

L'Hospital-szabály március 15. ln(x 2) x 2. ln(x 2) = ln(3 2) = ln 1 = 0. A nevez határértéke: lim. (x 2 9) = = 0.

7. gyakorlat megoldásai

Átírás:

A gyors Fourier-transzformáció (FFT) Egy analóg jel spetrumát az esete döntő többségében számítástechniai eszözöel határozzu meg. A jelet mintavételezzü és elvégezzü a mintasorozat diszrét Fouriertranszformációját. A transzformációhoz nagyszámú omplex szorzás és omplex összeadás elvégzésére van szüség. Egy 8 mintából álló sorozat esetén a transzformált iszámítása az alábbi: 7 { [ ] j n /8 X() = F x } = x(n) e π, =,...,7 (5.41) n= Vezessü be a π/8 = K ( =,...,7) jelölést és írju fel az összeget: X() x() e x(1) e x() e x(3) e jk jk1 jk jk3 = + + + + + x(4) e ++ x(5) e + x(6) e + x(7) e =,...,7 jk4 jk5 jk6 jk7 (5.4) Az összegne nyolc összetevője van. Mindegyi tag tartalmaz egy szorzást. A szorzáso exponenciális tagja mindig omplex, a minta értée pedig valós vagy omplex. (A DSP-ben mindig valós mintáal dolgozun.) A nyolc szorzatot még össze is ell adni, és ezeet a műveleteet el ell végezni a mindegyi értée esetén. Ezzel minden mintához nyolc harmonius összetevőt rendeltün. A fenti műveletsort nevezi 8 pontos diszrét Fouriertranszformációna. Műveletigénye 8 =64 omplex szorzás és 8x7 =56 omplex összeadás. Általánosítva az pontos DFT műveletigénye omplex szorzás és (-1) omplex összeadás. Egy 14 pontos DFT esetén ez b. egymillió omplex szorzást és egymillió omplex összeadást jelent. Egyértelmű övetelmény, hogy ezt a számot valamilyen módon csöenteni ell. Ha figyelembe vesszü, hogy a számításo meglehetős számú belső redundanciát tartalmazna erre van is lehetőségün. jπn/8 j / Például ha = 1 és n =, aor e = e π. Ugyanez a helyzet = és n = 1 estén is. A DFT műveletigényéne csöentésére az első algoritmust 1965-ben dolgoztá i (Cooley és Tuey). A módszer lényege az időbeli decimálás (Decimation In Time, DIT). Az algoritmust gyors Fourier-transzformációna (Fast Fourier Transform) hívjá és röviden csa FFT-ne szoás nevezni. 14 pont esetén az FFT és a DFT műveletigényéne aránya 1:4.8, pontra általánosítva a számítási műveleteben log megtaarítás érhető el. Az pontos DFT az alábbi összefüggéssel számítható: 1 jπn/ X = x e, =,..., 1 1 n= n (5.43) Ha bevezetjü az alábbi jelölést: W j = e π/, (5.44) aor az egyenlőségün a övetezőéppen alaul: 1 n (5.45) n= n X = x W, =,..., 1 1

Ezen a ponton érdemes felírni néhány további, W -re vonatozó összefüggést: j / j / W ( j π / π π = e ) = e = e = W/ (5.46) ( + ) j( π/)( /) jπ W = W W = W e = W e = W (5.47) Az eddigieet összegezve: j π/ W = e ( a) W = W ( b) / (+ /) W = W () c (5.48) A fenti egyenlete által épviselt számítási redundanciá felhasználásával az eredeti mintasorozatun ét részre osztható, egyi a páros sorszámú, míg a mási a páratlan sorszámú mintáat tartalmazza. Mindegyi sorozatna ugyanolyan hosszúna ell lennie és páros darabszámú adatot (mintát) ell tartalmaznia. Ha a iindulási mintasorozatun netán páratlan számú mintából állt, i ell egészíteni egy nulla értéű mintával. De mivel a DFT-t szinte mindig n darabszámú mintán végezzü el, a ét övetelmény automatiusan teljesül. A ét részre osztás lehetővé teszi, hogy az X 1 () eredeti pontos DFT-je helyett felírhassu az X 11 () és X 1 () / pontos DFT-et. Ezt a folyamatot azután tovább ismételhetjü mindaddig, amíg / darab pontos DFT-ig nem jutun. A ét pontos DFT- imeneti adatait megfelelően négyes csoportoba ombinálva /4 darab 4 pontos DFT-t apun, de eze eredményét már nem ell számítani (megvanna), és így tovább mindaddig, amíg a végső pontos DFT végeredményét, az X 1 ()-t meg nem apju. Minden egyes lépésben találun egy olyan özös tényezőt, ami a W valamelyi hatványa, így a iszámítása csa egyszer szüséges, ismételt előfordulásaor már nem. Ezzel tehát az (5.45) átírható az alábbi módon: 1 1 n ( n+ 1) n n+ 1 n= n= X1() = x W + x W = Páros sorszámú min tá Páratlan sorszámú min tá / 1 / 1 n n xnw W xn+ 1W n= n= = + =,, 1 (5.49) Felhasználva az (5.48 a) összefüggést (5.49) így alaul: 1 1 n n n n+ 1 n= n= X() = x W + W x W =,, 1, (5.5) ami még így is írható: X = X + W X ( ), = 1,, 1 (5.51) 1 11 1 Foglalju össze az eddigieet egy táblázatban 8 pontos DFT esetén:

Számítsu i a 6. sorban szereplő ifejezése értéét: X = x + W x =,, 4, vagyis =,1 (5.5) 1 4 4 Tehát Míg X 1() = x+ x4 () jπ 1 4 4 4 4 jπ = x+ e x4 = x x4 X 1 = x + W x = x + W x = x + e x = Hasonlóéppen: X = x + x X ( 1) = x x X () 3 = x1+ x5 X3 1 = x1 x5 X = x + x X () 1 = x x 6 6 4 3 7 4 3 7 amiből azt láthatju, hogy a = és a = 1 esetben iszámítható értée csa egy előjellel térne el egymástól. Gondolatmenetünet alalmazhatju X 1 () ( =, 1,, 3) esetén is: így X = X + W X (5.53) 11 1 X = X + W X = X + X (5.54) 11 1 1 1 jπ X () 1 = X () 1 + W X () 1 = X () 1 + e X () 1 = 11 1 1 = X () 1 jx () 1 1 j ( π 8 ) X = X + W X = X 1 + e X = 11 1 1 jπ = X + e X = X X 1 1 (5.55) (5.56) Most és ezzel (5.56): X = x + W x = x + W x = x + x = X 1 4 4 4 4 1 X = x + W x = x + x = X 4 6 6 X = X X (5.57) 11 1 3 X ( 3) = X ( 3) + W X ( 3) (5.58) 11 1

Most és ezzel (5.58) így írható: 3 j ( π ) 3 X 3 = x + W x X = x + e x = 1 4 4 4 j3π = x + e x = x x = X () 1 4 4 1 X () 3 = x x = X () 1 6 1 j () () ( π 4) 3 j3π X 3 = X 1 + e X () 1 = X () 1 + e X () 1 = 11 1 1 = X () 1 + jx () 1 1 (5.59) Összefoglalva: X = X + X = X + W X ( a) 11 1 1 8 X = X X = X W X ( b) 11 1 1 8 X () 1 = X () 1 jx () 1 = X () 1 + W X () 1 () c 11 1 1 8 X () 3 = X () 1 + jx () 1 = X () 1 W X () 1 ( d) 11 1 1 8 (5.6) A számítás menetét összefoglalhatju a övetező oldalon látható ún. lepeábrán.

Az FFT műveleti nyeresége az alábbi táblázatban található: