Элементы спектрального анализа (Фурье, Хартман etc.)

{$A+,B-,C+,D+,E-,F-,G+,H+,I+,J+,K-,L+,M-,N+,O-,P+,Q-,R-,S-,T-,U-,V+,W-,X+,Y+,Z1}
{$MINSTACKSIZE $00004000}
{$MAXSTACKSIZE $00100000}
{$IMAGEBASE $00400000}
{$APPTYPE GUI}
unit Main;
interface
uses
 Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs,
 Buttons, ExtCtrls, ComCtrls, Menus;
type
 TfmMain = class(TForm)
  MainMenu1: TMainMenu;
  N1: TMenuItem;
  N2: TMenuItem;
  StatusBar1: TStatusBar;
  N3: TMenuItem;
  imgInfo: TImage;
  Panel1: TPanel;
  btnStart: TSpeedButton;
  procedure btnStartClick(Sender: TObject);
  procedure FormCreate(Sender: TObject);
  procedure FormClose(Sender: TObject; var Action: TCloseAction);
 end;
var
 fmMain: TfmMain;
implementation
uses PFiles;
{$R *.DFM}
function Power2(lPower: Byte): LongInt;
begin
 Result := 1 shl lPower;
end;
procedure ClassicDirect(var aSignal, aSpR, aSpI: array of Double; N:
 LongInt);
var lSrch: LongInt;
var lGarm: LongInt;
var dSumR: Double;
var dSumI: Double;
begin
 for lGarm := 0 to N div 2 - 1 do
  begin
  dSumR := 0;
  dSumI := 0;
  for lSrch := 0 to N - 1 do
  begin
  dSumR := dSumR + aSignal[lSrch] * Cos(lGarm * lSrch / N * 2 * PI);
  dSumI := dSumI + aSignal[lSrch] * Sin(lGarm * lSrch / N * 2 * PI);
  end;
  aSpR[lGarm] := dSumR;
  aSpI[lGarm] := dSumI;
  end;
end;
procedure ClassicInverce(var aSpR, aSpI, aSignal: array of Double; N:
 LongInt);
var lSrch: LongInt;
var lGarm: LongInt;
var dSum: Double;
begin
 for lSrch := 0 to N - 1 do
  begin
  dSum := 0;
  for lGarm := 0 to N div 2 - 1 do
  dSum := dSum
  + aSpR[lGarm] * Cos(lSrch * lGarm * 2 * Pi / N)
  + aSpI[lGarm] * Sin(lSrch * lGarm * 2 * Pi / N);
  aSignal[lSrch] := dSum * 2;
  end;
end;
function InvertBits(BF, DataSize, Power: Word): Word;
var BR: Word;
var NN: Word;
var L: Word;
begin
 br := 0;
 nn := DataSize;
 for l := 1 to Power do
  begin
  NN := NN div 2;
  if (BF >= NN) then
  begin
  BR := BR + Power2(l - 1);
  BF := BF - NN
  end;
  end;
 InvertBits := BR;
end;
procedure FourierDirect(var RealData, VirtData, ResultR, ResultV: array of
 Double; DataSize: LongInt);
var A1: Real;
var A2: Real;
var B1: Real;
var B2: Real;
var D2: Word;
var C2: Word;
var C1: Word;
var D1: Word;
var I: Word;
var J: Word;
var K: Word;
var Cosin: Real;
var Sinus: Real;
var wIndex: Word;
var Power: Word;
begin
 C1 := DataSize shr 1;
 C2 := 1;
 for Power := 0 to 15 //hope it will be faster then
  round(ln(DataSize) / ln(2)) do
  if Power2(Power) = DataSize then Break;
 for I := 1 to Power do
  begin
  D1 := 0;
  D2 := C1;
  for J := 1 to C2 do
  begin
  wIndex := InvertBits(D1 div C1, DataSize, Power);
  Cosin := +(Cos((2 * Pi / DataSize) * wIndex));
  Sinus := -(Sin((2 * Pi / DataSize) * wIndex));
  for K := D1 to D2 - 1 do
  begin
  A1 := RealData[K];
  A2 := VirtData[K];
  B1 := ((Cosin * RealData[K + C1] - Sinus * VirtData[K + C1]));
  B2 := ((Sinus * RealData[K + C1] + Cosin * VirtData[K + C1]));
  RealData[K] := A1 + B1;
  VirtData[K] := A2 + B2;
  RealData[K + C1] := A1 - B1;
  VirtData[K + C1] := A2 - B2;
  end;
  Inc(D1, C1 * 2);
  Inc(D2, C1 * 2);
  end;
  C1 := C1 div 2;
  C2 := C2 * 2;
  end;
 for I := 0 to DataSize div 2 - 1 do
  begin
  ResultR[I] := +RealData[InvertBits(I, DataSize, Power)];
  ResultV[I] := -VirtData[InvertBits(I, DataSize, Power)];
  end;
end;
procedure Hartley(iSize: LongInt; var aData: array of Double);
type taDouble = array[0..MaxLongInt div SizeOf(Double) - 1] of Double;
var prFI, prFN, prGI: ^taDouble;
var rCos, rSin: Double;
var rA, rB, rTemp: Double;
var rC1, rC2, rC3, rC4: Double;
var rS1, rS2, rS3, rS4: Double;
var rF0, rF1, rF2, rF3: Double;
var rG0, rG1, rG2, rG3: Double;
var iK1, iK2, iK3, iK4: LongInt;
var iSrch, iK, iKX: LongInt;
begin
 iK2 := 0;
 for iK1 := 1 to iSize - 1 do
  begin
  iK := iSize shr 1;
  repeat
  iK2 := iK2 xor iK;
  if (iK2 and iK) <> 0 then Break;
  iK := iK shr 1;
  until False;
  if iK1 > iK2 then
  begin
  rTemp := aData[iK1];
  aData[iK1] := aData[iK2];
  aData[iK2] := rTemp;
  end;
  end;
 iK := 0;
 while (1 shl iK) < iSize do
  Inc(iK);
 iK := iK and 1;
 if iK = 0 then
  begin
  prFI := @aData;
  prFN := @aData;
  prFN := @prFN[iSize];
  while Word(prFI) < Word(prFN) do
  begin
  rF1 := prFI^[0] - prFI^[1];
  rF0 := prFI^[0] + prFI^[1];
  rF3 := prFI^[2] - prFI^[3];
  rF2 := prFI^[2] + prFI^[3];
  prFI^[2] := rF0 - rF2;
  prFI^[0] := rF0 + rF2;
  prFI^[3] := rF1 - rF3;
  prFI^[1] := rF1 + rF3;
  prFI := @prFI[4];
  end;
  end
 else
  begin
  prFI := @aData;
  prFN := @aData;
  prFN := @prFN[iSize];
  prGI := prFI;
  prGI := @prGI[1];
  while Word(prFI) < Word(prFN) do
  begin
  rC1 := prFI^[0] - prGI^[0];
  rS1 := prFI^[0] + prGI^[0];
  rC2 := prFI^[2] - prGI^[2];
  rS2 := prFI^[2] + prGI^[2];
  rC3 := prFI^[4] - prGI^[4];
  rS3 := prFI^[4] + prGI^[4];
  rC4 := prFI^[6] - prGI^[6];
  rS4 := prFI^[6] + prGI^[6];
  rF1 := rS1 - rS2;
  rF0 := rS1 + rS2;
  rG1 := rC1 - rC2;
  rG0 := rC1 + rC2;
  rF3 := rS3 - rS4;
  rF2 := rS3 + rS4;
  rG3 := Sqrt(2) * rC4;
  rG2 := Sqrt(2) * rC3;
  prFI^[4] := rF0 - rF2;
  prFI^[0] := rF0 + rF2;
  prFI^[6] := rF1 - rF3;
  prFI^[2] := rF1 + rF3;
  prGI^[4] := rG0 - rG2;
  prGI^[0] := rG0 + rG2;
  prGI^[6] := rG1 - rG3;
  prGI^[2] := rG1 + rG3;
  prFI := @prFI[8];
  prGI := @prGI[8];
  end;
  end;
 if iSize < 16 then Exit;
 repeat
  Inc(iK, 2);
  iK1 := 1 shl iK;
  iK2 := iK1 shl 1;
  iK4 := iK2 shl 1;
  iK3 := iK2 + iK1;
  iKX := iK1 shr 1;
  prFI := @aData;
  prGI := prFI;
  prGI := @prGI[iKX];
  prFN := @aData;
  prFN := @prFN[iSize];
  repeat
  rF1 := prFI^[000] - prFI^[iK1];
  rF0 := prFI^[000] + prFI^[iK1];
  rF3 := prFI^[iK2] - prFI^[iK3];
  rF2 := prFI^[iK2] + prFI^[iK3];
  prFI^[iK2] := rF0 - rF2;
  prFI^[000] := rF0 + rF2;
  prFI^[iK3] := rF1 - rF3;
  prFI^[iK1] := rF1 + rF3;
  rG1 := prGI^[0] - prGI^[iK1];
  rG0 := prGI^[0] + prGI^[iK1];
  rG3 := Sqrt(2) * prGI^[iK3];
  rG2 := Sqrt(2) * prGI^[iK2];
  prGI^[iK2] := rG0 - rG2;
  prGI^[000] := rG0 + rG2;
  prGI^[iK3] := rG1 - rG3;
  prGI^[iK1] := rG1 + rG3;
  prGI := @prGI[iK4];
  prFI := @prFI[iK4];
  until not (Word(prFI) < Word(prFN));
  rCos := Cos(Pi / 2 / Power2(iK));
  rSin := Sin(Pi / 2 / Power2(iK));
  rC1 := 1;
  rS1 := 0;
  for iSrch := 1 to iKX - 1 do
  begin
  rTemp := rC1;
  rC1 := (rTemp * rCos - rS1 * rSin);
  rS1 := (rTemp * rSin + rS1 * rCos);
  rC2 := (rC1 * rC1 - rS1 * rS1);
  rS2 := (2 * (rC1 * rS1));
  prFN := @aData;
  prFN := @prFN[iSize];
  prFI := @aData;
  prFI := @prFI[iSrch];
  prGI := @aData;
  prGI := @prGI[iK1 - iSrch];
  repeat
  rB := (rS2 * prFI^[iK1] - rC2 * prGI^[iK1]);
  rA := (rC2 * prFI^[iK1] + rS2 * prGI^[iK1]);
  rF1 := prFI^[0] - rA;
  rF0 := prFI^[0] + rA;
  rG1 := prGI^[0] - rB;
  rG0 := prGI^[0] + rB;
  rB := (rS2 * prFI^[iK3] - rC2 * prGI^[iK3]);
  rA := (rC2 * prFI^[iK3] + rS2 * prGI^[iK3]);
  rF3 := prFI^[iK2] - rA;
  rF2 := prFI^[iK2] + rA;
  rG3 := prGI^[iK2] - rB;
  rG2 := prGI^[iK2] + rB;
  rB := (rS1 * rF2 - rC1 * rG3);
  rA := (rC1 * rF2 + rS1 * rG3);
  prFI^[iK2] := rF0 - rA;
  prFI^[0] := rF0 + rA;
  prGI^[iK3] := rG1 - rB;
  prGI^[iK1] := rG1 + rB;
  rB := (rC1 * rG2 - rS1 * rF3);
  rA := (rS1 * rG2 + rC1 * rF3);
  prGI^[iK2] := rG0 - rA;
  prGI^[0] := rG0 + rA;
  prFI^[iK3] := rF1 - rB;
  prFI^[iK1] := rF1 + rB;
  prGI := @prGI[iK4];
  prFI := @prFI[iK4];
  until not (LongInt(prFI) < LongInt(prFN));
  end;
 until not (iK4 < iSize);
end;
procedure HartleyDirect(
 var aData: array of Double;
 iSize: LongInt);
var rA, rB: Double;
var iI, iJ, iK: LongInt;
begin
 Hartley(iSize, aData);
 iJ := iSize - 1;
 iK := iSize div 2;
 for iI := 1 to iK - 1 do
  begin
  rA := aData[ii];
  rB := aData[ij];
  aData[iJ] := (rA - rB) / 2;
  aData[iI] := (rA + rB) / 2;
  Dec(iJ);
  end;
end;
procedure HartleyInverce(
 var aData: array of Double;
 iSize: LongInt);
var rA, rB: Double;
var iI, iJ, iK: LongInt;
begin
 iJ := iSize - 1;
 iK := iSize div 2;
 for iI := 1 to iK - 1 do
  begin
  rA := aData[iI];
  rB := aData[iJ];
  aData[iJ] := rA - rB;
  aData[iI] := rA + rB;
  Dec(iJ);
  end;
 Hartley(iSize, aData);
end;
//not tested
procedure HartleyDirectComplex(real, imag: array of Double; n: LongInt);
var a, b, c, d: double;
 q, r, s, t: double;
 i, j, k: LongInt;
begin
 j := n - 1;
 k := n div 2;
 for i := 1 to k - 1 do
  begin
  a := real[i]; b := real[j]; q := a + b; r := a - b;
  c := imag[i]; d := imag[j]; s := c + d; t := c - d;
  real[i] := (q + t) * 0.5; real[j] := (q - t) * 0.5;
  imag[i] := (s - r) * 0.5; imag[j] := (s + r) * 0.5;
  dec(j);
  end;
 Hartley(N, Real);
 Hartley(N, Imag);
end;
//not tested
procedure HartleyInverceComplex(real, imag: array of Double; N: LongInt);
var a, b, c, d: double;
 q, r, s, t: double;
 i, j, k: longInt;
begin
 Hartley(N, real);
 Hartley(N, imag);
 j := n - 1;
 k := n div 2;
 for i := 1 to k - 1 do
  begin
  a := real[i]; b := real[j]; q := a + b; r := a - b;
  c := imag[i]; d := imag[j]; s := c + d; t := c - d;
  imag[i] := (s + r) * 0.5; imag[j] := (s - r) * 0.5;
  real[i] := (q - t) * 0.5; real[j] := (q + t) * 0.5;
  dec(j);
  end;
end;
procedure DrawSignal(var aSignal: array of Double; N, lColor: LongInt);
var lSrch: LongInt;
var lHalfHeight: LongInt;
begin
 with fmMain do
  begin
  lHalfHeight := imgInfo.Height div 2;
  imgInfo.Canvas.MoveTo(0, lHalfHeight);
  imgInfo.Canvas.Pen.Color := lColor;
  for lSrch := 0 to N - 1 do
  begin
  imgInfo.Canvas.LineTo(lSrch, Round(aSignal[lSrch]) + lHalfHeight);
  end;
  imgInfo.Repaint;
  end;
end;
procedure DrawSpector(var aSpR, aSpI: array of Double; N, lColR, lColI:
 LongInt);
var lSrch: LongInt;
var lHalfHeight: LongInt;
begin
 with fmMain do
  begin
  lHalfHeight := imgInfo.Height div 2;
  for lSrch := 0 to N div 2 do
  begin
  imgInfo.Canvas.Pixels[lSrch, Round(aSpR[lSrch] / N) + lHalfHeight] :=
  lColR;
  imgInfo.Canvas.Pixels[lSrch + N div 2, Round(aSpI[lSrch] / N) +
  lHalfHeight] := lColI;
  end;
  imgInfo.Repaint;
  end;
end;
const N = 512;
var aSignalR: array[0..N - 1] of Double; //
var aSignalI: array[0..N - 1] of Double; //
var aSpR, aSpI: array[0..N div 2 - 1] of Double; //
var lFH: LongInt;
procedure TfmMain.btnStartClick(Sender: TObject);
const Epsilon = 0.00001;
var lSrch: LongInt;
var aBuff: array[0..N - 1] of ShortInt;
begin
 if lFH > 0 then
  begin
// Repeat
  if F.Read(lFH, @aBuff, N) <> N then
  begin
  Exit;
  end;
  for lSrch := 0 to N - 1 do
  begin
  aSignalR[lSrch] := ShortInt(aBuff[lSrch] + $80);
  aSignalI[lSrch] := 0;
  end;
  imgInfo.Canvas.Rectangle(0, 0, imgInfo.Width, imgInfo.Height);
  DrawSignal(aSignalR, N, $D0D0D0);
// ClassicDirect(aSignalR, aSpR, aSpI, N); //result in aSpR & aSpI,
  aSignal unchanged
// FourierDirect(aSignalR, aSignalI, aSpR, aSpI, N); //result in aSpR &
  aSpI, aSiggnalR & aSignalI modified
  HartleyDirect(aSignalR, N); //result in source aSignal ;-)
  DrawSpector(aSignalR, aSignalR[N div 2 - 1], N, $80, $8000);
  DrawSpector(aSpR, aSpI, N, $80, $8000);
{ for lSrch := 0 to N div 2 -1 do begin //comparing classic & Hartley
if (Abs(aSpR[lSrch] - aSignal[lSrch]) > Epsilon)
or ((lSrch > 0) And (Abs(aSpI[lSrch] - aSignal[N - lSrch]) > Epsilon))
then MessageDlg('Error comparing',mtError,[mbOK],-1);
end;}

  HartleyInverce(aSignalR, N); //to restore original signal with
  HartleyDirect
// ClassicInverce(aSpR, aSpI, aSignalR, N); //to restore original
  signal with ClassicDirect or FourierDirect
  for lSrch := 0 to N - 1 do
  aSignalR[lSrch] := aSignalR[lSrch] / N; //scaling
  DrawSignal(aSignalR, N, $D00000);
  Application.ProcessMessages;
// Until False;
  end;
end;
procedure TfmMain.FormCreate(Sender: TObject);
begin
 lFH := F.Open('input.pcm', ForRead);
end;
procedure TfmMain.FormClose(Sender: TObject; var Action: TCloseAction);
begin
 F.Close(lFH);
end;
end.

Denis Furman [000705
Взято из Советов по Delphi от Валентина Озерова
Сборник Kuliba

Привожу FFT-алгоритм, позволяющий оперировать 256 точками данных примерно за 0.008 секунд на P66 (с 72MB, YMMV). Создан на Delphi.
Данный алгоритм я воспроизвел где-то около года назад. Вероятно он не самый оптимальный, но для повышения скорости расчета наверняка потребуются более мощное аппаратное обеспечение.
Но я не думаю что алгоритм слишком плох, в нем заложено немало математических трюков. Имеется некоторое количество рекурсий, но они занимается не копированием данных, а манипуляциями с указателями, если у нас есть массив размером N = 2^d, то глубина рекурсии составит всего d. Возможно имело бы смысл применить развертывающуюся рекурсию, но не пока не ясно, поможет ли ее применение в данном алгоритме. (Но вероятно мы смогли бы достаточно легко получить надежную математическую модель, развертывая в рекурсии один или два нижних слоя, то есть проще говоря:

if Depth < 2 then
{производим какие-либо действия}

вместо текущего 'if Depth = 0 then...' Это должно устранить непродуктивные вызовы функций, что несомненно хорошо в то время, пока развертывающая рекурсия работает с ресурсами.)
Имеется поиск с применением таблиц синусов и косинусов; здесь использован метод золотой середины: данный алгоритм весьма трудоемок, но дает отличные результаты при использовании малых и средних массивов.
Вероятно в машине с большим объемом оперативной памяти следует использовать VirtualAlloc(... PAGE_NOCACHE) для Src, Dest и таблиц поиска.
Если кто-либо обнаружит неверную на ваш взгляд или просто непонятную в данном совете функцию пожалуйста сообщите мне об этом.
Что делает данная технология вкратце. Имеется несколько FFT, образующих 'комплексный FT', который понимает и о котором заботится моя технология. Это означает, что если N = 2^d, Src^ и Dest^ образуют массив из N TComplexes, происходит вызов

FFT(d, Src, Dest)

, далее заполняем Dest с применением 'комплексного FT' после того, как результат вызова Dest^[j] будет равен

1/sqrt(N) * Sum(k=0.. N - 1 ; EiT(2*Pi(j*k/N)) * Src^[k])

, где EiT(t) = cos(t) + i sin(t) . То есть, стандартное преобразование Фурье.
Публикую две версии: в первой версии я использую TComplex с функциями для работы с комплексными числами. Во второй версии все числа реальные - вместо массивов Src и Dest мы используем массивы реальных чисел SrcR, SrcI, DestR, DestI (в блоке вычислений реальных чисел), и вызовы всех функций осуществляются линейно. Первая версия достаточна легка в реализации, зато вторая - значительно быстрее. (Обе версии оперируют 'комплексными FFT'.) Технология работы была опробована на алгоритме Plancherel (также известным как Parseval). Обе версии работоспособны, btw: если это не работает у вас - значит я что-то выбросил вместе со своими глупыми коментариями :-) Итак, сложная версия:

unit cplx;

interface

type

 PReal = ^TReal;

 TReal = extended;

 PComplex = ^TComplex;

 TComplex = record

  r: TReal;

  i: TReal;

 end;

function MakeComplex(x, y: TReal): TComplex;

function Sum(x, y: TComplex): TComplex;

function Difference(x, y: TComplex): TComplex;

function Product(x, y: TComplex): TComplex;

function TimesReal(x: TComplex; y: TReal): TComplex;

function PlusReal(x: TComplex; y: TReal): TComplex;

function EiT(t: TReal): TComplex;

function ComplexToStr(x: TComplex): string;

function AbsSquared(x: TComplex): TReal;

implementation

uses SysUtils;

function MakeComplex(x, y: TReal): TComplex;

begin

 with result do

 begin

  r := x;

  i := y;

 end;

end;

function Sum(x, y: TComplex): TComplex;

begin

 with result do

 begin

  r := x.r + y.r;

  i := x.i + y.i;

 end;

end;

function Difference(x, y: TComplex): TComplex;

begin

 with result do

 begin

  r := x.r - y.r;

  i := x.i - y.i;

 end;

end;

function EiT(t: TReal): TComplex;

begin

 with result do

 begin

  r := cos(t);

  i := sin(t);

 end;

end;

function Product(x, y: TComplex): TComplex;

begin

 with result do

 begin

  r := x.r * y.r - x.i * y.i;

  i := x.r * y.i + x.i * y.r;

 end;

end;

function TimesReal(x: TComplex; y: TReal): TComplex;

begin

 with result do

 begin

  r := x.r * y;

  i := x.i * y;

 end;

end;

function PlusReal(x: TComplex; y: TReal): TComplex;

begin

 with result do

 begin

  r := x.r + y;

  i := x.i;

 end;

end;

function ComplexToStr(x: TComplex): string;

begin

 result := FloatToStr(x.r)

  + ' + '

  + FloatToStr(x.i)

  + 'i';

end;

function AbsSquared(x: TComplex): TReal;

begin

 result := x.r * x.r + x.i * x.i;

end;

end.

unit cplxfft1;
interface
uses Cplx;
type
 PScalar = ^TScalar;
 TScalar = TComplex; {Легко получаем преобразование в реальную величину}
 PScalars = ^TScalars;
 TScalars = array[0..High(integer) div SizeOf(TScalar) - 1]
  of TScalar;
const
 TrigTableDepth: word = 0;
 TrigTable: PScalars = nil;
procedure InitTrigTable(Depth: word);
procedure FFT(Depth: word;
 Src: PScalars;
 Dest: PScalars);
{Перед вызовом Src и Dest ТРЕБУЕТСЯ распределение
(integer(1) shl Depth) * SizeOf(TScalar)
байт памяти!}

implementation
procedure DoFFT(Depth: word;
 Src: PScalars;
 SrcSpacing: word;
 Dest: PScalars);
{рекурсивная часть, вызываемая при готовности FFT}
var
 j, N: integer;
 Temp: TScalar;
 Shift: word;
begin
 if Depth = 0 then
 begin
  Dest^[0] := Src^[0];
  exit;
 end;
 N := integer(1) shl (Depth - 1);
 DoFFT(Depth - 1, Src, SrcSpacing * 2, Dest);
 DoFFT(Depth - 1, @Src^[SrcSpacing], SrcSpacing * 2, @Dest^[N]);
 Shift := TrigTableDepth - Depth;
 for j := 0 to N - 1 do
 begin
  Temp := Product(TrigTable^[j shl Shift],
  Dest^[j + N]);
  Dest^[j + N] := Difference(Dest^[j], Temp);
  Dest^[j] := Sum(Dest^[j], Temp);
 end;
end;
procedure FFT(Depth: word;
 Src: PScalars;
 Dest: PScalars);
var
 j, N: integer;
 Normalizer: extended;
begin
 N := integer(1) shl depth;
 if Depth TrigTableDepth then
  InitTrigTable(Depth);
 DoFFT(Depth, Src, 1, Dest);
 Normalizer := 1 / sqrt(N);
 for j := 0 to N - 1 do
  Dest^[j] := TimesReal(Dest^[j], Normalizer);
end;
procedure InitTrigTable(Depth: word);
var
 j, N: integer;
begin
 N := integer(1) shl depth;
 ReAllocMem(TrigTable, N * SizeOf(TScalar));
 for j := 0 to N - 1 do
  TrigTable^[j] := EiT(-(2 * Pi) * j / N);
 TrigTableDepth := Depth;
end;
initialization
 ;
finalization
 ReAllocMem(TrigTable, 0);
end.

unit DemoForm;
interface
uses
 Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs,
 StdCtrls;
type
 TForm1 = class(TForm)
  Button1: TButton;
  Memo1: TMemo;
  Edit1: TEdit;
  Label1: TLabel;
  procedure Button1Click(Sender: TObject);
 private
  { Private declarations }
 public
  { Public declarations }
 end;
var
 Form1: TForm1;
implementation
{$R *.DFM}
uses cplx, cplxfft1, MMSystem;
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
 j: integer;
 s: string;
 src, dest: PScalars;
 norm: extended;
 d, N, count: integer;
 st, et: longint;
begin
 d := StrToIntDef(edit1.text, -1);
 if d < 1 then
  raise
  exception.Create('глубина рекурсии должны быть положительным целым числом');
 N := integer(1) shl d;
 GetMem(Src, N * Sizeof(TScalar));
 GetMem(Dest, N * SizeOf(TScalar));
 for j := 0 to N - 1 do
 begin
  src^[j] := MakeComplex(random, random);
 end;
 begin
  st := timeGetTime;
  FFT(d, Src, dest);
  et := timeGetTime;
 end;
 Memo1.Lines.Add('N = ' + IntToStr(N));
 Memo1.Lines.Add('норма ожидания: ' + #9 + FloatToStr(N * 2 / 3));
 norm := 0;
 for j := 0 to N - 1 do
  norm := norm + AbsSquared(src^[j]);
 Memo1.Lines.Add('Норма данных: ' + #9 + FloatToStr(norm));
 norm := 0;
 for j := 0 to N - 1 do
  norm := norm + AbsSquared(dest^[j]);
 Memo1.Lines.Add('Норма FT: ' + #9#9 + FloatToStr(norm));
 Memo1.Lines.Add('Время расчета FFT: ' + #9
  + inttostr(et - st)
  + ' мс.');
 Memo1.Lines.Add(' ');
 FreeMem(Src);
 FreeMem(DEst);
end;
end.

**** Версия для работы с реальными числами:

unit cplxfft2;

interface

type

 PScalar = ^TScalar;

 TScalar = extended;

 PScalars = ^TScalars;

 TScalars = array[0..High(integer) div SizeOf(TScalar) - 1]

  of TScalar;

const

 TrigTableDepth: word = 0;

 CosTable: PScalars = nil;

 SinTable: PScalars = nil;

procedure InitTrigTables(Depth: word);

procedure FFT(Depth: word;

 SrcR, SrcI: PScalars;

 DestR, DestI: PScalars);

{Перед вызовом Src и Dest ТРЕБУЕТСЯ распределение

(integer(1) shl Depth) * SizeOf(TScalar)

байт памяти!}


implementation

procedure DoFFT(Depth: word;

 SrcR, SrcI: PScalars;

 SrcSpacing: word;

 DestR, DestI: PScalars);

{рекурсивная часть, вызываемая при готовности FFT}

var

 j, N: integer;

 TempR, TempI: TScalar;

 Shift: word;

 c, s: extended;

begin

 if Depth = 0 then

 begin

  DestR^[0] := SrcR^[0];

  DestI^[0] := SrcI^[0];

  exit;

 end;

 N := integer(1) shl (Depth - 1);

 DoFFT(Depth - 1, SrcR, SrcI, SrcSpacing * 2, DestR, DestI);

 DoFFT(Depth - 1,

  @SrcR^[srcSpacing],

  @SrcI^[SrcSpacing],

  SrcSpacing * 2,

  @DestR^[N],

  @DestI^[N]);

 Shift := TrigTableDepth - Depth;

 for j := 0 to N - 1 do

 begin

  c := CosTable^[j shl Shift];

  s := SinTable^[j shl Shift];

  TempR := c * DestR^[j + N] - s * DestI^[j + N];

  TempI := c * DestI^[j + N] + s * DestR^[j + N];

  DestR^[j + N] := DestR^[j] - TempR;

  DestI^[j + N] := DestI^[j] - TempI;

  DestR^[j] := DestR^[j] + TempR;

  DestI^[j] := DestI^[j] + TempI;

 end;

end;

procedure FFT(Depth: word;

 SrcR, SrcI: PScalars;

 DestR, DestI: PScalars);

var

 j, N: integer;

 Normalizer: extended;

begin

 N := integer(1) shl depth;

 if Depth TrigTableDepth then

  InitTrigTables(Depth);

 DoFFT(Depth, SrcR, SrcI, 1, DestR, DestI);

 Normalizer := 1 / sqrt(N);

 for j := 0 to N - 1 do

 begin

  DestR^[j] := DestR^[j] * Normalizer;

  DestI^[j] := DestI^[j] * Normalizer;

 end;

end;

procedure InitTrigTables(Depth: word);

var

 j, N: integer;

begin

 N := integer(1) shl depth;

 ReAllocMem(CosTable, N * SizeOf(TScalar));

 ReAllocMem(SinTable, N * SizeOf(TScalar));

 for j := 0 to N - 1 do

 begin

  CosTable^[j] := cos(-(2 * Pi) * j / N);

  SinTable^[j] := sin(-(2 * Pi) * j / N);

 end;

 TrigTableDepth := Depth;

end;

initialization

 ;

finalization

 ReAllocMem(CosTable, 0);

 ReAllocMem(SinTable, 0);

end.

unit demofrm;

interface

uses

 Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics,

 Controls, Forms, Dialogs, cplxfft2, StdCtrls;

type

 TForm1 = class(TForm)

  Button1: TButton;

  Memo1: TMemo;

  Edit1: TEdit;

  Label1: TLabel;

  procedure Button1Click(Sender: TObject);

 private

  { Private declarations }

 public

  { Public declarations }

 end;

var

 Form1: TForm1;

implementation

{$R *.DFM}

uses MMSystem;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var

 SR, SI, DR, DI: PScalars;

 j, d, N: integer;

 st, et: longint;

 norm: extended;

begin

 d := StrToIntDef(edit1.text, -1);

 if d < 1 then

  raise

  exception.Create('глубина рекурсии должны быть положительным целым числом');

 N := integer(1) shl d;

 GetMem(SR, N * SizeOf(TScalar));

 GetMem(SI, N * SizeOf(TScalar));

 GetMem(DR, N * SizeOf(TScalar));

 GetMem(DI, N * SizeOf(TScalar));

 for j := 0 to N - 1 do

 begin

  SR^[j] := random;

  SI^[j] := random;

 end;

 st := timeGetTime;

 FFT(d, SR, SI, DR, DI);

 et := timeGetTime;

 memo1.Lines.Add('N = ' + inttostr(N));

 memo1.Lines.Add('норма ожидания: ' + #9 + FloatToStr(N * 2 / 3));

 norm := 0;

 for j := 0 to N - 1 do

  norm := norm + SR^[j] * SR^[j] + SI^[j] * SI^[j];

 memo1.Lines.Add('норма данных: ' + #9 + FloatToStr(norm));

 norm := 0;

 for j := 0 to N - 1 do

  norm := norm + DR^[j] * DR^[j] + DI^[j] * DI^[j];

 memo1.Lines.Add('норма FT: ' + #9#9 + FloatToStr(norm));

 memo1.Lines.Add('Время расчета FFT: ' + #9 + inttostr(et - st));

 memo1.Lines.add('');

 (*for j:=0 to N - 1 do

 Memo1.Lines.Add(FloatToStr(SR^[j])

 + ' + '

 + FloatToStr(SI^[j])

 + 'i');

 for j:=0 to N - 1 do

 Memo1.Lines.Add(FloatToStr(DR^[j])

 + ' + '

 + FloatToStr(DI^[j])

 + 'i');*)


 FreeMem(SR, N * SizeOf(TScalar));

 FreeMem(SI, N * SizeOf(TScalar));

 FreeMem(DR, N * SizeOf(TScalar));

 FreeMem(DI, N * SizeOf(TScalar));

end;

end.


Взято с http://delphiworld.narod.ru

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
Проверка
Антиспам проверка
Image CAPTCHA
...