将 Matlab 的 FFT 移植到本机 Java答案

【问题标题】：Port Matlab's FFT to native Java将 Matlab 的 FFT 移植到本机 Java
【发布时间】：2011-08-17 15:40:27
【问题描述】：

我想将 Matlab 的快速傅里叶变换函数 fft() 移植到本机 Java 代码中。

作为起点，我使用JMathLib 的代码，其中 FFT 的实现方式如下：

    // given double[] x as the input signal

    n = x.length;  // assume n is a power of 2
    nu = (int)(Math.log(n)/Math.log(2));
    int n2 = n/2;
    int nu1 = nu - 1;
    double[] xre = new double[n];
    double[] xim = new double[n];
    double[] mag = new double[n2];
    double tr, ti, p, arg, c, s;
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        xre[i] = x[i];
        xim[i] = 0.0;
    }
    int k = 0;

    for (int l = 1; l <= nu; l++) {
        while (k < n) {
            for (int i = 1; i <= n2; i++) {
                p = bitrev (k >> nu1);
                arg = 2 * (double) Math.PI * p / n;
                c = (double) Math.cos (arg);
                s = (double) Math.sin (arg);
                tr = xre[k+n2]*c + xim[k+n2]*s;
                ti = xim[k+n2]*c - xre[k+n2]*s;
                xre[k+n2] = xre[k] - tr;
                xim[k+n2] = xim[k] - ti;
                xre[k] += tr;
                xim[k] += ti;
                k++;
            }
            k += n2;
        }
        k = 0;
        nu1--;
        n2 = n2/2;
    }
    k = 0;
    int r;
    while (k < n) {
        r = bitrev (k);
        if (r > k) {
            tr = xre[k];
            ti = xim[k];
            xre[k] = xre[r];
            xim[k] = xim[r];
            xre[r] = tr;
            xim[r] = ti;
        }
        k++;
    }
    // The result 
    // -> real part stored in xre
    // -> imaginary part stored in xim

不幸的是，当我对它进行单元测试时，它并没有给我正确的结果，例如使用数组

双[] x = { 1.0d, 5.0d, 9.0d, 13.0d };

Matlab 中的结果：

28.0
-8.0 - 8.0i
-8.0
-8.0 + 8.0i

我的实现结果：

28.0
-8.0 + 8.0i
-8.0
-8.0 - 8.0i

注意复杂部分的符号是如何错误的。

当我使用更长、更复杂的信号时，实现之间的差异也会影响数字。因此，实现差异不仅与某些符号“错误”有关。

我的问题：如何调整我的实现以使其与 Matlab 实现“相等”？或者：是否已经有一个库可以做到这一点？

【问题讨论】：

如果我在 Matlab 中运行它，我会得到第二组数字。
native Java 不是矛盾吗？ :-)
您能举例说明尺寸 8 的差异吗？尺寸 16？谢谢。
投票结束：您一定犯了一个错误，因为 Matlab（或手动计算）会导致您列出的 第二个 组数字，而不是第一个.
@Oli Charlesworth Aha：当作为 4x1 矩阵放入 Matlab 时，它实际上会产生相同的数字，而当作为 1x4 矩阵时，它会给出我的问题中给出的错误数字。如何调整实现以使用 double[][] 数组，以便我可以支持真正的矩阵化（具有多行和多列）？

标签： java matlab port fft

【解决方案1】：

为了在矩阵上使用 Jtransforms 进行 FFT，您需要逐列执行 fft col，然后将它们加入矩阵。这是我与 Matlab fft 比较的代码

double [][] newRes = new double[samplesPerWindow*2][Matrixres.numberOfSegments];
double [] colForFFT = new double [samplesPerWindow*2];
DoubleFFT_1D fft = new DoubleFFT_1D(samplesPerWindow);

for(int y = 0; y < Matrixres.numberOfSegments; y++)
{
    //copy the original col into a col and and a col of zeros before FFT
    for(int x = 0; x < samplesPerWindow; x++)
    {
        colForFFT[x] = Matrixres.res[x][y];        
    }

    //fft on each col of the matrix
    fft.realForwardFull(colForFFT);                                                     //Y=fft(y,nfft);

    //copy the output of col*2 size into a new matrix 
    for(int x = 0; x < samplesPerWindow*2; x++)
    {
        newRes[x][y] = colForFFT[x];    
    }

}

希望这是您正在寻找的。请注意，Jtransforms 将复数表示为

array[2*k] = Re[k], array[2*k+1] = Im[k]

【讨论】：