Python FFT合成波形的实例

yipeiwu_com7年前Python基础

使用Python numpy模块带的FFT函数合成矩形波和方波,增加对离散傅里叶变换的理解。

导入模块

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


分别是产生一个周期的方波和三角波程序

# 产生size点取样的三角波,其周期为1
def triangle_wave(size):
  x = np.arange(0, 1, 1.0/size)
  y = np.where(x<0.5, x, 0)
  y = np.where(x>=0.5, 1-x, y)
  return x, y
 
def square_wave(size):
  x = np.arange(0, 1, 1.0/size)
  y = np.where(x<0.5, 1.0, 0)
  return x, y


其中np.where函数第二个值是if,第三个是else

下面程序可以计算对应的频谱,采样点数取为2的n次幂是为了便于FFT计算

fft_size = 256
 
# 计算三角波和其FFT
x, y = triangle_wave(fft_size)
fy = np.fft.fft(y) / fft_size


下面对计算的频谱进行可视化,频率对应的强度使用工程上常用的分贝dp来表示

# 绘制三角波的FFT的前20项的振幅,由于不含下标为偶数的值均为0, 因此取
# log之后无穷小,无法绘图,用np.clip函数设置数组值的上下限,保证绘图正确
plt.figure()
plt.plot(np.clip(20*np.log10(np.abs(fy[:20])), -120, 120), "o")
plt.xlabel("frequency bin")
plt.ylabel("power(dB)")
plt.title("FFT result of triangle wave")


下面用正弦和余弦函数合成信号

# 取FFT计算的结果freqs中的前n项进行合成,返回合成结果,计算loops个周期的波形
def fft_combine(freqs, n, loops=1):
  length = len(freqs) * loops
  data = np.zeros(length)
  index = loops * np.arange(0, length, 1.0) / length * (2 * np.pi)
  for k, p in enumerate(freqs[:n]):
    if k != 0: p *= 2 # 除去直流成分之外,其余的系数都*2
    data += np.real(p) * np.cos(k*index) # 余弦成分的系数为实数部
    data -= np.imag(p) * np.sin(k*index) # 正弦成分的系数为负的虚数部
  return index, data

其中index代表频谱空间的采样点

画出合成信号,x坐标使用默认的整数表示即可

# 绘制原始的三角波和用正弦波逐级合成的结果,使用取样点为x轴坐标
plt.figure()
plt.plot(y, label="original triangle", linewidth=2)
for i in [0,1,3,5,7,9]:
  index, data = fft_combine(fy, i+1, 2) # 计算两个周期的合成波形
  plt.plot(data, label = "N=%s" % i)
plt.legend()
plt.title("partial Fourier series of triangle wave")
plt.show()

以上这篇Python FFT合成波形的实例就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持【听图阁-专注于Python设计】。

相关文章

win10下python2和python3共存问题解决方法

win10下python2和python3共存问题解决方法

1.依次安装python2和python3,并添加到系统环境变量中 2.找到python3的安装目录,一般在C:\Users\Administrator\AppData\Local\Pr...

Python数据分析pandas模块用法实例详解

本文实例讲述了Python数据分析pandas模块用法。分享给大家供大家参考,具体如下: pandas pandas10分钟入门,可以查看官网:10 minutes to pandas...

python获取指定字符串中重复模式最高的字符串方法

给定一个字符串,如何得到其中重复模式最高的子字符串,我采用的方法是使用滑窗机制,对给定的字符串切分,窗口的大小从1增加到字符串长度减1,将所有的得到的切片统计结果,在这里不考虑单个字符的...

浅析python递归函数和河内塔问题

关于递归函数:   函数内部调用自身的函数。 以n阶乘为例:   f(n) = n ! = 1 x 2 x 3 x 4 x...x(n-1)x(n) = n x (n-1) ! de...

python Pexpect 实现输密码 scp 拷贝的方法

在服务器A上的程序用到服务器B上的文件data,并且需要定期更新文件。 但是直接在bash文件中使用 scp -P 1000 192.168.199.10:/temp/data /t...