DSP 101
M6 · L2
الوحدة 6 — تحويل فورييه السريع
خوارزمية كولي-توكي

قسّم DFT ذا N نقطة إلى DFT-ين من N/2 نقطة، كرّر بشكل تكراري، وخفّض عمليات الضرب المركّب من N² إلى (N/2)·log₂N — تسريع يصل إلى 100,000× للإشارات الكبيرة.

1 / 9
DSP 101
M6 · L2
الفكرة الأساسية
زوجي + فردي = DFT نصفيّان

فصل عينات الدخل إلى ذات الفهارس الزوجية (x[0], x[2], x[4], …) والفردية (x[1], x[3], x[5], …). كل مجموعة تشكّل DFT من N/2 نقطة. الدمج يتم عبر معاملات التلوين.

تحلل DIT
X[k] = X_{\text{even}}[k] + W_N^{\,k}\,X_{\text{odd}}[k]
2 / 9
DSP 101
M6 · L2
العملية الأساسية
الفراشة Butterfly

ضرب مركّب واحد (معامل التلوين W_N^k)، جمعان، وخرجان. لأن W^{k+N/2} = −W^k، نحصل على X[k] وX[k+N/2] معاً بضرب واحد فقط — هنا يكمن سر الكفاءة.

1×
ضرب مركّب
2×
جمع مركّب
2
خرجان
3 / 9
DSP 101
M6 · L2
التكرار
قسّم حتى البساطة

استمر في التنصيف: N → N/2 → N/4 → … → 2. في القاع، DFT ذو نقطتين مجرد فراشة واحدة بـ W = 1. شجرة التكرار لها log₂ N مستوى، كل منها يحتاج N/2 فراشة.

مثال N = 8
3 مراحل × 4 فراشات = 12 ضرباً (مقابل 64 في DFT المباشر)
4 / 9
DSP 101
M6 · L2
التعقيد
N log N مقابل N²
205×
تسريع عند N=1024
683×
تسريع عند N=4096
100K×
تسريع عند N=2²⁰

التسريع يتنامى مع N — مما يجعل FFT متفوقاً بصورة متزايدة للتحويلات الكبيرة التي تتطلبها التطبيقات الحديثة.

5 / 9
DSP 101
M6 · L2
الحساب في الموقع
تبديل عكس البت

يُعيد التقسيم الزوجي-الفردي المتكرر ترتيب العينات بـعكس فهرسها الثنائي. بعد التبديل، تعمل مراحل الفراشة log₂ N في الموقع — دون الحاجة لذاكرة إضافية سوى المصفوفة الأصلية.

مثال (N=8)
الفهرس 3 (011₂) ↔ الفهرس 6 (110₂)
6 / 9
DSP 101
M6 · L2
ما وراء الأساسيات
الراديكس-4 والراديكس المقسّم
  • الراديكس-2 الزمني: تقسيم إلى نصفين؛ (N/2)log₂N ضرباً — الأبسط
  • الراديكس-2 الترددي: تقسيم الخرج؛ نفس العدد، ترتيب معكوس البت
  • الراديكس-4: تقسيم رباعي — 25% ضربات أقل
  • الراديكس المقسّم: راديكس-2 للزوجي وراديكس-4 للفردي — أدنى حد نظري
  • FFTW / Intel IPP: تختار أمثل خوارزمية للأجهزة تلقائياً
  • كلها في جوهرها كولي-توكي — فرّق، لوّن، ادمج
7 / 9
DSP 101
اختبار سريع

تحقّق ممّا ثبت

أربعة أسئلة من هذا الدرس. أجب لترى السبب — يظهر الشرح سواء أصبتَ أم أخطأت. ولا شيء يُسجَّل أو يُحفَظ.

السؤال 1 من 0
النتيجة 0/0

8 / 9
DSP 101
M6 · L2
أبرز ما تعلمناه
ما تعلمته
  • تقسيم N-نقطة إلى نصفين زوجي/فردي — DFT-ان من N/2 نقطة
  • الفراشة: ضرب 1 + جمعان → خرجان (W^{k+N/2} = −W^k)
  • log₂ N مرحلة × N/2 فراشة = O(N log N) إجمالاً
  • N = 1,024: 5,120 مقابل 1,048,576 ضرباً — 205× أسرع
  • في الموقع عبر تبديل عكس البت — ذاكرة O(N)
  • الراديكس المقسّم يُحقق أدنى عدد معروف من الضربات
اقرأ المقال كاملاً ←
9 / 9
1 / 8 كتم