Tuesday, November 30, 2010

Discrete Fourier Transform in Ruby

...Just for a laugh...

I'm reading this amazing book at the moment, http://www.dspguide.com/ and thought it would be fun to code some stuff in Ruby.

The code...

#!/usr/bin/ruby

require 'complex'

class DFT
        def initialize( size )
                @freq = Array.new( size, Complex(0,0) )
        end

        # set data
        def data( data )
                @data = data
        end

        # get frequency table
        def freq
                @freq
        end

        # reset the frequency table
        def reset
                @freq.map! do |d|
                        Complex( 0,0 )
                end
        end

        # transform data and return the frequency table
        def transform
                raise "No input data" unless @data
                (0..@freq.size-1).each do |k|
                        @data.each_with_index do |d,i|
                                @freq[k] = Complex(
                                        @freq[k].real + d * Math.cos( 2 * Math::PI * k * i / @data.size ),
                                        @freq[k].imag - d * Math.sin( 2 * Math::PI * k * i / @data.size )
                                )
                        end
                end
                return @freq
        end
end



And a test...

#!/usr/bin/ruby

require 'dft.rb'
require 'test/unit'

class TestDFT < Test::Unit::TestCase
        def setup
                # Compose a data set containing two frequencies, f1 & f2
                # Assume the data set contains 1 second worth of samples so
                # f1 & f2 are in Hz and should be less than half the number of samples (Nyquist)
                @data = Array.new(64)
                f1 =10
                f2 =25
                amplitude = 1
                i=-1
                @data.map! do |d|
                        i=i+1
                        Math.sin( 2 * Math::PI * f1 * i / @data.size ) + Math.sin( 2 * Math::PI * f2 * i / @data.size )
                end
        end

        def test_dft_throws_exception_with_no_input
                dft = DFT.new( 32 )
                assert_raise RuntimeError do
                        freq = dft.transform
                end
        end

        def test_dft_has_correct_output_size
                dft = DFT.new( 32 )
                dft.data( @data )
                freq = dft.transform
                assert_equal( 32, freq.size )
                assert_equal( 32, dft.freq.size )
        end

        def test_dft_has_correct_output
                dft = DFT.new( 32 )
                dft.data( @data )
                dft.transform

                assert dft.freq.at(10).abs > 1
                assert dft.freq.at(25).abs > 1
        end

        def test_display
                dft = DFT.new( 32 )
                dft.data( @data )
                dft.transform
                puts "\nFrequencies found:\n"
                dft.freq.each_with_index do |f,i|
                        if (f.abs > 1)
                                printf( "%d %.30f   %.30f  %.30f\n", i, f.real, f.imag, f.abs )
                        end
                end
        end
end


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