есть ли способ разложения быстрее? И какой?
Разложите тупо по комплексным экспонентам, а потом сверните полученные комплексные коэффы по стандартным правилам к стандартным же синусам и косинусам. Выигрыш составит точно не менее 30% (но, скорее всего, и не более 60% -- увы, чудес не бывает).
Но это, естественно, лишь после того, как разберётесь с периодами (с).