离散时间信号处理PPT_第八章 离散傅里叶变换
离散傅立叶变换

则
m 0
N 1 N 1 ~ f ( n ) ~ ( m) ~ ( n m ) ~ ( m ) ~ ( n m) x y y x
记为
~ f ( n) ~ ( n) ~ ( n) y x
谢 谢!
(3)周期卷积性质 ~ ~ ~ 若 F (k ) X (k ) Y (k ) ~ 则 f ( n) ~ ( n) ~ ( n) y x
2T
t
3. 时移和频移定理
x(t ) X ( f )
x(t t0 ) e
j 2ft0
X( f )
e jx cos x j sin x jx e cos x j sin x
x(t )e
4.卷积定理
j 2f 0t
X ( f f0 )
x1 (t ) x2 (t ) X1 ( f ) X 2 ( f )
。
4、DFS 的性质: (1)线性 (2)移位 ~ ~ ~ (n) b~ (n)] aX (k ) bY (k ) DFS[ax y ~ ~ (n m)] W mk X (k ) DFS[ x
N
~ nl IDFS[ X (k l )] WN ~ (n) x (3)周期卷积 ~ ~ ~ 若 F (k ) X (k ) Y (k )
连续傅里叶变换(FT):
连续时间,连续频率 的傅里叶变换。 傅里叶级数(FS): 连续时间,离散频率 的傅里叶变换 序列的傅里叶变换(DTFT): 离散时间, 连续频率 的傅里叶变换. 离散傅里叶变换(DFT): 离散时间, 离散频率 的傅里叶变换
3.1.1
连续时间信号的傅立叶变换
将~的傅氏级数式两端乘以 x e 求和,则得到 x ~(n)e
离散时间傅里叶变换

离散时间傅⾥叶变换1. 离散时间傅⾥叶变换的导出针对离散时间⾮周期序列,为了建⽴它的傅⾥叶变换表⽰,我们将采⽤与连续情况下完全类似的步骤进⾏。
考虑某⼀序列x[n],它具有有限持续期;也就是说,对于某个整数N1和N2,在 −N1⩽以外,x[n]=0。
下图给出了这种类型的⼀个信号。
由这个⾮周期信号可以构成⼀个周期序列\tilde x[n],使x[n]就是\tilde x[n]的⼀个周期。
随着N的增⼤,x[n]就在⼀个更长的时间间隔内与\tilde x[n]相⼀致。
⽽当N\to \infty,对任意有限时间值n⽽⾔,有\tilde x[n]=x[n]。
现在我们来考虑⼀下\tilde x[n]的傅⾥叶级数表⽰式\tag{1}\tilde x[n] = \sum_{k=(N)}a_ke^{jk{(2\pi/N)}n}\tag{2}a_k = \frac{1}{N} \sum_{n=(N)} \tilde x[n]e^{-jk{(2\pi/N)}n}因为在-N_1 \leqslant N \leqslant N_2区间的⼀个周期上\tilde x[n]=x[n],因此我们将上式的求和区间就选在这个周期上\tag{3}a_k = \frac{1}{N} \sum_{n=-N_1}^{N_2} x[n]e^{-jk{(2\pi/N)}n} = \frac{1}{N} \sum_{n=-\infty}^{+\infty} x[n]e^{-jk{(2\pi/N)}n}现定义函数\tag{4}X(e^{j\omega})=\sum_{n=-\infty}^{+\infty}x[n]e^{-j\omega n}可见这些系数a_k正⽐于X(e^{j\omega})的各样本值,即\tag{5}a_k = \frac{1}{N}X(e^{jk\omega_0})式中,\omega_0=2\pi/N⽤来记作在频域中的样本间隔。
离散时间信号的傅里叶变换和离散傅里叶变换

离散时间信号的傅里叶变换和离散傅里叶变换摘要本文主要介绍了离散时间信号的离散时间傅里叶变换及离散傅里叶变换,说明其在频域的具体表示和分析,并通过定义的方法和矩阵形式的表示来给出其具体的计算方法。
同时还介绍了与离散时间傅里叶变换(DTFT )和离散傅里叶变换(DFT )相关的线性卷积与圆周卷积,并讲述它们之间的联系,从而给出了用圆周卷积计算线性卷积的方法,即用离散傅里叶变换实现线性卷积。
1. 离散时间傅里叶变换1.1离散时间傅里叶变换及其逆变换离散时间傅里叶变换为离散时间序列x[n]的傅里叶变换,是以复指数序列{}的序列来表示的(可对应于三角函数序列),相当于傅里叶级数的展n j e ω-开,为离散时间信号和线性时不变系统提供了一种频域表示,其中是实频率ω变量。
时间序列x[n]的离散时间傅里叶变换定义如下:)(ωj e X (1.1)∑∞-∞=-=nnj j e n x e X ωω][)(通常是实变量的复数函数同时也是周期为的周期函数,并且)(ωj e X ωπ2的幅度函数和实部是的偶函数,而其相位函数和虚部是的奇函数。
)(ωj e X ωω这是由于:(1.2))()()(tan )()()()(sin )()()(cos )()(222ωωωωωωωωωωθωθωθj re j im j im j re j j j im j j re e X e X e X e X e X e X e X e X e X =+===由于式(1.1)中的傅里叶系数x[n]可以用下面给出的傅里叶积分从中算出:)(ωj e X 1(1.3)ωπωππωd e eX n x n j j )(21][⎰-=故可以称该式为离散时间傅里叶逆变换(IDTFT ),则式(1.1)和(1.3)构成了序列x[n]的离散时间傅里叶变换对。
上述定义给出了计算DTFT 的方法,对于大多数时间序列其DTFT 可以用收敛的几何级数形式表示,例如序列x[n]=,此时其傅里叶变换可以写成简单n α的封闭形式。
离散傅里叶变换(DFT)

尾补L-M
(2) 第1行以后的各行均是前一行向右循环移1位
(3) 矩阵的各主对角线上的序列值均相等。
y(0)c x(0) x(L1) x(L2)
y(1)c
x(1)
x(0) x(L1)
y(2)c
= x(2)
x(1)
x(0)
y(L1)c x(L1) x(L2) x(L3)
m0
n'm
精选课件
N1
N1
X(k) x1(m)WN km x2(n')WN kn '
m0
n'0
X1(k)X2(k), 0kN1
由于 X ( k ) D F T [ x ( n ) ] X 1 ( k ) X 2 ( k ) X 2 ( k ) X 1 ( k ), 因此
x (n ) ID F T [X (k)] x 1 (n ) x2(n)x2(n) x 1 ( n )
精选课件
若 则
且
D[F x(n)T ]X (k) D [ x ( F n (m T )N R )N ( n ) ] W N m X ( k k ) ID [X (k F ( l)T N ) R N ( k ) ] W N n x ( ln )
证明:
N 1
N 1
Y ( k ) D F T [ y ( n ) ] N x ( ( n m ) ) N R N ( n ) W N k n x ( ( n m ) ) N W N k n
m0
(3.2.5)
yc(n)=h(n) x(n)
L称为循环卷积区间长度,L≥max[N,M]。
精选课件
离散时间序列的傅里叶变换

傅里叶变换: 傅里叶反变换:
F ( j ) f ( t )e jt dt
1 f (t ) 2
F ( j )e jt d
一、离散序列傅里叶变换DTFT公式
F (e j ) F ( z )
T
z e jT
F (e j )
围内。
四、几种特殊的离散时间系统:
低通、高通、带通、带阻
全通系统
最小相位系统 最小相位系统:极零点全部在单位圆内。
全通
1) m=n;
2)
H (e j ) H 0 H ( z) |z 1
全通系统:对任意频率的离散正弦时间信号都有相同的幅
频响应,除了在z=0处的极点外,其余的极点和零点关于单
r (k )
i
k i k h ( i )( 1 ) ( 1 )
i
( 1) k H ( z ) z 1
H(-1)=32/3
32 r (k ) ( 1) k 3
k
作业:8.17 (2) , (3);
8.18(1)(5)
解:
F (e )
j
k
R
N
(k )e
j k
e jk
k 0
N 1
1 e 1 e j
j N
N sin j N 1 2 e 2 sin 2
| F (e j ) | e j ( )
|F(e j)| 幅频特性曲线 ()相频特性曲线
位圆镜像对称(即两者相角相等,幅度互为倒数, 或 zi
1 pi*
)
08第八讲 离散傅里叶级数(DFS)

~ ~( n ) = IDFS [ X ( k )] = 1 x N
j nk 1 ~ N ∑ X ( k )e = N k =0
N −1
~ − X ( k )WN nk ∑
k =0
N −1
DFS[·]表示离散傅里叶级数正变换,IDFS[·]表示离散 傅里叶级数反变换。 只要知道周期序列一个周期的内容,其他的内容也都知道 了。 所以,这种无限长序列实际上只有一个周期中的N个序列 值有信息。 因而周期序列和有限长序列有着本质的联系。
~ (n 设) 和 ~2 (n ) 皆是周期为N的周期序列,们各自的DFS分 x x1
别为:
~ X 1 (k ) = DFS [ ~1 ( n )] x ~ X 2 ( k ) = DFS [ ~2 ( n )] x
第3章 离散傅里叶变换
2.3.1 线性
~ ~ ~ ( n ) + b~ ( n )] = aX ( k ) + bX ( k ) DFS [ax1 x2 1 2
~ X ( k ) = ∑ ~ ( n )e x
n =0
N −1
−j
2π kn N
~( n ) = 1 x N
~ ∑ X ( k )e
k =0
N −1
j
2π kn N
第3章 离散傅里叶变换
使用 WN = e
−j
2π N
表示为: 表示为
2π
N −1 N −1 − j nk ~ nk X ( k ) = DFS [ ~( n )] = ∑ ~( n )e N = ∑ ~( n )WN x x x n =0 n =0 2π
第3章离散傅里叶变换第八讲离散傅里叶级数dfs31引言32周期序列的离散傅里叶级数dfs33离散傅里叶级数dfs的性质第3章离散傅里叶变换xat??txptoottpxnton点xpnon点ntnabcdxaj?1?0o?0?xpjk??ok???xej???1txejk??s?oo??n点?st时域频域连续非周期非周期连续连续周期非周期离散离散非周期周期连续离散周期周期离散31傅里叶变换的几种可能形式第3章离散傅里叶变换表表31四种傅里叶变换形式的归纳时间函数频率函数连续和非周期非周期和连续连续和周期非周期和离散离散和非周期周期和连续散和周期周期和离散一个域的离散对应另一个域的周期延拓一个域的连续必定对应另一个域的非周期第3章离散傅里叶变换31引言数字计算机只能计算有限长离散序列序列的傅里叶变换和z变换
数字信号处理之离散傅里叶变换

共轭对称性
对于实数输入信号,DFT 的结果X[k]满足共轭对称 性,即X[-k] = X[k]*。
离散傅里叶变换的矩阵表示
DFT可以表示为一个矩阵运算, 即X = W * x,其中X是DFT的输 出,x是输入信号,W是DFT的
权重矩阵。
权重矩阵W是一个复数矩阵,具 有特殊的结构,可以通过快速傅 里叶变换(FFT)算法进行高效
03
其他信号处理方法还包括短时 傅里叶变换、Wigner-Ville分 布等,可根据具体应用场景选 择合适的信号处理方法。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 06
结论
离散傅里叶变换的重要性和应用价值
离散傅里叶变换(DFT)是数字信号处理领域 中的重要工具,它能够将信号从时域转换到频 域,从而揭示信号的频率成分和特征。
DFT在通信、雷达、声呐、图像处理、语音识 别等领域有着广泛的应用,是实现信号分析和 处理的关键技术之一。
图像压缩
通过对图像进行DFT变换,将图像从空间域变换到频域,可以提取出图像的主要频率成分 ,从而实现图像压缩。常见的图像压缩算法有JPEG和JPEG2000等。
05
离散傅里叶变换的局限性和改进方法
离散傅里叶变换的局限性
计算量大
离散傅里叶变换需要进行大量复杂的复数运算,对于大数据量信 号处理效率较低。
方式。
离散傅里叶变换的编程实现
01
编程语言如Python、C等提供了离散傅里叶变换的库函数,可 以直接调用进行计算。
02
编程实现时需要注意数据的输入输出、内存管理、异常处理等
问题,以保证程序的正确性和稳定性。
编程实现离散傅里叶变换时,可以根据实际需求选择不同的库
03
函数和算法,以达到最优的计算效果。
离散信号的傅里叶变换

离散信号的傅里叶变换(Discrete Fourier Transform, DFT)是傅里叶变换在离散序列上的推广。
它将一个长度为N的离散序列x(n)变换为另一个长度为N的离散序列X(k),其中k表示频域上的采样点,其计算公式为:
$$X(k) = \sum_{n=0}^{N-1} x(n) e^{-j\frac{2\pi}{N}nk}$$
其中,j表示虚数单位,e表示自然对数的底数。
DFT计算公式中的$e^{-j\frac{2\pi}{N}nk}$是傅里叶变换中的旋转因子,其实现了时域上的周期性和频域上的周期性,使得离散序列的傅里叶变换是一个周期函数。
DFT可以用于信号的频域分析、滤波、降噪等处理,是数字信号处理中的重要工具之一。
DFT的计算可以用离散傅里叶变换算法(如蝴蝶算法)来实现,计算复杂度为O(NlogN)。
需要注意的是,DFT是一种离散的、周期性的变换,只能处理周期性的信号。
对于非周期性的信号,可以采用零填充等方法来实现周期扩展,再进行DFT计算。
傅里叶变换课件

快速傅里叶变换的算法原理
快速傅里叶变换(FFT)是一种高效的计算DFT的算法,其基本思想是将DFT运算分解为一系列简单 的复数乘法和加法运算。
FFT算法可以分为基于分治策略的递归算法和基于蝶形运算的迭代算法。其中,递归算法将DFT运算 分解为两个子序列的DFT运算,迭代算法则通过一系列蝶形运算逐步逼近DFT的结果。
,实现图像的压缩。
解压缩
通过插值或重构算法,可以恢复 压缩后的图像,使其具有原始的
质量和细节。
压缩与解压缩算法
常见的压缩与解压缩算法包括 JPEG、PNG等。这些算法在压 缩和解压缩过程中都利用了傅里
叶变换。
06
傅里叶变换在通信系统中的应用
调制与解调技术
调制技术
利用傅里叶变换对信号进行调制,将 低频信号转换为高频信号,以便在信 道中传输。
在频域中,可以使用各种滤波器 对图像进行滤波操作,以减少噪 声、平滑图像或突出特定频率的
细节。
边缘增强
通过在频域中增强高频成分,可以 突出图像的边缘信息,使图像更加 清晰。
对比度增强
通过调整频域中的频率系数,可以 改变图像的对比度,使图像更加鲜 明。
图像的压缩与解压缩
压缩
通过减少图像的频域表示中的频 率系数,可以减少图像的数据量
快速傅里叶变换的应用
• FFT在信号处理、图像处理、语音处理等领域有着广泛的应用。例如,在信号处理中,可以通过FFT将时域信号转换为频域 信号,从而对信号进行频谱分析、滤波等操作。在图像处理中,可以通过FFT将图像从空间域转换到频域,从而对图像进行 去噪、压缩等操作。在语音处理中,可以通过FFT对语音信号进行频谱分析,从而提取语音特征、进行语音合成等操作。
分析、系统优化等。
《离散傅里叶变换》课件

离散傅里叶级数
探索离散傅里叶级数的定义、性 质和计算方法以及在数字信号处 理中的应用。
离散傅里叶变换
仔细研究离散傅里叶变换的离散 性质和变换公式,揭示其在信号 分析中的独特优势。
离散傅里叶变换的性质
探索离散傅里叶变换的对称性、 线性性以及快速计算算法,解开 其工程应用的奥秘。
离散傅里叶变换实践1海明窗函数图像处理
探索离散傅里叶变换在图像滤波、增强和压缩中的重要作用。
视频编码
揭示离散傅里叶变换在视频编码和压缩领域的关键应用和优化策略。
总结
离散傅里叶变换的优点与缺点
离散傅里叶变换未来的发展趋势
2
深入了解海明窗函数的定义和特性,以
及在信号处理中的应用场景。
3
快速傅里叶变换算法
介绍快速傅里叶变换算法的基本原理和 实现方法,让你轻松掌握高效算法的使 用。
离散傅里叶变换与信号处理实例
通过实际案例演示离散傅里叶变换在语 音信号和图像信号处理中的应用与效果。
离散傅里叶变换应用
语音信号处理
深入研究离散傅里叶变换在语音信号分析、压缩和合成中的广泛应用。
《离散傅里叶变换》PPT 课件
本课件介绍离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform),让你轻松理解 该概念及其应用。从基本理论到实践应用,一网打尽。
简介
什么是离散傅里叶变换
深入探索离散傅里叶变换的定义、原理和作用,为你打开全新的数学世界。
应用领域
探索离散傅里叶变换在信号处理、图像处理、视频编码等领域的广泛应用。
傅里叶理论基础
1 傅里叶级数
揭秘傅里叶级数的概念和 原理,了解它在周期信号 分析中的作用。
2 傅里叶变换
《离散傅里叶变换》课件

其中,$W_N = e^{-frac{2pi i}{N}}$是复数单位根。
DFT的性质
• 线性性质:若$a[n]$和$b[n]$是两个离散信号,且$c[n] = a[n] + b[n]$,则其DFT满足
DFT的性质
$C[k] = A[k] + B[k]$
直接计算法
定义
直接计算法是离散傅里叶变换 (DFT)最基础的方法,通过 直接计算得出信号的频域表示
。
过程
对给定的有限长度序列,通过 逐个计算每个复数乘积,得到 DFT的结果。
优点
简单易懂,易于理解。
缺点
计算量大,效率低,不适合处 理大规模数据。
快速傅里叶变换(FFT)算法
定义
过程
快速傅里叶变换(FFT)是一种高效的计算 DFT的算法,通过减少冗余计算,显著降低 了DFT的计算复杂度。
周期性:对于长度为N的信号,其DFT具有周期性,即
DFT的性质
$X[k+N] = X[k]$
共轭对称性:对于长度为N的实数信号,其DFT具有共轭对称性,即
DFT的性质
$X[-k] = X[k]^*$ Parseval恒等式:对于任何离散信号x[n],其DFT满足
$sum_{n=0}^{N-1} |x[n]|^2 = frac{N}{2pi} sum_{k=0}^{N-1} |X[k]|^2$
频率提取
通过DFT,可以从复杂的信号中 提取特定的频率分量,用于信号 识别和特征提取。
信号处理
滤波
利用DFT,可以对信号进行滤波,去 除噪声或增强特定频率的信号。
调制与解调
离散傅里叶变换(DFT)PPT课件

x(n)与 ~x(n) x(n)
…
…
0
n
例: ~x(n)是周期为 N=4 的序列,求 n=6 和 n=-1 对 N的余数。
对于周期序列 ~x(n) ,定义其第一个周期 n=0~N-1,为
~x(n) 的“主值区间”,主值区间上的序列为主值序列 x(n)。
x(n)与 ~x(n) 的关系可描述为:
~x(n)是x(n)的周期延拓 x(n)是~x(n)的"主值序"列
数学表示:
~ x(n)x(n ()N ) x(n)~ x(n)RN(n)x(n ()N )RN(n)
x(n) 1
0.5
0 0 10 20 30 40
IDFS|X(k)| 1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 10 20 30 40
|X(k)|
arg|X(k)|
12
2
10
8
1
6
0
4
2
-1
-
14
0 10 20 30 40
0 10 20 30 40
序列周期重复次数对序列频谱的影响:
理论上,周期序列不满足绝对可积条件,因此不能用傅立叶级 数来表示。要对周期序列进行分析,可以先取K个周期处理, 然后再让K趋于无穷大,研究其极限情况。基于该思想,可以 观察到序列信号由非周期到周期变化时,频谱由连续谱逐渐向 离散谱过渡的过程。
101510510151015105101563物理频率分辨率越高就越能真实刻划信号的频率构成成分或者说越能体现细节即在频域中描述得比较精确对离散时间信号x比如你的信号中有个5hz10hz102hz20hz25hz等正弦成分他们相邻的最小频率间隔是1021002hz也就是说你需要把10和102hz这两个成分分开即可如果分辨率太高则数据量太长浪费计算时间如果分辨率太低则无法把这两个频率分开所以你可以选择截取的最小时长为t1102105秒
离散傅里叶变换

3.2 离散傅里叶变换的性质
DFT隐含着周期性,因此在讨论DFT的性质时,常与DFS的概念 联系起来,并把有限长序列看作周期序列的一个周期来处理。 设x1(n)和x2(n)的长度都为N,且它们对应的DFT分别为X1(k)和X2(k)。 1.线性 设x3(n)=ax1(n)+bx2(n),a和b都为常数,则
证明:
N 1
N 1
Y
k
DFT
y n
xn
m N
RN
n WNkn
xn
m N
WNkn
n0
n0
令n+m=n’,则有:
N 1m
N 1m
Y k DFT yn
x
n'
W kn'm
NN
WNkm
x
n'
W kn'
NN
n 'm
n 'm
即可因,为取主x值n'区N W间Nkn'为以求N和为区周间期,,得上证式。中的求和区间任取一个周期20
X (n)WNkn ,
k=0, 1, &, N-1
(3.1.2)
式中,WN
j 2
eN
,
N称为DFT变换区间长度,
N≥M,
通常称
(3.1.1)式和(3.1.2)式为离散傅里叶变换对。
Note:有限长序列x(n)的DFT即X(k)仍是有限长序列。
5
例 3.1.1 x(n)=R4(n) ,求x(n)的8点和16点DFT.
35
3. 3 频率域采样
这意味着,对于时间有限信号,可以像频带有限信号进行时域 采样而不丢失任何信息一样,可以在频域上进行采 样而不丢失任 何信息。这正是傅里叶变换中时域和频域对偶关系的反映,这有 着十分重要的意 义。DFT实现了频域离散化,开辟了在频域采用 数字技术处理的新领域。
《傅里叶变换》课件

小波变换具有多尺度分析的特点,能够同时获得 信号在时间和频率域的信息,并且在时频域具有 很好的局部化能力。
应用
在信号处理、图像处理、语音识别等领域广泛应 用。
周期性和共轭对称性
总结词
周期性和共轭对称性是傅里叶变换的重要性质。
详细描述
由于傅里叶变换将时间域的函数映射到频率域,因此频谱具有周期性,即F(ω) = F(ω+2πn),其中n为整数。此 外,频谱还具有共轭对称性,即F*(ω) = F(-ω),这意味着频谱在频率轴上关于原点对称。这些性质在信号处理 、图像处理等领域有着广泛的应用。
线性性质
如果a和b是常数,f(t)和g(t)是可傅里叶变换的函数,那么 a*f(t)+b*g(t)也是可傅里叶变换的,并且其频域表示为 a*F(ω)+b*G(ω)。
时移性质
如果f(t)是可傅里叶变换的,那么f(t+a)也是可傅里叶变换 的,并且其频域表示为F(ω)e^(iωa)。
频移性质
如果f(t)是可傅里叶变换的,那么f(t)e^(iω0t)也是可傅里叶 变换的,并且其频域表示为F(ω-ω0)。
04
傅里叶逆变换
傅里叶逆变换的定义
01
傅里叶逆变换是将频域函数转 换为时域函数的过程。
02
它与傅里叶变换是可逆的,即 给定一个频域函数,通过傅里 叶逆变换可以恢复原始的时域 函数。
03
傅里叶逆变换的公式为:f(t) = ∫F(ω)e^(iωt)dω,其中f(t)是 时域函数,F(ω)是频域函数。
傅里叶逆变换的性质
在图像处理中的应用
图像频域滤波
通过傅里叶变换将图像从空间域 转换到频域,可以在频域中对图 像进行滤波处理,如去除噪声、
离散傅里叶变换及快速算法
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序列分解为N个谐波相关的复指数之和。将
j 2N nk
X (k ) x(n)e
, k 0,1,2,
(5-3)
称之为离散傅里叶级数DFS的k次谐波系数。是一个基波周 期为N的周期序列。
X (k ) X ( k N )
§5.离散傅里叶变换及快速算法
在DFS变换中引入复数
k
X ( jk0 )e jk0t
*时域周期为Tp, 频域谱线间隔为2π/Tp
时域信号 连续的 周期的
频域信号
非周期的
离散的
3.离散时间、连续频率的傅立叶变换 – DTFT(离散时间傅立叶 变换) X e 或 X (e ) x(nT) T
j jT
---T 0 T 2T
正 : X (e
WN e
j 2N
将DFS正反变换描述为
nk 正 : X (k ) DFSx (n) X (k ) x (n)WN n 0
N 1
1 N 1 反 : x (n) IDFS X (k ) x (n) X (k )WN nk N k 0
(5-5)
WN
的性质: 1 N 1 ( nm) k 1 n m lN 正交性: WN 0 n m lN N k 0
周期性:
W
k mN N
W
k N
l , m, N / 2, k / 2均为整数
共轭对称性(偶序列): 可约性:
k N (WN )* WN k
k mk k 2 WN WmN WN // 2
§5.离散傅里叶变换及快速算法
2.离散傅里叶变换(DFT)
但对于数字系统,无论是Z 变换还是序列傅立叶变换的适用方面都存 在一些问题,重要是因为频率变量的连续性性质(DTFT变换出连续频 谱),不便于数字运算和储存。 参考DFS,可以采用类似DFS的分析方法解决以上问题。可以把有限 长非周期序列假设为一无限长周期序列的一个主值周期,即对有限长非 周期序列进行周期延拓,延拓后的序列完全可以采用DFS进行处理,即 采用复指数基频序列和此有限长时间序列取相关,得出每个主值在各频 率上的频谱分量以表示出这个“主值周期”的频谱信息。 由于DFT借用了DFS,这样就假设了序列的周期无限性,但在处理时 又对区间作出限定(主值区间),以符合有限长的特点,这就使DFT带 有了周期性。另外,DFT只是对一周期内的有限个离散频率的表示,所 以它在频率上是离散的,就相当于DTFT变换成连续频谱后再对其采样, 此时采样频率等于序列延拓后的 周期N,即主值序列的个数。
离散傅里叶变换及其快速计算方法(DFT、FFT) ppt课件
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X (e jT
)e jnT d
T
2 T
取样定理
X (e jT )
x(nT )e jnT
n
1 T
X ( 0)
n
时域的离散化造成频域的周期延拓
时域的非周期对应于频域的连续
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8
3.1 问题的提出:傅里叶变换的四种形式 (5)
X (e jw ) x(n)e jnw n
(2)Z 变换 -- 提供任意序列的 z 域表示。
X (z) x(n)zn n
这两种变换有两个共同特征:
(1)变换适合于无限长序列 (2)它们是连续变量 ω 或 z 的函数
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3
3.1 问题的提出:可计算性
N 1
X (k ) x(n)WN kn
n0
x(n)
1 N
N 1
X (k )WN kn
k0
其中
j 2
WN e N
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22
DFS 定义:几点说明
在什么条件下不产生混迭失真?
X (k) X (e j ) |2 k N
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12
DFS 定义:预备知识
基本关系式 若 r,m 都是整数,则:
N N 1 j 2 k(r m )
eN
k0
0
rm rm
证明: 对于r=m:不论 k 取何值,显然等式成立。
对于r≠m:
e W N 1 j 2 k(rm) N
离散傅里叶变换及其性质
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kn
N 1
f
(k )W
kn (0
n
N
1)
2N-1 k
k 0
k 0
f (k) IDFT[ F(n)]
1
N 1
j2 kn
F(n) e N
1
N 1
F(n)W kn (0 k N 1)
N n0
N n0
若将f(k),F(n)分别理解为fN(k),FN(n)的主值序列,那 么,DFT变换对与DFS变换对的表达式完全相同。
|F(n) |2
k 0
N n0
表明,在一个频域带限之内,功率谱之和与信号的能 量成比例。
▲
■
第 10 页
证明 ▲
■
第5页
4. 频移特性(调制)
若 f(k)←→ F(n)
则
W–l kf (k) ←→ F((n –l))NGN(n)
▲
■
第6页
5. 时域循环卷积(圆卷积)定理
• 线卷积: 有限长序列f1(k)和f2(k)的长度分别为N和M,则两 序列的卷积和f(k)(称为线卷积)仍为有限长序列序 列,长度为N+M –1。
▲
■
第4页
3. 时移特性
•圆周位移(循环位移): 将有限长序列f(k)周期拓展成周期序列fN(k),
再右移m位,得到时移序列fN(k –m),最后取其主 值而得到的序列称为f(k)的圆周位移序列,记为
f ((k –m))NGN(k)
•时移特性 若 f(k)←→ F(n) 则 f ((k –m))NGN(k) ←→ WmnF(n)
■
第1页
一.离散傅里叶变换(DFT)
借助周期序列DFS的概念导出有限长序列的DFT。
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8.1 Representation of Periodic Sequences: The Discrete Fourier Series
Consider a sequence x n that is periodic with period N, so that x n x n rN for any integer values of n and r . As with continuous-time periodic signals, such a sequence can be represented by a Fourier series corresponding to a sum of harmonically related complex exponential sequences, i.e., these periodic complex exponentials are of the form j 2 / N kn (8.1)
n e j 2 / N rn X r , Fourier series coefficients X k in Eq.(8.4) are obtained from x n by the relation
j 2 / N rn x n e n 0 N 1
1 N 1 j 2 / N k r n X k e ,(8.6) k 0 N n 0
N 1
The following identity expresses the orthogonality of the complex exponentials:
(8.2)
exponentials ek n in Eq.(8.1) are identical for values of k separated by N; i.e., e0 n eN n , e1 n eN 1 n and , in general.
1 N 1 j 2 / N k r n 1, k r mN , m an integer ,(8.7) e N n 0 0, otherwise
When it is applied to the summation in brackets in Eq.(8.6), the results is
ek n e ek n rN
Where k is an integer, and the Fourier series representation then has the form
1 x n N
j 2 / N kn X k e k
is an integer.
x n need contain only N of these complex exponentials,
and hence, it has the form
Thus, the Fourier series representation of a periodic sequence
k x n e j 2 / N kn , (8.9) X
n 0
N 1
Note that the sequence X k is periodic with period n i.e., X 0 X N , X 1 X N 1 and , more generally,
1 x n N
k e j 2 / N kn , (8.4) X
k 0
N 1
To obtain the sequence of Fourier series coefficients X k from the periodic sequence x n , we exploit the orthogonality of the set of complex exponential sequences. We obtain
1 n x N
W X k N kn
In both of these equations, X k and x n are periodic sequences. We will sometimes find it convenient to use the notation
8 THE DISCRETE FOURIER TRANSFORM
8.0 Introduction 8.1 Representation of Periodic Sequences: The Discrete Fourier Series 8.2 Properties of the Discrete Fourier Series 8.4 Sampling the Fourier Transform 8.5 Fourier Representation of Finite-Duration Sequence: The Discrete Fourier Transform 8.6 Properties of the Discrete Fourier Transform 8.7 Linear Convolution Using the Discrete Fourier Transform
DFS x n X k
to signify the relationships of Eqs(8.11) and (8.12).
Example 8.1 Discrete Fourier Series of a Periodic Impulse Train
We consider the periodic impulse train
1, n rN , r any int eger , x n n rN r 0, otherwise
Since x n n for 0 n N 1 , the DFS coefficients are found, using Eq.(8.11), to be
0 X k nWNkn WN 1 N 1 n 0
In this case , X k is the same for all k. thus, substituting Eq.(8.15) leads to the representation
1 N 1 kn 1 N 1 j 2 / N kn x n n rN WN e N k 0 N k 0 r
Substituting Y k into Eq.(8.12) gives
r
1 y n N
0 N k N kn WN 1 W k 0
N 1
In this case , y n 1 for all n. comparing this result with the results for x n and X k of Example 8.1, we see that Y k N x k and y n X n . In Section 8.2.3, we will show that this example is a special case of a more general duallity property.
1 N 1 j 2 / N rn j 2 / N k r n x n e X k e ,(8.5) n 0 n 0 N k 0
N 1
N 1
After interchanging the order of summation on the righthand side, we see that Eq.(8.5) becomes
j 2 / N k N n X k N x n e n 0 N 1
N 1 j 2 / N kn j 2 n x n e e X k n 0
For any integer k.
Equations (8.9) and (8.4) together are an analysis-synthesis pair and will be referred to as the discrete Fourier series (DFS) representation of a periodic sequence. For convenience in notation, these equations are often written in terms of the complex quantity j 2 / N
WN e
With this notation, the DFS analysis-synthesis pair is expressed as follows: Analysis equation: N 1
W kn X k x n N
n 0
N 1 k 0
Synthesis equation:
Example 8.2 Duality in the Discrete Fourier Series
Here we let the discrete Fourier series coefficients be the periodic impulse train Y k N k rN
8.0 Introduction
In Chapters 2 and 3 we discussed the representation of sequences and linear time-invariant systems in terms of the Fourier and z-transforms, respectively. For finite-duration sequences, it is possible to develop an alternative Fourier representation, referred to as the discrete Fourier transform (DFT). The DFT is itself a sequence rather than a function of a continuous variable, and it corresponds to samples, equally spaced in frequency, of the Fourier transform of the signal.