馮言馮語說DSP(三)DTFT

2021-10-07 12:55:08 字數 2081 閱讀 5887

最近事情好多,忙著做期末作業去了,好長時間沒更新了。之後盡量周更或者一周兩篇。

dtft(離散時間傅利葉變換)——序列的傅利葉變換

這一部分主要講dtft,序列的傅利葉變換。先看定義

「dtft」是「discrete time fourier transformation」的縮寫,中文術語是「離散時間傅利葉變換」。傳統的傅利葉變換(ft)一般只能用來分析連續時間訊號的頻譜,而計算機只會處理離散的數字編碼訊息,所以現代社會需要對大量的離散時間序列訊號進行傅利葉分析。dtft就是it領域中對離散時間訊號進行頻譜分析的數學工具之一。

該式是dtdt的定義式,可以看成x(e^jw)的傅利葉級數展開,其傅利葉係數為x(n).

離散時間傅利葉反變換:

序列x(n)絕對可和是其傅利葉變換存在的充分條件,在此條件下,滿足一致收斂。

序列x(n)能量有限(平方可和)也是其傅利葉變換存在的充分條件,此時滿足均方收斂。一致收斂一定滿足均方收斂,而均方收斂不一定滿足一致收斂。

理想低通濾波器、理想線性濾波器、理想90度移相器三者的單位衝激響應都是和1/n呈比例的,因而都不是絕對可和,而是均方可和的,它們的傅利葉變換也都是在均方誤差為零的意義上均方收斂於h(e^jw).

序列的傅利葉變換實際上是序列在單位圓上的z變換(當序列的z變換在單位圓上收斂時)

(1)線性

(2)序列的移位:時域的移位對應於頻域有乙個相位移

(3)乘以指數序列:時域乘以an,對應於頻域用(1/a)ejw代替e^jw

(4)乘以復指數序列(調製性):時域的調製對應於頻域位移。

(5)時域卷積定理:時域的線性卷積對應於頻域的相乘。

(6)頻域卷積定理:時域的加窗(即相乘)對應於頻域的週期性卷積並除以2π

(7)序列的線性加權:時域的線性加權對應於頻域的一階導數乘以j

(8)帕塞瓦定理:時域的總能量等於頻域的總能量

(9)序列的翻褶:時域的翻褶對應於頻域的翻褶。

(10)序列的共軛:時域取共軛對應於頻域的共軛且翻褶

(1)任何乙個復序列x(n)可以分解成共軛對稱序列和共軛反對稱序列之和

(2)序列的離散時間傅利葉變換x(e^jw)可以分解為共軛對稱函式與共軛反對稱函式之和

(3)序列及其傅利葉變換的共軛對稱分量、共軛反對稱分量及實部虛部的關係可以歸納為

(4)任何乙個序列也可表示成偶序列與奇序列之和

由於n趨於∞時,週期性序列不趨於零,所以它不是絕對可和的,也不是均方可和的,因而它的傅利葉變換既不是一致收斂的,也不是均方收斂的。然而,當引入衝激函式後,它的傅利葉變換就可以存在。

(1)復指數序列(復正弦型序列)e^jω0n的傅利葉變換,是以ω0為中心,以2π的整數倍為間距的一系列衝激函式,每個衝激函式的積分面積為2π

(2)常數序列的傅利葉變換是以ω=0為中心,以2π的整數倍為間隔的一系列衝激函式,每個衝激函式的積分面積為2π

(3)週期為n的單位抽樣序列,其傅利葉變換是頻率在2π/n的整數倍上的一系列衝激函式之和,每個衝激函式的積分面積為2π/n

(4)一般週期性序列的傅利葉變換是頻率在2n/n的整數倍上的一系列衝激函式。

離散時間傅利葉變換(dtft)是特殊的z變換,在數學和訊號分析中具有重要的理論意義。但在用計算機實現運算方面比較困難。這是因為,在dtft的變換對中,離散時間序列在時間n上是離散的,但其頻譜在數字角頻率ω上卻是連續的週期函式。而計算機只能處理變數離散的數碼訊號。

本文的參考書依然是程佩青先生的《數字訊號處理教程(第五版)》,這一部分所佔的篇幅並不大,但dtft確實應該單獨用一文來總結。dtft和dft、ft以及拉氏變換、z變換都有聯絡和差異,也值得我們去關心,書中的一些總結較為詳細且公式較多,故在此不多作總結。

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