周末去書店,最顯眼位置的推薦書,将近一半跟華為有關。原來知識分子也要蹭熱度。
由取樣後的函數的連續變換得到的DFT
有時候,不是我們學不懂,而是大神們太低估我們跟他之間的鴻溝。作為一名不務正業的程式員的工科生,反正我讀不懂标題是覺得很難受的。
1. 取樣後的函數?
何為取樣後的函數?我們往前翻一翻,在取樣定理中就聊過了。
取樣是為了幹什麼?當然是為了把時域的連續函數變成計算機可以處理的離散點。
2. 什麼是取樣後的函數的連續變換?
我們要了解這裡的連續變換指的是什麼?簡單的說就是離散時間傅裡葉變換(DTFT)。不要覺得引入了新名詞就覺得高大上,他是對取樣後函數的傅裡葉變換,我們在取樣函數的傅裡葉變換這一節中已經詳細的說過了。
可見,對取樣後的函數做傅裡葉變換是一個連續的周期函數。
即:一個在時域上的離散函數,傅裡葉變換後它的頻域上的變換可以是連續的,并且是周期的。
3. 什麼是由取樣後的函數的連續變換得到的DFT?
DFT(DiscreteFourier Transform)離散傅裡葉變換的縮寫。它是
傅裡葉變換在時域和頻域上都呈現離散的形式 ,将時域信号的采樣變換為在離散時間傅裡葉變換(DTFT)頻域的采樣。
沒找到雷神畫的,自己标注一下吧
取樣後的函數是變成離散的計算機可以處理的資料了,但是變換後的頻域上還是連續的啊。怎麼讓計算機連頻域上的資料都可以處理呢?對!老方法再用一次,對頻域信号進行采樣呗~
好了,這個标題的資訊量有些大,讀懂了标題,我相信内容就簡單多了!
為了友善,我們把常用的一些符号先貼過來!
- 為原函數, 為原函數 的傅裡葉變換;
- 為取樣後函數, 為取樣後函數 的傅裡葉;
- 為頻域内的一個帶通濾波器;
- ,用帶通濾波器又截取了 的一個周期;
尋找
之前,我們一直讨論了一個取樣過、帶限的、擴充到
到
範圍的函數的傅裡葉變換
,如下圖,它也是一個擴充到擴充到
到
範圍的周期函數。
我們知道了
是
的傅裡葉變換:
而
是
經過
采樣而來,是以:
注:
何為
,這裡其實是借鑒了沖激函數采樣的公式
而
為周期為
的無限周期連續函數。是以,我們隻需要表征
的一個周期,對一個周期取樣是DFT的基礎。
假設我們想要在周期
到
之間得到的
的
個等間距樣本,可以通過加如下頻率處取樣得到:
注:
這裡已經開始對頻率域的
進行一個周期采樣啦。
把
代入上式,我們用
表示得到的結果:
哈哈,
不就是我們定義的DFT嗎?(對頻域上連續函數進行采樣),沒錯,這就是離散傅裡葉變換的表達式!
有沒有
?
當然有,它應該是一個原函數
的M個樣本組成的集合
總結:
- 我們可以把DFT和IDFT兩個表達式互帶一下,結果肯定是恒等的,是以他們互為逆變換。
- 有意思的是,我們雖然引入了采樣間隔 ,但是在DFT以及IDFT中并沒有關于采樣間隔的表示。這說明離散傅裡葉變換對适用于任何均勻采樣的有限離散樣本集。
- 為了友善起見,我們一般把離散傅裡葉變換對寫成如下方式:
- 離散傅裡葉變換對都是無限周期的,即 和
- 卷積也有離散表達式,并且卷積和式周期的:
完美!