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向量空间中的Fourier转换:DFT

2013-10-25 
向量空间中的Fourier变换:DFTDFT持久的动态系统一定存在振荡现象。从直观理解来说,不沿着圆运动的物体终将

向量空间中的Fourier变换:DFT
DFT

持久的动态系统一定存在振荡现象。从直观理解来说,不沿着圆运动的物体终将停止,比如炸弹、人、火箭等不可逆转的事物。

对于有限长度的一段信号,如64点。Wk[n]=e^(j*2*pi/N*n*k),n,k在【0,1,……N-1】,为C64向量空间的一组正交基。任取两个不同的基计算内积,化简为等比数列求和,分子为0,即正交。不过它们不是标准正交,乘以1/sqrt(N)标准化因子后才是标准正交基。

Wk表示第k个向量。每个Wk可以视为在一个园周上的逆时针运动,整个64长度时间轴上总共移动了k个园周。W0为常量,W2每次移动2*pi/N*2,W16每次移动pi/4,k在16和32之间移动会造成cos和sin波形不易看懂。大于32时,每次移动超过pi/2,相当于逆时针移动的W(64-k),cos相同,但sin是负的。

对信号x分析的时候,可以不加以标准化,直接计算与正交基的内积,得到Xk。由这些分量综合出x的时候,需要乘以1/N以标准化:x=1/N * sum(Xk * Wk)。注意A、B内积的计算方法为A* xB,前者要取共扼。内积表示两个信号之间的相似程度。

Fourier变换可以看作从一组时域冲击信号正交基到Wk正交基的基变换。由于是计算内积,那么变换矩阵的因子为(e(-j*2*pi/N)).

上述即为DFT,离散Fourier变换。实信号的幅度是关于中心对称的。(猜测虚部应该是奇对称的。)如果信号是前后部分虚部相同,实部反号,则DFT的实部为0.

向量空间中的Fourier转换:DFT

这个结论采用两个Fourier变换矩阵W相乘可以得到结果。

如果以48k采样,那么36k的噪声会在12k频率处产生分量,60k的噪声也会在12k频率处产生分量。这里的产生分量的意思是滤波无法把噪声滤除。这一点可以用在园周上的旋转来理解,也可以用采样频率过低造成频谱泄漏来理解。

Parseval, 一个向量的能量等于它在一组标准正交基上的分量的幅度的平方和。进而得到DFT下的形式。

向量空间中的Fourier转换:DFT

DFS对于周期性的信号,取一个周期进行DFT即可,多个周期只会在频域插0.DTFT对于无限长的离散时间的非周期信号,要采用DTFT。假设信号是能量有限的。

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