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数字信号处理系列串讲第7篇(离散信号的频域分析之三)——离散傅里叶变换DFT(2)

 goandlove 2019-06-11

文字简明扼要,语音更加详细生动哦。

离散傅里叶变换DFT的性质(1) 来自信号与系统和数字信号处理 25:41

继续上一篇,本文对离散信号的频域分析,分为5节。本文对第3节——离散傅里叶变换DFT(Discrete- Fourier Transform)中的第4个问题:DFT性质中的前两个进行总结。

3.4 DFT的性质

以下四个性质,本文对前两个性质——圆周移位、圆周卷积进行讲解。

1、圆周移位(循环移位)

首先看,为什么要定义一种新的移位?这种新的移位为什么称为“圆周移位”?它与普通的移位有何异同?见下图。

可见,圆周移位与普通移位的区别在于:多一个周期延拓、再取主值区间的过程。定义式如下:

圆周移位的步骤:先周期延拓、再移位、最后取主值区间;或者先移位、再周期延拓、最后取主值区间。前两步谁先谁后都可以。见下图。

可见,这种新的移位,相当于先把序列放在一个圆上,然后转圈圈:左移,沿顺时针方向转(即上图中的情况);右移,沿逆时针方向转。

与其他傅里叶变换一样,DFT依然满足:时域移位,频域线性相移;频域移位,时域调制。需要注意的是,这里的移位,都指的是圆周移位。   

2、圆周卷积(循环卷积)

(1)圆周卷积的定义

仿照上面我们对移位操作做的改进——增加了“周期延拓、取主值区间”的过程,将“移位”改造成“圆周移位”一样,我们也对之前很熟悉的卷积和公式做改进,就得到一种新的卷积”圆周卷积“(或称为循环卷积)的定义。如下图。

为了区分,大家在《信号与系统》中所学习的卷积和,称为”线性卷积“。

显然易见,圆周卷积的结果与N有关。

(2)DFT的圆周卷积定理

在圆周卷积的定义下,DFT依然满足”一个域卷积,另外一个域相乘“这一更古不变的关系。

(3)圆周卷积的计算

下面重点来看圆周卷积的计算。

圆周卷积计算过程:

step1:周期延拓;

step2:翻转,取主值序列;

step3:圆周移位(向右);

step4:相乘相加。

上述例题的最终结果为:

(4)圆周卷积与线性卷积的关系

上面的例题中,两个序列的线性卷积是多少呢?圆周卷积与之相同吗?为什么?

线性卷积,是直接将序列2反转、平移,而没有”周期延拓、再取主值“这两步。可以用图解法或者竖式法得到(信号与系统中已学,此处直接给出结果),线性卷积的结果如下:

两种卷积为何不同呢?又有何关系呢?

下图从公式上推导圆周卷积与线性卷积的关系

相比于推导过程,以下结论更为重要:

根据以上结论,我们可以根据线性卷积的结果,直接得到N点圆周卷积的结果。如下图:

(未完待续,下一篇:DFT性质中的”共轭对称性“和”Parseval定理“,以及3.5频域抽样


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