《信号分析与处理 教学课件 ppt 作者 杨西侠 柯晶 3-3DFT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信号分析与处理 教学课件 ppt 作者 杨西侠 柯晶 3-3DFT（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,3.5 DFT（离散傅里叶变换） -Discrete Fourier Transform,3.5.1 DFT定义式 对于一个周期序列xp(n) ，定义它的第一个周期的有限长序列称为这一周期序列的主值序列。用x(n)表示，为,主值序列也可以表示成:周期序列和一个矩形序列相乘 x(n) = xp(n) RN(n) 周期序列xp(n)可以看成是有限长序列x(n)以N为周期的延拓而形成的，其关系式为,2,相应的主值序列 X(k)和Xp(k) 的关系为,有了主值序列的概念，把DFS的定义式改写为,3,现在给出有限长序列离散傅里变换的定义。设有限长序列x(n)长度为N（ 0 n N1)，它的离散傅里叶
2、变换X(k)仍然是一个长度为N（ 0 k N1 ）的频域有限长序列。DFT是一种“借用”形式。人为地把x(n)周期延拓构成xp(n)，使x(n)充当其主值序列，于是Xp(k)就成为离散、周期性频率函数，借用Xp(k)的主值序列X(k)定义为“DFT”。正逆变换的关系式为：,4,写成矩阵形式：,简写作,5,【例3-4】求矩形脉冲序列x(n) = RN(n)的DFT。 解：由定义写出,6,当k = 0时，对应,因此X(0) = N。,故对应非零之k值X(k)全部等于零。 此结果表明，矩形脉冲序列的DFT仅在k = 0样点取得N值，在其余（N 1）个样点都是零。可以写作 X(k) = N(k) 不难
3、想到，将RN (n)周期延拓（周期等于N）成为无始无终幅度恒为单位值的序列，取离散傅里叶级数即N (k)。这种现象犹如在连续时间系统分析中的直流信号其傅里叶变换是冲激函数。,当k = 1，2，N 1时，则有,7,例3-4 利用矩阵表达式求 x(n)=R4(n)的DFT。再由所得X(k)经IDFT反求x(n)，验证结果之正确性。,解：N = 4,8,9,3.5.2 DFT与DTFT的关系,通常把信号的傅里叶变换称为信号的频谱，那么有限长序列的离散傅里叶变换是否就是它的频谱呢？ 有限长序列作为非周期序列，它的频谱即它的傅里叶变换DTFT- X(e j)，是一个连续的周期性的频谱；而有限长序列的DF
4、T- X(k)却是离散的频谱，两者显然不是等同的。但两者也不是截然无关的，相反，存在着相当重要的联系，这就是有限长序列的离散傅里叶变换X(k)正是此序列的傅里叶变换X(e j)的抽样值。 序列有限长，满足绝对可和条件，则,10,比较两式，当,两式相等,在单位圆上以1= 2/N为间隔的N个等分点上X(e j)的值，即为X(k)。,X(e j), 2,11,x(n)可以由X(k)表示，而x(n)的z变换X(z)和频谱 X(ej)都是由x(n)确定的，显然，X(z)和X(ej)也能用这N个频谱抽样值X(k)来表示，这就是X(z)和 X(ej)的 内插表达式。, X(z )的内插表达式,12,交换求和
5、顺序,等比级数求和WNkN=1,令,内插公式,内插函数,13,X(e j )的内插表达式,令 k=0,14,内插公式,在 =0点 () = 1 本抽样点 = k2/N () = 0 X(ej)是由N个( k2 /N) 函数组合而成，其中每个函数的加权值为X(k)。显然，每个抽样点的X(ej)就等于该点X(k)值，因为其余各抽样点的内插函数在这里等于0。样点之间的 X(ej)值则由各内插函数延伸叠加而构成。,15,3.5.3 离散傅里叶变换的性质,1. 线性性质 若 DFT x(n) = X(k) DFT y(n) = Y(k) 则 DFT ax(n) + by(n) = aX(k) + bY(
6、k) 若两序列的长度不等，以最长的序列为基准，对短序列补零。,2. 奇偶性（对称性） 1）实数序列 设x(n)为实序列， DFT x(n) = X(k) ，则 X(k)的实部XR(k)是k的偶函数，虚部XI(k)是k的奇函数 X(k)的幅频是k的偶函数，相位是k的奇函数。 具有半周期对称的特点，即 X(k) = X*(N k),16,证明：,XR(k)： k的偶函数,XI(k)： k的奇函数,- k的偶函数,- k的奇函数,17,= X*(N k) X(k) =X*(N k) =X(N k) argX(k) = argX*(N k) = argX(N k),18,在0 N 范围内，对于N/2点
7、X(k)呈半周期偶对称分布。 argX(k)呈半周期奇对称分布。 但对于长度为N的X(k)有值的区间是0 N 1，因此对称性并不是很严格。 2）复数序列 若x*(n)是有限长序列x(n)的共轭复数序列，并设 x(n) = xR(n) + jxI(n) x*(n) = xR(n) jxI(n) 有 DFT x*(n) = X*(N k) 且 XR(k) = DFT xR(n) = X(k) + X*(N k)/2 XI(k) = DFT jxI(n) = X(k) X*(N k)/2 X(k) = XR(k) + XI(k),19,证明：,= X*(N k),由线性性质 X(k) = XR(k)
8、 + XI(k) X*(k) = XR(k) XI(k) XR(k) = X(k) + X*(N k)/2 XI(k) = X(k) X*(N k)/2 证毕,20,3. 时移特性 （1）圆周移位,21,22,我们看到，当序列x(n)向右移m位时，超出N-1以外的m个样值又从左边依次填补了空位，因此可以想象序列x(n)排成在一个N等分的圆周上，N个样点首尾相接，圆周移m个单位表示x(n)在圆周上旋转m位。圆周位移也称为循环位移，或者简称圆位移。,23,（2）时移定理 若 DFT x(n) = X(k) 则 DFT xp(n m)RN(n) = WNmk X(k) 表明：序列在时域上圆周移位，频
9、域上将产生附加相移 证明： DFT xp(n m)RN (n) ,i = nm,= WNmk X(k) 证毕,24,4. 频移特性 若 DFT x(n) = X(k) 则 DFT x(n) WNln = Xp( k l ) RN(k) 表明：若序列在时域上乘以复数指数序列WNln，则在频域上， X(k)将圆周移位 l 位，也称“调制定理”。 证明略。 5.时域圆周卷积特性 若DFT x(n) = X(k)，DFT h(n) = H(k)， DFT y(n) = Y(k)，且Y(k) = X(k)H(k)，则,= x(n)h(n),25,证明：,时移特性,证毕,26,圆卷积： 要求x(n)、h(
10、n)长度相等； x(n) h(n)长度与原序列相同； 若两序列长度不等，可将较短的一个补零，构成两个等长序列。 圆卷积的图解分析可按照反褶、圆移、相乘、求和的步骤进行。下面举例说明。 【例3-6】已知 x(n) = (n + 1)R4(n) h(n) = (4 n)R4(n) 求 x(n) h(n)。,27,解：,=14 + 21 + 32 + 43 =24,x(m) h(0m) 相乘,取和 24,28,x(m) h(1m) 相乘,取和 22,x(m) h(2m) 相乘,取和 24,x(m) h(3m) 相乘,取和 30,y(n) = 24 22 24 30 ,29,很明显，圆卷积与线卷积结果完全不同。原因： 在线卷积的过程中，其中一个经反褶再向右平移的序列，在左端将依次留出空位；而在圆卷积的过程中，经反褶作圆周移位的序列，向右移去的样值又从左端循环出现，这样就使两种情况下相乘、叠加而得到之数值截然不同。,30,6. 频域圆卷积 若DFT x(n) = X(k)，DFT h(n) = H(k)， DFT y(n) = Y(k)，如果y(n) = x(n)h(n)，则,31,7. 相关特性 （略） 8. 帕塞瓦尔定理 若DFT x(n) = X(k) ，则,离散信号在时域中的能量,离散信号在频域中的能量,能量是守恒的。,
