滅絕心經之離散傅立葉變換

2021-02-19 西郵信號處理

長老弟子八千,聖賢七十二,優秀率千分之九,及格率百分之五十!

哎,慚愧呀…

無奈佛祖要求甚高,「及格率」就是長老心中的痛!

到底「天書」有多少奧秘?且聽長老細細道來。

 

弟子常常私下抱怨:一堆一堆,一坨一坨的傅立葉變換,麻麻呀,這是捅了傅立葉家的老巢了嗎?

 長老無奈,現在這些孩子們的國學是武術師傅傳授的嗎?他們難道沒有拜讀《石頭記》嗎?這本曠世奇著中的芸芸嚶嚶們,錯綜複雜的關係讓英明神武的長老也著實頭疼,賈家的關係要比傅立葉家的龐大繁雜多了呀!


   長老還是先來說說傅立葉家的那點事兒吧!


    簡直就是一部精彩絕倫、外加魔幻的天書……

離散傅立葉變換,小名DFT,是傅立葉家的乾兒子,他的四位兄長是分別是:

    大哥是連續時間傅立葉級數,小名FS,這位兄長負責處理時間連續並且具有周期性的信號,其頻域上離散,非周期。

二哥是連續時間傅立葉變換,小名CTFT,二哥因為人緣好大家對他的愛稱是FT,「國民二哥」負責處理時間連續但是不具有周期性的信號,其頻域上連續,非周期。

三哥是離散時間傅立葉變換,小名DTFT,就是天書第二章中的「男主」,(八卦一下「女主」是誰呢?當然是Z變換嘍!)主要負責處理時間離散但不具有周期性的信號,就是大家常說的「序列」,其頻域上連續,有周期性。

四哥是離散時間傅立葉級數,小名喚作DFS,是天書第二章中的「男配」,主要負責處理時間離散且具有周期性的信號,即大家常說的「周期序列」,其頻域上離散,有周期性。

傅家父母知道,因為這四個兒子都只是一屆凡人,不能升天,所以就偷偷收養了遺落在人間的小仙童DFT,然後…

 


    「咳…就是說我們看到的四種傅立葉變換不具有可計算性,不能直接在計算機上使用。只有DFT時域和頻域都是有限長、離散的,具有可計算性。

「上神在天書中說的清清楚楚、明明白白,你們為啥不看?」

 長老繼續侃侃而談:

「熊孩子們,你們想過沒有,傅家何德何能可以收養一個小仙童?」

     要解釋這件事,就必須要提一提,什麼樣子的人可以飛天以及這位小童DFT與傅立葉家幾位哥哥的關係。

問:「什麼樣的信號計算機可以處理或者機器的局限性在哪呢?」

答:計算機不能表達一個無限長的序列,同時也不能表達連續的時頻域特徵。對於一般的離散時間信號即序列來說,我們可以直接用DTFT分析信號的頻域特徵,但計算機是用不了的。因此我們才需要DFT,也就是說DTFT是給人用的,而DFT是給計算機用的。

 「天書」中研究的對象是離散時間信號即序列,所以前兩種連續時間的傅立葉變換是不適用的。另外,天書的一個要點就是討論對數位訊號的處理方式和算法設計,這裡所說的處理方式不僅僅是人工的、解析的處理方式,更是計算機能用的處理方式。那麼DFT與DTFT、DFS有什麼關係呢?
    DTFT(序列的傅立葉變換),時域上是離散非周期序列,在頻域上是連續、周期譜,這連續的頻域特徵機器是無法表達的,因此需要對其進行離散化。又由於DTFT頻域的周期性,只需要對其「二派」區間上做N點等間隔採樣即可得到DFT。

DFS(序列的傅立葉級數),時域上是離散且周期的序列,在頻域上是周期且離散的譜,這種無限長的特徵機器還是無法表達,因此需要對其進行截斷。因此對DFS時頻域各取主值區間就得到了DFT。

另外,DTFT還有一個閨蜜就是序列的Z變換,DFT就是在Z變換單位圓上的N點等間隔採樣。

 開飯了!

傅爺他們家的事兒就先說到這吧,散會!

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