• DSP 数学工具回顾:从无穷级数 到 快速傅立叶变换


    参考 :《高等数学》(同济大学版),《深入浅出数字信号处理》( 江志红 遍著)

    不做精确描述和推导,只用自己能看懂的语言梳理 这些数学工具的内在逻辑

    无穷级数

    无穷级数是一种逼近理论,它是表示函数、研究函数的性质以及进行数值计算的工具

    电脑喜欢数值计算不喜欢搞解析推导

    幂级数,函数的展开:

    麦克劳林展开式
    image

    让一个级数的n阶导数和原函数n阶导数相匹配 : 如果两个事物某个 局部的吻合极高,那么他们 在其他位置 也会很相似。

    傅立叶级数(FS) :

    函数能展开成 幂级数,周期函数 我就展成三角函数

    将一个较复杂的周期运动(振动)看成是(分解成)许多简谐振动的叠加

    一般周期函数:
    image

    利用欧拉公式的到 :

    小结

    幂级数和傅立叶级数 怎么搞出系数

    幂级数的系数是求导得到的,求导会降次,一直降成常数,其他项为0 ,系数就出来了。

    傅立叶级数的系数是在周期内积分得到的
    利用三角函数基波和谐波在周期内正交性,也可以把系数搞出来

    傅立叶变换 (FT)

    周期 变成无穷大,就变成了非周期函数
    级数求和就变成了函数积分
    Fn 从一个个的系数,变成了连续的F(jω)

    Fn 本来表示第n号(倍)谐波 的幅度和相位
    F(jω) 则直接表示 ω 这个频率的幅度和相位 了

    一个非周期信号可以看作是无限多个幅度无限小的复指数谐波之和,而其中每一个分量的复数振幅为:
    F(jω) *dω/2pi

    https://www.youtube.com/watch?v=spUNpyF58BY

    拉普拉斯变换 (LT)

    给信号乘一个 exp(-σ) 的因子,再进行 傅立叶变换的,得到的就是拉普拉斯变换

    采样 从模拟到数字


    模拟频率f、模拟角频率Ω和数字角频率ω三者的关系如下:
    image
    数字角频率是模拟角频率对采样频率的归一化频率

    时域的采样 造成频域的周期延拓

    离散时间傅立叶变换(DTFT)

    时域的采样 等于 频域的周期延拓
    X(e^jω)是周期性的,并且周期为2π

    image

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