N点有限长序列的离散傅里叶变换

生物科学2023-03-21 23:58:17百科

N点有限长序列的离散傅里叶变换

时域N点序列χ(n)的离散傅里叶变换(DFT)以X(k)表示,定义为

公式 符号  (1)

式中K=0,1,…,N-1。式(1)称为DFT的正变换。从式(1)可以导出

公式 符号   (2)

式中n=0,1,…,N-1。式(2)称为DFT的逆变换。式(1)和式(2)合起来称为离散傅里叶变换对。

由于在科学技术工作中人们所得到的离散时间信号大多是有限长的N点序列,所以对N点序列进行时域和频域之间的变换是常用的变换,另外 DFT有它的快速算法,使变换可以在很短的时间内完成,所以DFT是数字信号处理中最为重要的工具之一。

DFT的原理

是以给定的时域N点序列χ(n)作为主值周期进行周期延拓(即使之周期化)得到以 N点为周期的离散周期序列χ((n))N,再求χ((n))N的离散傅里叶级数(DFS)表示(见离散时间周期序列的离散傅里叶级数表示),得频域的N点离散周期序列X((k))N,最后从X((k))N中取出其主值周期,即得X(k)。同理,与此相似,如果已知X(k)求χ(n),则是从X(k)得X((k))N,再从X((k))Nχ((n))N,取出主值周期即得χ(n)。这个概念很重要,DFT的性质大都与此有关。至于从χ(n)求X(k),或已知X(k)求χ(n)则是用(1)式或(2)式直接进行的,并不需要通过χ((n))N和X((k))N

DFT的主要性质

共有5点,如下表中所列。表中ab为常数, χ((m))N为以N点为周期的周期序列,χ((n+m))Nχ((n))N序列整体左移m点后的结果

公式 符号 公式 符号

其他符号如X((k+l))N,X((l))NY((k-l))Ny((n-m))N等可类推其含义,不一一列出。

图 DFT的快速算法

又称为快速傅里叶变换(FFT)。当序列的长度N为2的整数次幂(即N=2公式 符号,λ为整数)时,算法的指导思想是将一个N 点序列的DFT分成两个N/2点序列的DFT,再分成四个N/4点序列的DFT,如此下去,直到变成N/2个两点序列的DFT。这种快速算法的计算工作量与DFT的直接计算的计算工作量之比约为log2N/(2N),以N=1024为例FFT的计算工作量仅约为DFT直接计算的1/200。

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