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填坑——浅谈“离散时间信号的傅里叶变换”

  之前学习计算机视觉,虽然敲了不少代码,但一直没弄懂傅里叶变换以及图像滤波背后的数学含义,只能对着现成的公式照葫芦画瓢,让我内心觉得深深的不安。好在通过这段时间在华为的实习,恶补了一下数字信号处理相关的基础知识,总算是把这方面的坑给填上了。以下为这几天的学习成果,也就是我自己对傅里叶变换的理解。

 

 


 

一、离散时间信号

  要弄懂离散时间信号的傅里叶变换,首先要弄清楚什么是信号,而什么又是离散时间信号。(虽然感觉像是废话,可作为一个软件工程的童鞋我一开始对这些东西真的没概念啊T_T)

  所谓信号,其实就是包含一个或多个变量的函数,举几个例子:语音信号可以表示为声压随时间变化的函数,黑白照片可以表示为亮度随二维空间坐标变化的函数。(此段内容来自于奥本海姆的《信号与系统》)

  所谓离散时间信号,又名数字信号,它是由数字序列表示的离散函数 {x[n]}, -∞<n<+∞,其中 n 为整数。一般情况下,为了方便起见,我们常将 {x[n]} 简写为 x[n] 。常见的离散时间信号有:

  ①单位取样序列:

            

  ②单位越阶序列:

             

  ③矩形序列:

             

  (以上内容来自于华中科大的教材《数字信号处理》)

 

二、离散时间系统

  在弄懂离散时间信号的傅里叶变换之前,我们还要弄清楚一个概念:离散时间系统。

  所谓离散时间系统,就是把输入的离散序列 x[n] 映射成输出序列 y[n] 的唯一变换,用 T[] 表示。

  其中,满足线性叠加原理的系统被称为线性系统,即:

  ①  T[ax1(n) + bx2(n)] = ay1(n) + by2(n)

  若系统的响应与输入信号施加于系统的时刻n无关,则称其为非移变系统,即:若有

  ②  T[x(n)] = y(n),则有T[x(n-k)] = y(n-k)

  同时满足以上两个条件的系统被称为线性非移变系统

 

三、卷积

  相信学习过计算机视觉的同学对这个词一定不会陌生,卷积是线性非移变系统的特性,定义如下:

  设 T[] 为线性非移变系统,当输入为单位取样序列 δ[n] 时,定义输出 (其中,三角形下带一个等号的符号表示“定义为”),h[n] 称为单位取样响应(或单位冲激响应),对于任意的 x[n] ,下列等式成立:(没时间写了,明天补上)

 

四、傅里叶变换

  傅里叶变换的定义:任何周期函数都可以表示为不同频率的正弦函数sin(ωx + φ)叠加的形式,其中每个正弦函数都具有不同的系数A,式中的ωx为频率

  根据这个定义,我们可以把傅里叶变换推广到非周期函数上:非周期函数可以表示为无限个不同频率的正弦函数叠加的形式,而每个正弦函数所对应的系数都趋近于无穷小(注意:这些趋近于无穷小的系数是不相等的)。(没写完,明天补上)