数字信号处理 --- 用离散傅里叶变换(循环卷积)实现线性卷积个人学习笔记

时域的循环卷积等于频域的离散傅里叶变换,离散傅里叶变换DFT是离散傅里叶级数DFS的一个周期,离散傅里叶级数DFS是对连续时间傅里叶变换CTFT的采样

离散傅里叶级数DFS

         周期为10的方波信号的傅里叶级数,以10为周期向两边无限复制拓展信号的傅里叶级数。

         注意上图中x[n]上面的“~”号,那个就是周期函数的意思。以N为周期的周期信号\tilde{x}[n]在0~N-1这一个周期内等于x[n]。

 离散傅里叶级数DFS的系数是对离散傅里叶变换DFT的采样:

        一个离散非周期序列x[n]的傅里叶变换采样的结果等于,将x[n]无限周期重复而得到的一个周期信号\tilde{x}[n]的离散傅里叶级数DFS的系数。 

离散傅里叶级数DFS的系数等同于对Z变换单位圆上的采样(傅里叶变换等于z变换单位圆上的值):

         若,周期序列\tilde{x}[n]的周期为N,那么与之对应的对傅里叶变换进行采样的间隔为2Pi/N。


 

循环卷积circular convolution

        线性卷积:x1和x2分别是两个长度为6的方波信号,x3是他们的线性卷积,线性卷积的长度为L+P-1=11.

 

        N点的循环卷积:图c和图d分别是线性卷积的结果x3,向左和向右移动6个单位的结果。而,图e和图f,分别是N=6点的循环卷积和N=12点的循环卷积的结果。

        可见,对于N=6点的循环卷积,图e,来说,循环卷积的结果等于b(x3[n]),c(x3[n-N]),d(x3[n+N]),在区间n=0~N-1上的和。此时,循环卷积的点数N<L+P-1。

        而,对于N=12点的循环卷积,图f,来说,循环卷积的结果等于正好等于线性卷积的结果,等于c。此时,循环卷积的点数N>=L+P-1。

 

         上图说明,对于N个点的循环卷积,当N=L=P时,循环卷积的结果完全不同于线性卷积。当N>=L+P-1时,循环卷积的结果正好等于线性卷积,这时没有发生混叠。但是,对于长度不同的两个信号P<L而言,同样做N=L点的循环卷积,结果会有些不同。

图为两个长度不同的信号的线性卷积,P<L。

 

 图为L点循环卷积的结果,和原来一样,循环卷积的结果等于a(x3[n]),b(x3[n+L]),c(x3[n-L]),在区间n=0~L-1上的和,因L>P,此时c不再对循环卷积的结果有贡献。

 

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