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DTFT计算公式,中的w取值是连续的而且从负无穷大到正无穷大,对于计算机处理是不可能的,需要无限细分无限区间。即使在DTFT小节中用matlab实现计算,也只是将(-pi,pi)区间划分成1600份来逼近DTFT的效果。
实际上真正用的是DFT,离散傅里叶变换。离散傅里叶变换可以将连续的频谱转化成离散的频谱去计算,这样就易于计算机编程实现傅里叶变换的计算。FFT算法的出现,使得DFT的计算速度更快。
由上边的定义可知,w=(2*pi/N)*k ,k=0,1,......,N-1,所以w的范围为[0,(N-1/N)*2*pi]。因为是离散取值,实际的区间长度为N,但不含第N个点,w的范围就是[0,2*pi)。
也就是说DFT变换的频谱范围是在竖轴的右侧(>0),而且取了FT变换的一个周期(0,2*pi)。
以下的四个式子,在程序设计和理解程序中经常用到,wd、wa分别为数字角频率和其对应的模拟角频率。
(1),描述了模拟角频率、数字角频率以及DFT变换的k之间的对应关系
(2),描述了数字角频率与模拟角频率之间的关系
(3),描述了数字角频率和DFT变换的k之间的关系
(4),描述了模拟角频率和DFT变换的k之间的关系
1 M=4; %原离散信号有4点 2 n=[0:1:M-1]; %原信号是1行4列的矩阵 3 xn=[1 1 1 1]; %构建原始信号 4 subplot(3,1,1); 5 stem(n,xn); %画图 6 title('原始信号'); 7 8 N=16; %16点DFT变换 9 k=[0:1:N-1]; %k取值为0,1,2,···,15 10 Wn=exp(-j*2*pi/N); %求Wn 11 X=xn*(Wn.^(n'*k)); %求DFT变换,原始定义的方法,对复指数分量求和而得 12 subplot(3,1,2); 13 stem(k,abs(X)); 14 title('原信号的16点DFT变换'); 15 16 N1=8; %8点DFT变换 17 k1=[0:1:N1-1]; %k取值为0,1,2,···,7 18 Wn1=exp(-j*2*pi/N1); %求Wn1 19 X1=xn*(Wn1.^(n'*k1)); %求DFT变换,采用原始定义的方法,对复指数分量求和而得 20 subplot(3,1,3); 21 stem(k1,abs(X1)); 22 title('原信号的8点DFT变换');
说明:
(1)DFT的计算利用的是定义法
(2)程序第10行
程序第11行计算过程
说明:上图结果证明了离散傅里叶变化是对FT变化在区间(0,2*pi)的等间距N点采样。
参考:西电《数字信号处理》第三版