离散傅里叶变换(DFT)(一)

离散傅里叶变换(DFT)

傅里叶变换的优点就是能够将信号从时序空间转换到频域,从频率的角度去分析信号,能够容易发现一些时域内不容易发现的频率。这句话在N多博客里都有类似的描述。那么为什么呢?怎么转换到的频域?

1. 欧拉公式

欧拉公式被誉为“宇宙第一公式”,在傅里叶级数、泰勒级数、三角函数等都存在它的身影,欧拉公式的具体形式如公式 (1.1) 所示。当x为π的时候,欧拉公式将产生欧拉恒等式公式(1.2),这个恒等式将这e,j,π,1,0这几个常量联系在一起。

2. 周期性离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transforma, DFT)

 傅里叶变换有连续时间非周期傅里叶变换,连续时间周期性傅里叶变换,离散时间非周期傅里叶变换和离散时间周期性傅里叶变换,鉴于计算机主要处理离散周期性信号,本文主要介绍周期性离散时间傅里叶变换(DFT)。DFT的公式如公式(2.1)所示。

    其中N表示傅里叶变换的点数,k表示傅里叶变换的第k个频谱,那么傅里叶变换怎么通过公式(2.1)将信号从时域空间转换到频域空间的呢?这时候我们将公式(2.1)通过公式(1.1)进行展开便得到如下的公式(2.2)。

由此可知,傅里叶变换后的第k个点对应的是一个复数。由于余弦信号也一种相位发生π/2移动的正弦信号,因此,这也意味着DFT将时序信号转换成了正弦信号的叠加。由于频率相同的正弦信号的叠加仍然是相同频率的正弦信号,由此可知,变换后的第k点的实部和虚部对应的是一个相同频率的正弦信号,只是相位不同。随着k的变换余弦信号的频率也在发生变换,这也就解释了为什么DFT能够将时序信号转化成不同频率的正弦信号的叠加。

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