窗函数(Window Function)在信号处理当中的应用

版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 https://blog.csdn.net/liubing8609/article/details/85523356

窗函数(Window Function)在信号处理当中的应用

1. 从两个重要极限到时域低通滤波器

两个重要极限

数学里常常会把两个非常重要而且非常常见的极限放在一起,并称他们为两个重要极限。

https://img-blog.csdn.net/2018042317325592?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RhZHV6aW1hbWE=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70

第一个重要极限:函数sinx/xx趋近于0处的极限。

https://img-blog.csdn.net/201804231832398?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RhZHV6aW1hbWE=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70

第二个重要极限:(1 + 1/x^x x趋近于无穷大时的极限。

https://img-blog.csdn.net/20180423203536431?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RhZHV6aW1hbWE=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70

频域理想低通滤波器

两个重要极限的重要性从表面上看在初等函数的求导上,尤其是三角函数的求导上起到了至关重要的作用。但其博大精深的数学思想,尤其是自然数e的作用,绝对是登峰造极,无以伦比。

言归正传,这两个重要极限中提到的sinx/x,又叫SINC FUNCTION。在数字信号处理领域里,可以说是闻名遐迩,无所不知。下图是一个理想低通滤波器,通带部分完全平坦,阻带衰减为无限大,而过渡带无限小。

https://img-blog.csdn.net/20180523145601509?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RhZHV6aW1hbWE=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70

Sinc函数作为空间域理想低通滤波器

现在我们对这个频域理想低通滤波器做傅里叶逆变换(注意:这里是逆变换,因为是从频域到时域。),就会得到一个空间域理想低通滤波器,既不是实部图也不是虚部图,而是幅值图,且经过了FFTSHIFT

这就是著名的Sinc函数!

https://img-blog.csdn.net/20180523144018943?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RhZHV6aW1hbWE=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70

现在问题来了,Sinc函数是从正无穷到负无穷都存在的连续函数(如图中所示的向两边无限延伸的涟漪(ripple))。

https://img-blog.csdn.net/20180523152057936?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RhZHV6aW1hbWE=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70

尽管这个无限长的函数在数学上没有任何问题,但是想通过计算机来实现就无能为力了。那么办呢?现在我们进入下一个话题。

2. 截断和能谱的泄漏

由于Sinc函数是无限的,为了便于用电脑来表示我们就只能选择其中的一段存到电脑里。如下图中,我用红框选择了整个Sinc函数其中的一段,而其他的部分全部都被砍掉了,这样的突然砍断,带来了信号的不连续,即,信号的跳变。这种不连续直接导致了频谱的泄漏。频谱发生了畸变,原来非常集中的能量被分散到较宽的频带中去了。

下图是截断前后的比较:

https://img-blog.csdn.net/20180523162650891?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RhZHV6aW1hbWE=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70

信号的突然截断导致了信号的不连续,为了显示这种数字化信号的不连续,这里我选择了另外一种绘图方式来绘制。为了显示方便,原图中高于0.05的部分被削去,为了突出截断处的不连续。

https://img-blog.csdn.net/20180523165253675?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2RhZHV6aW1hbWE=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70

这样的突然间断会对该信号的频谱带来难以预估的影响,也就是我们常说的能谱的泄漏!

【转载】https://blog.csdn.net/daduzimama/article/details/80050523

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/liubing8609/article/details/85523356
今日推荐