大家都能看懂的Nyquist-Shannon采样定理

本文是我在采样定理问题回答下的备份。

采样定理的提出者不是Nyquist而是Shannon, Nyquist定理/频率是用来描述给定带宽的最高传输速率。因为结果相似,所以大家把Nyquist的名字加在采样定理之前, 作为一种荣誉。

它的标准名字应该是Nyquist-Shannon 采样定理。

我们可以用一个旋转轮来形象理解这个定理,

v2-0ee7a7390cedc051019bb3222477110c_b.jpg

这是一个各个轴之间间隔45度的轮子,每个轮子都被标上了标识。


假设这个轮子以每秒45度来转动,那么每个轴返回原位需要8秒(采样周期)。

那么如果我们每8,16,24秒来用相机拍照,是不是每次都可以拍摄到原图像静止不动?

这是因为在采样周期内,车轮旋转的整数周期都会回到原位,不论旋转方向如何。那么就有了一个非常重要的结论:

采样周期的整数倍不能检测到相位(状态)变化。


我们来减少一点拍摄周期,如果以每4秒的速度拍摄呢?

每4秒拍照一次,轮子只能转一半,那么我们可以在照片中检测到轮子正在旋转,虽然依然不能区分它的旋转方向,但是轮子的状态(相位)已经可以区分了


那么再减少一点拍摄周期,以每3秒的速度拍摄呢?

无论顺时针还是逆时针,都可以看到轮轴的错位(相位的变化)。


这就是Nyquist-Shannon采样定理,我们希望同时看到轮子的旋转和相位变化,采样周期要小于整数周期的1/2,采样频率应该大于原始频率的2倍。同理,对于模拟信号,我们希望同时看到信号的各种特性,采样频率应该大于原始模拟信号的最大频率的两倍,否则将发生混叠(相位/频率模糊)。

发布了17 篇原创文章 · 获赞 2 · 访问量 374

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/weixin_37097614/article/details/102405917