数字信号处理基础

您所在的位置:网站首页 数列卷积运算 数字信号处理基础

数字信号处理基础

2024-07-13 00:38| 来源: 网络整理| 查看: 265

1. 卷积的过程

  卷积是分析数学中一种重要的运算,两个变量在某范围内相乘后求和的结果。两个函数和生成第三个函数的一种数学算子。常记为ℎ(𝑛)= 𝑓(𝑛) * 𝑔(𝑛)或 ℎ(𝑥) = 𝑓(𝑥) *𝑔(𝑥)。

1.1 卷积的计算过程和物理含义

  对于两个离散的序列,要求得这两个序列得卷积,可以按照如下几个步骤。 在这里插入图片描述

第一步:将第一个序列{a , b, c}的起始位置也(f(0)),移动到第二个序列{i, j, k}的起始位置(g(0)),然后用第二个序列的第一个值(g(0)),分别乘以第一个序列中的值。 在这里插入图片描述第二步:将第一个序列{a , b, c}的起始位置也(f(0)),移动到第二个序列{i, j, k}的第二个位置(g(1)),然后用第二个序列的第一个值(g(1)),分别乘以第一个序列中的值。

在这里插入图片描述

第三步:将第一个序列{a , b, c}的起始位置也(f(0)),移动到第二个序列{i, j, k}的第二个位置(g(2)),然后用第二个序列的第一个值(g(2)),分别乘以第一个序列中的值。 在这里插入图片描述 *第四步:将前面求得的结果进行累计得到最终的结果。 在这里插入图片描述   上面介绍的步骤,和我最开始学习卷积的不太一样,但是仔细想想物理含义是一样的。同样的,卷积也可以采用第二种办法,就是将序列分别进行如下操作: 反褶平移相乘 4.累加 1.2 离散卷积公式

可以看到tmp(0)是g(0)和第一个序列中的每一个值进行相乘。 tmp(1)是g(1)和第一个序列右移一个单位后于其中每一个元素相乘。 tmp(2)是g(2)和第一个序列右移两个个单位后于其中每一个元素相乘。 。。。 最终的结果就是将这些结果全都累加起来,最终得到的序列的长度是两个序列的长度之和减去1。 在这里插入图片描述

2. 卷积积分 2.1冲击函数的性质

 &esmp;δ(t)在原点处的冲击为1。对δ(t)进行移位过后,在对应位置的冲击为1。 在这里插入图片描述

2.2 用冲击函数表示信号

  可以用冲击信号来表示任意一个信号。   根据可以使用微积分,用一个个小矩形来对函数进行切片,然后让小矩形不断变窄,最终矩形面积趋于0,就可以用积分了。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述   从推算出来的结果可以知道,函数的表示其实就是原始函数和一个冲激函数进行卷积。类比前面的离散的卷积可以看到,由于第二个函数只在某一个地方有值,因此卷积只用计算一个地方的值就可以。所以可以看到一个信号和一个冲击信号卷积,得到的是其本身。  &esmp;若一个信号和一个冲击函数的移位进行卷积,那么根据离散卷积的类比,需要将该函数的起始点移动到第二个序列的起始点,然后进行乘加,对应连续的函数,就是进行求积分的过程。所以最终得到的结果是相较于原始信号的一个移位信号。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

2.3 卷积积分的定义

在这里插入图片描述   卷积的含义:可以把两个函数的卷积,看作一个函数与组成另一个函数的无穷多个冲击进行卷积,这样就相当于把一个函数移动到冲击的位置,再根据冲击的大小对函数的大小进行改变,最终将所有这些于冲击作用的结果进行积分,得到最终的信号。 在这里插入图片描述

在这里插入图片描述  从连续和离散的卷积来看,两者的内涵其实是一致的,都是将一个信号,搬到另一个信号对应某一点的位置,然后再进行相乘,最终对所有中间结果进行累加/求积分。

3.卷积的应用 3.1 时域卷积 时域卷积对应频率的乘积 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 3.2 冲击响应

   线性时不变系统中,输入为单位脉冲信号时,系统的零状态响应就是冲击响应。   冲击响应,就类似于蹬自行车。当自行车还处于静止状态时,你上去就是一猛脚,这一jio就是一个冲击,自行车具有速度跑起来就是这个冲击的响应。   当输入系统的是很多个冲击的时候,系统的响应其实就是这一些列的冲击响应的叠加。就i类似于在蹬自行车的时候蹬了很多jio,最终自行车在蹬了这么多jio过后跑起来了。   一个信号经过了一个系统,其实就是这个信号和这个系统的冲击响应进行卷积。 在这里插入图片描述

3.3时域卷积和频域卷积在这里插入图片描述

时域卷积对应频域相乘,可以用来设计滤波器。 时域相乘对应频域卷积,可以用来进行信号的调制解调。

参考:

深入浅出数字信号处理



【本文地址】


今日新闻


推荐新闻


CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3