1. 离散周期信号的傅里叶级数及其系数(DFS)

1)针对的对象:周期离散序列,设周期为N;

2)像连续周期信号那样用傅里叶级数表示信号,也即周期序列x[n]的傅里叶级数(DFS)表示:

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_频域

其中:离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_频域_02

从上面的公式中可以看到,积分限从0到N-1,而非像连续周期信号的傅里叶级数那样,从离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶级数_03离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶变换_04,这是为什么呢?也就是说,为什么不像连续周期信号的傅里叶级数一样,需要无穷多个成谐波关系的复指数合成?

这是因为:

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶级数_05

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_频域_06对于n来说,是以N为周期的,所以只需要一个周期就可以了。

(连续周期信号的傅里叶变换要不要贴出来呢?)

3)下面在给出傅里叶系数的表达式:

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_频域_07

(要不要推导一个这个式子怎么来的呢?)

注意:上面的DFS以及IDFS,自变量的取值范围都是从负无穷到正无穷。

之所以要先讲离散傅里叶级数,是因为它和离散傅里叶变换有看上去不小的联系呢,至少可以直观的、感官上地对比。

2. 离散傅里叶变换(DFT)

正变换公式(DFT):

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶级数_08

逆变换公式(IDFT):

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_频域_09

DFT的矩阵形式:

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶级数_10

IDFT的矩阵形式:

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_取值范围_11

对比DFS与DFT可以很明显的看到,二者之间的关系为:

除了取值范围不同,其他基本一致,实际应用中,要处理的信号大多数为有限长的非周期信号,因此DFT更常用。

DFT只不过是特殊的DFS,就是对DFS的时域和频域只取主值部分。

矩阵形式的DFT参考浅谈离散傅里叶变换和快速算法

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手稿版:

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_频域_12

离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶变换_13


 

这部分参考:写的不错的博文

离散傅立叶级数(DFS)中的无限长序列离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶级数_14离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶变换_15都是以N为周期的周期序列,所以在计算离散时间周期序列及其频谱时,可以利用DFS的周期性,只需要在时域和频域各取一个主值序列,用计算机各计算一个周期中的N个样值,最后将所得的主值序列x(n)和X(k)进行周期延拓,即可得到原来的无限长序列离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶级数_14离散傅里叶变换(DFT)(为了使用而学习的DFT)_傅里叶变换_15

由DFT的导入过程可以发现,DFT不仅可以解决无限长周期序列的计算机运算问题,而且更可以解决有限长序列的计算机运算问题。事实上,对于有限长离散序列,总可以把时域和频域的变换区间(序列长度)均取为N(包括适当数量的补0点),通常把N称之为等间隔采样点数,我们可以把这个N点的变换区间视为某个周期序列的一个主值序列,直接利用DFT的定义计算其N点变换。