刚刚写过一篇用MATLAB实现离散傅里叶级数的博文,如下:

【 MATLAB 】离散傅里叶级数(DFS)及 IDFS 的 MATLAB 实现

离散傅里叶变换不是一种神奇的东西,它和离散傅里叶级数关系很紧密,紧密到使用MATLAB编写离散傅里叶变换以及逆变换的函数一模一样,只需改个名字即可。

因为离散傅里叶级数是一个周期的信号,我们编写DFS以及IDFS函数时候,也通常只能考虑一个周期的时域信号以及频域信号,尽管我们心里都明白它是一个周期的信号。

那离散傅里叶变换DFT就是对一个时域非周期的信号x(n)作变换,这个非周期的信号x(n)经过周期延拓就可以得到一个周期信号xtilde(n),同样,离散傅里叶级数系数是一个频域的周期信号,离散傅里叶变换只是取其一个主值周期而已。

下面详细阐述。


定义一个周期信号,它的主值区间就是一个有限长信号,然后对这个周期信号应用DFS。实际上可以定义一个新的变换称为离散傅里叶变换(DFT),它就是这个DFS的主值周期。这个DFT就是任意有限长序列的最终数值可计算的傅里叶变换。

首先定义一个有限长序列x(n),它在【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现_傅里叶变换上有N个样本,作为一个N点序列。令【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现_傅里叶变换_02是用这个n点序列x(n)创建的一个周期为N的周期信号,即:

【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现_数字信号处理_03

令离散傅里叶级数系数:

【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现_数字信号处理_04

它是一个周期序列(因此也是无限长序列),那么它的主值区间就是离散傅里叶变换,它是有限长的。这些概念清楚表明在下面的定义中:

【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现_数字信号处理_05

这样的话:

【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现_数字信号处理_06

其中:【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现_傅里叶级数_07

一个N点的DFT X(k) 的逆离散傅里叶变换给出为:

【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现_傅里叶级数_08

或者:

【 MATLAB 】离散傅里叶变换(DFT)以及逆变换(IDFT)的MATLAB实现_傅里叶级数_09



理论知识说明完了,现在就用MATLAB语言来实现DFT以及IDFT。

同样使用向量化编程,具体的推导见一开始推荐的那篇博文,里面由我的推导,这里将DFS以及IDFS函数直接改个名字给出DFT以及IDFT的函数:

dft.m

function [Xk] = dft(xn,N)
% Computes Discrete Fourier Transform
%______________________________________________
% [Xk] = dft(xn,N)
% Xk = DFT coefficients array over 0 <= k <= N - 1
% xn = N-point finite - duration sequence 0 <= n <= N - 1
% N = Length of DFT

n = [0:1:N-1]; % row vector for n
k = [0:1:N-1]; % row vector for k
WN = exp(-j*2*pi/N);
nk = n'*k;
WNnk = WN .^ nk; %DFT matrix
Xk = xn * WNnk;

idft.m

function [xn] = idft(Xk,N)
% Computes Inverse Discrete Fourier Transform
%______________________________________________
% [xn] = idft(Xk,N)
% Xk = DFT coefficients array over 0 <= k <= N - 1
% xn = N-point sequence over 0 <= n <= N - 1
% N = Length of DFT

n = [0:1:N-1]; % row vector for n
k = [0:1:N-1]; % row vector for k
WN = exp(-j*2*pi/N);
nk = k' * n;
WNnk = WN .^(- nk); %IDFT matrix
xn = (Xk*WNnk)/N;

具体的案例分析见下篇博文。

欢迎查看我的数字信号处理的MATLAB实现专栏:数字信号处理的MATLAB实现