离散傅里叶变换公式推导

离散傅里叶变换公式推导离散傅里叶变换公式推导先抛变换公式:Fm=∑n=0N−1fne−2πimn/N↔fn=1N∑m=0N−1Fme2πimn/NF_m=\sum_{n=0}^{N-1}f_ne^{-2\piimn/N}\leftrightarrowf_n=\frac{1}{N}\sum_{m=0}^{N-1}F_me^{2\piimn/N}Fm​=n=0∑N−1​fn​e−2πimn/N↔fn​=N1​m=0∑N−1​Fm​e2πimn/N式中的N是数据点个数讲道理一开始完全看不懂公式这么来的,一顿百度后我学

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

离散傅里叶变换公式推导

先抛变换公式:
F m = ∑ n = 0 N − 1 f n e − 2 π i m n / N ↔ f n = 1 N ∑ m = 0 N − 1 F m e 2 π i m n / N F_m=\sum_{n=0}^{N-1}f_ne^{-2\pi imn/N}\leftrightarrow f_n=\frac{1}{N}\sum_{m=0}^{N-1}F_me^{2\pi imn/N} Fm=n=0N1fne2πimn/Nfn=N1m=0N1Fme2πimn/N
式中的N是数据点个数
讲道理一开始完全看不懂公式这么来的,一顿百度后我学到了很多,但就是没学到怎么推公式。好吧只能自己推。
先来看一下DFT的物理意义:DFT示意图
(图我网上随便下的)
离散傅里叶变换是把周期性离散信号变换到频域上,大家知道,周期信号变到频域上是离散的。离散就是在个别点 { x n } \{x_n\} {
xn}
有值。我是学物理的,物理里面离散的可以这么表示:
f ( x ) = ∑ n = 0 N − 1 f n δ ( x − x n ) f(x)=\sum_{n=0}^{N-1}f_n\delta(x-x_n) f(x)=n=0N1fnδ(xxn)
δ ( x ) \delta(x) δ(x)是个在 x = 0 x=0 x=0处无穷大,其余位置为0且全空间积分为1的函数 ∫ − ∞ ∞ δ ( x ) d x = 1 \int_{-\infty}^{\infty}\delta(x)dx=1 δ(x)dx=1

周期性信号变到频域上,那不就是傅里叶级数吗。自然有公式
F m = ∫ − T T ∑ n = 0 N − 1 f n δ ( x − x n ) e − i x k m d x = ∑ n = 0 N − 1 ∫ f n δ ( x − x n ) e − i x k m d x = ∑ n = 0 N − 1 f n e − i x n k m \begin{aligned} F_m &= \int_{-T}^{T}\sum_{n=0}^{N-1}f_n\delta(x-x_n)e^{-ixk_m}dx \\&=\sum_{n=0}^{N-1}\int f_n\delta(x-x_n)e^{-ixk_m}dx \\&=\sum_{n=0}^{N-1}f_ne^{-ix_nk_m} \end{aligned} Fm=TTn=0N1fnδ(xxn)eixkmdx=n=0N1fnδ(xxn)eixkmdx=n=0N1fneixnkm
接下来我们假设 d x , d k dx,dk dx,dk分别是 { x n } \{x_n\} {
xn}
, { k n } \{k_n\} {
kn}
的间距,那么:
x n = n d x , k m = m d k x_n=ndx,\qquad k_m = mdk xn=ndx,km=mdk
代入上式:
F m = ∑ n = 0 N − 1 f n e − i x n k m = ∑ n = 0 N − 1 f n e − i m n d x d k \begin{aligned} F_m &=\sum_{n=0}^{N-1}f_ne^{-ix_nk_m} \\&=\sum_{n=0}^{N-1}f_ne^{-imndxdk} \end{aligned} Fm=n=0N1fneixnkm=n=0N1fneimndxdk
是不是和最上面的式子很接近了?还差最后一步,确定 d x d k dxdk dxdk的值。
下面我懒得写了,只说一下做法吧

  1. 先写出 F m F_m Fm f n f_n fn的逆变换,
    f n = c ∑ n = 0 N − 1 F m e i m n d x d k f_n = c\sum_{n=0}^{N-1}F_me^{imndxdk} fn=cn=0N1Fmeimndxdk
    c c c是个系数,之后应该能计算出是 1 / N 1/N 1/N
  2. 把上面的 F m F_m Fm表达式带进去,就能得到用 f n ′ f_{n’} fn求和表达的 f n f_n fn,这要求 d x d k dxdk dxdk满足一定关系,其实就是满足 d x d k = 2 π N dxdk = \frac{2\pi}{N} dxdk=N2π
  3. 最后把公式里的 d x d k dxdk dxdk替换就完事了

这个公式推导倒是不难,主要问题是理解不要出现偏差。所谓离散傅里叶变换是把周期离散信号变换到周期离散频谱,这是真的离散信号。一开始我以为是连续信号在某些给定点采样得到的值呢(没有学过信号相关的内容,在计算物理中遇到了这个离散傅里叶变换)。

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请联系我们举报,一经查实,本站将立刻删除。

发布者:全栈程序员-站长,转载请注明出处:https://javaforall.net/160837.html原文链接:https://javaforall.net

(0)
全栈程序员-站长的头像全栈程序员-站长


相关推荐

  • visio 2013密钥「建议收藏」

    2NYF6-QG2CY-9F8XC-GWMBW-29VV8FJ2N7-W8TXC-JB8KB-DCQ7Q-7T7V3VXX6C-DN3HQ-3CRXG-RF4KT-YG7V3B3C7Q-D6NH2-2VRFW-HHWDG-FVQB666DNF-28W69-W4PPV-W3VYT-TJDBQN4M7D-PD46X-TJ2HQ-RPDD7-T28P9ND3G9-KQHY4-8P3W2-VG…

    2022年4月16日
    121
  • TCPDF_TCP ACK

    TCPDF_TCP ACK新建一个文档对象$pdf=newTCPDF(PDF_PAGE_ORIENTATION,PDF_UNIT,PDF_PAGE_FORMAT,true,’UTF-8′,false);页面记得也设为utf-8 AddPage();新建一个pdf文档页面。Image($file,$x,$y,$w,$h,$type,$link,$align…

    2025年10月4日
    2
  • 落后的失利王朝死亡

    落后的失利王朝死亡

    2022年1月11日
    48
  • mysql 索引类型以及使用场景[通俗易懂]

    mysql 索引类型以及使用场景[通俗易懂] 关于MySQL索引的好处,如果正确合理设计并且使用索引的MySQL是一辆兰博基尼的话,那么没有设计和使用索引的MySQL就是一个人力三轮车。对于没有索引的表,单表查询可能几十万数据就是瓶颈,而通常大型网站单日就可能会产生几十万甚至几百万的数据,没有索引查询会变的非常缓慢。还是以WordPress来说,其多个数据表都会对经常被查询的字段添加索引,比如wp_comments表中针对5个字段设计了B…

    2022年6月7日
    38
  • inetaddress java_java中Inetaddress类

    inetaddress java_java中Inetaddress类InetAddress类InetAddress类用来封装我们前面讨论的数字式的IP地址和该地址的域名。你通过一个IP主机名与这个类发生作用,IP主机名比它的IP地址用起来更简便更容易理解。InetAddress类内部隐藏了地址数字。InetAddress类中的工厂方法InetAddress类没有明显的构造函数。为生成一个InetAddress对象,必须运用一个可用的工厂方法。工厂方法(factor…

    2022年6月23日
    19
  • linux ext4无法使用超过16T磁盘的解决办法

    linux ext4无法使用超过16T磁盘的解决办法

    2022年3月11日
    43

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

关注全栈程序员社区公众号