新客立减

 

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理解离散傅立叶变换(一)

 

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傅立叶变换的由来

 

 

关于傅立叶变换,

无论是书本还是在网上可以很容易找到关于傅立叶变换的描述,

但是

大都是些故弄玄虚的文章,

太过抽象,

尽是一些让人看了就望而生畏的公式的罗列,

让人很

难能够从感性上得到理解,

最近,

我偶尔从网上看到一个关于数字信号处理的电子书籍,

一个叫

Steven W. Smith, Ph.D.外国人写的,写得非常浅显,里面有七章由浅入深地专门

讲述关于离散信号的傅立叶变换,

虽然是英文文档,

我还是硬着头皮看完了有关傅立叶变换

的有关内容,

看了有茅塞顿开的感觉,

在此把我从中得到的理解拿出来跟大家分享,

希望很

多被傅立叶变换迷惑的朋友能够得到一点启发,

这电子书籍是免费的,

有兴趣的朋友也可以

从网上下载下来看一下,URL

地址是: 

http://www.dspguide.com/pdfbook.htm

 

 

 

要理解傅立叶变换,

确实需要一定的耐心,

别一下子想着傅立叶变换是怎么变换的,

然,

也需要定的高等数学基础,

最基本的是级数变换,

其中傅立叶级数变换是傅立叶变换的

基础公式。

 

 

一、傅立叶变换的提出

 

 

 

让我们先看看为什么会有傅立叶变换?傅立叶是一位法国数学家和物理学家的名字,

语原名是

Jean Baptiste Joseph Fourier(1768-1830), Fourier

对热传递很感兴趣,

1807

年在法

国科学学会上发表了一篇论文,

运用正弦曲线来描述温度分布,

论文里有个在当时具有争议

性的决断:

任何连续周期信号可以由一组适当的正弦曲线组合而成。

当时审查这个论文的人,

其中有两位是历史上著名的数学家拉格朗日

(Joseph Louis Lagrange, 1736-1813)

和拉普拉斯

(Pierre Simon de Laplace, 1749-1827)

,当拉普拉斯和其它审查者投票通过并要发表这个论文

时,拉格朗日坚决反对,在近

50

年的时间里,拉格朗日坚持认为傅立叶的方法无法表示带

有棱角的信号,

如在方波中出现非连续变化斜率。

法国科学学会屈服于拉格朗日的威望,

绝了傅立叶的工作,幸运的是,傅立叶还有其它事情可忙,他参加了政治运动,随拿破仑远

征埃及,法国大革命后因会被推上断头台而一直在逃避。直到拉格朗日死后

15

年这个论文

才被发表出来。

 

 

 

谁是对的呢?拉格朗日是对的:

正弦曲线无法组合成一个带有棱角的信号。

但是,

我们

可以用正弦曲线来非常逼近地表示它,

逼近到两种表示方法不存在能量差别,

基于此,

傅立

叶是对的。

 

 

 

为什么我们要用正弦曲线来代替原来的曲线呢?如我们也还可以用方波或三角波来代

替呀,

分解信号的方法是无穷的,

但分解信号的目的是为了更加简单地处理原来的信号。

正余弦来表示原信号会更加简单,

因为正余弦拥有原信号所不具有的性质:

正弦曲线保真度。

一个正弦曲线信号输入后,

输出的仍是正弦曲线,

只有幅度和相位可能发生变化,

但是频率

和波的形状仍是一样的。

且只有正弦曲线才拥有这样的性质,

正因如此我们才不用方波或三

角波来表示。

 

 

二、傅立叶变换分类