HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 20: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (Discrete Fourier Transform DFT)

Σχετικά έγγραφα
ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΔΙΑΚΡΙΤΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών. στο χώρο της συχνότητας

20-Φεβ-2009 ΗΜΥ Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων. Διάλεξη 22: Γρήγορος Μετασχηματισμός Fourier Ανάλυση σημάτων/συστημάτων με το ΔΜΦ

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΥΣΗ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. DTFT και Περιοδική/Κυκλική Συνέλιξη

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 6: Ανάλυση Σημάτων σε Ανάπτυγμα Σειράς Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΥΣΗ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier DFT

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Μετασχημ/μός Fourier Διακριτών Σημάτων - Διακριτός Μετασχημ/μός Fourier. Στην απόκριση συχνότητας ενός ΓΧΑ συστήματος ο μετασχηματισμός :

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Μετασχηµατισµός FOURIER ιακριτού χρόνου DTFT

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟ ΟΥ ΙΟΥΝΙΟΥ 2004., η οποία όµως µπορεί να γραφεί µε την παρακάτω µορφή: 1 e

Θεώρημα δειγματοληψίας

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

Εφαρμογή στις ψηφιακές επικοινωνίες

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 2: Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Kεφάλαιο 5 DFT- FFT ΔΙΑΚΡΙΤΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER DISCRETE FOURIER TRANSFORM 1/ 80. ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ DFT-FFT Σ.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

Ο μετασχηματισμός Fourier

Δυναμική Μηχανών I. Απόκριση Γραμμικών Συστημάτων στο. Πεδίο της Συχνότητας

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

x[n] = e u[n 1] 4 x[n] = u[n 1] 4 X(z) = z 1 H(z) = (1 0.5z 1 )(1 + 4z 2 ) z 2 (βʹ) H(z) = H min (z)h lin (z) 4 z 1 1 z 1 (z 1 4 )(z 1) (1)

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ Κυκλική Συνέλιξη. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Σήματα και Συστήματα ΙΙ

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

3. Δίνεται ψηφιακό σύστημα που περιγράφεται από τη σχέση. y[n] = x[n]-2x[n-1] y[n] = x[n]-2x[1-n]

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 2 η : Δισδιάστατα Σήματα & Συστήματα Μέρος 1

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

DFT ιακριτός µετ/σµός Fourier Discrete Fourier Transform

Τηλεπικοινωνίες. Ενότητα 2.1: Ανάλυση Fourier. Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

Διάλεξη 6. Fourier Ανάλυση Σημάτων. (Επανάληψη Κεφ Κεφ. 10.3, ) Ανάλυση σημάτων. Τι πρέπει να προσέξουμε

X(e jω ) = x[n]e jωn (1) x[n] = 1. T s

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 1: Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

x[n] x(nt s ) y c x c Discrete Time System D /C Conversion C/D Conversion Conv. From continous to discrete and from discrete to continous x trne

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Kεφάλαιο 5 DFT- FFT ΔΙΑΚΡΙΤΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER DISCRETE FOURIER TRANSFORM ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ DFT-FFT. Σ.

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ι

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

3-Φεβ-2009 ΗΜΥ Σήματα

ΘΕΩΡΙΑ ΣΗΜΑΤΩΝ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. Μετασχηµατισµός Laplace. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΤΑΧΥΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

H ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ. στις τηλεπικοινωνίες

Μετασχηµατισµός Ζ (z-tranform)

27-Ιαν-2009 ΗΜΥ (ι) Βασική στατιστική (ιι) Μετατροπές: αναλογικό-σεψηφιακό και ψηφιακό-σε-αναλογικό

Ημιτονοειδή σήματα Σ.Χ.

ΑΝΑΠΤΥΓΜΑ ΣΕ ΣΕΙΡΑ FOURIER - ΣΕΙΡΑ FOURIER

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

ΣΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Εισαγωγή στα Σήµατα Εισαγωγή στα Συστήµατα Ανάπτυγµα - Μετασχηµατισµός Fourier Μετασχηµατισµός Z

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών

FFT. Θα επικεντρωθούμε στο ΔΜΦ αλλά όλα ισχύουν και για τον

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα «Γεωχωρικές Τεχνολογίες» Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας. Εισηγητής Αναστάσιος Κεσίδης

Κεφάλαιο 6 : Φασματική Ανάλυση Σημάτων Χρήστος Ξενάκης. Πανεπιστήμιο Πειραιώς, Τμήμα Ψηφιακών Συστημάτων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

3-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Γρήγορος Μετασχηματισμός Fourier Εφαρμογές

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Διάλεξη 2. Συστήματα Εξισώσεων Διαφορών ΔιακριτάΣήματαστοΧώροτης Συχνότητας

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Σήματα και Συστήματα. Νόκας Γιώργος

ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ενότητα 3: ΣΥΝΕΛΙΞΗ

3. Κεφάλαιο Μετασχηματισμός Fourier

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Παρουσίαση Νο. 3. Δισδιάστατα σήματα και συστήματα #2

x[n] = x a (nt s ), n Z (11.1)

Στοχαστικές Μέθοδοι στους Υδατικούς Πόρους Φασματική ανάλυση χρονοσειρών

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

y[n] ay[n 1] = x[n] + βx[n 1] (6)

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 2 η : Δισδιάστατα Σήματα & Συστήματα Μέρος 2

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ MATLAB... 13

Ανάλυση Κυκλωμάτων. Φώτης Πλέσσας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

Επικοινωνίες στη Ναυτιλία

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 8: Ιδιότητες του Μετασχηματισμού Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Διάλεξη 10. Σχεδιασμός Φίλτρων. Κεφ Φίλτρο Διαφοροποιεί το φάσμα ενός σήματος Π.χ. αφήνει να περάσουν ή σταματά κάποιες συχνότητες

Εισαγωγή στην Επεξεργασία Σήματος. Νόκας Γιώργος

Discrete Fourier Transforms

1. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΑ ΣΗΜΑΤΑ

ΣΕΙΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ FOURIER. e ω. Το βασικό πρόβλημα στις σειρές Fourier είναι ο υπολογισμός των συντελεστών c

Δομή της παρουσίασης

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

6-Μαρτ-2009 ΗΜΥ Μετασχηματισμός z

Ο ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ διακριτές σήματα και συστήματα διακριτού χρόνου χρονοσειρές (time series)

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες

Transcript:

HMY 429: Εισαγωγή στην Επεξεργασία Ψηφιακών Σημάτων Διάλεξη 20: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (Discrete Fourier Transform DFT)

Εισαγωγή Μέχρι στιγμής έχουμε δει το Μετασχηματισμό Fourier Διακριτού Χρόνου (DTFT): Ο DTFT είναι δύσκολο να υλοποιηθεί σε Η/Υ Συνεχής μεταβλητή συχνότητας Απειρο άθροισμα Για πεπερασμένες ακολουθίες, υπάρχει μια εναλλακτική αναπαράσταση, στην οποία η συχνότητα είναι διακριτή μεταβλητή και αντιστοιχεί σε δείγματα του DTFT: Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (ΔΜΦ) Discrete Fourier Transform (DFT) Υπάρχουν αλγόριθμοι πολύ αποδοτικού υπολογισμού του ΔΜΦ σε Η/Υ (Fast Fourier Transform) Θα καταλήξουμε στον ΔΜΦ ξεκινώντας από τις διακριτές σειρές Fourier (Discrete Fourier Series DFS) για περιοδικά σήματα διακριτού χρόνου. Ο ΔΜΦ προκύπτει από παρόμοια ανάλυση για απεριοδικά σήματα διακριτού χρόνου με πεπερασμένη διάρκεια 2

Διακριτές Σειρές Fourier Εστω το περιοδικό σήμα διακριτού χρόνου: Οπως και στο συνεχή χρόνο, το σήμα αυτό μπορεί να εκφραστεί ως μια σειρά Fourier, δηλ. ως άθροισμα μιγαδικών εκθετικών σημάτων τα οποία σχετίζονται αρμονικά, δηλ. με συχνότητες οι οποίες είναι ακέραια πολλαπλάσια της θεμελιώδους συχνότητας 2π/ Ν του σήματος: Σημαντική διαφορά με το συνεχή χρόνο: Χρειαζόμαστε μόνο Ν μιγαδικά εκθετικά σήματα καθώς τα σήματα αυτά είναι πανομοιότυπα για τιμές του k που διαφέρουν κατά Ν (δηλ e 0 [n]=e N [n], e 1 [n]=e N+1 [n]) καθώς: άρα το άθροισμα περιέχει Ν όρους: Πως υπολογίζουμε τους συντελεστές της σειράς? Οπως και στις σειρές Fourier συνεχούς χρόνου εκμεταλλευόμαστε την ορθογωνιότητα των μιγαδικών εκθετικών σημάτων και προκύπτει: 3

Διακριτές Σειρές Fourier Οι συντελεστές είναι επίσης περιοδικοί με περίοδο Ν: Για διευκόλυνση του συμβολισμού θέτουμε: οπότε: εξίσωση σύνθεσης εξίσωση ανάλυσης Αρα και το σήμα και οι συντελεστές είναι περιοδικές ακολουθίες με περίοδο Ν! Παράδειγμα: Τραίνο κρουστικών Αναπαράσταση με DFS: 4

5 Ιδιότητες Διακριτών Σειρών Fourier

Μετασχηματισμός Fourier περιοδικών σημάτων Τα περιοδικά σήματα δεν είναι ούτε τετραγωνικά ούτε απόλυτα αθροίσιμα (συνθήκες για ύπαρξη του DTFT). Είδαμε όμως ότι: Αρα εφόσον ένα περιοδικό σήμα μπορεί να γραφτεί ως: παίρνοντας DTFT έχουμε: Αρα ο DTFT ενός περιοδικού σήματος είναι τραίνο κρουστικών με πλάτη και είναι περιοδικός με περίοδο 2π (όπως πρέπει). Παράδειγμα: Περιοδικό τραίνο κρουστικών Συντελεστές DFS: DTFT: 6

Μετασχηματισμός Fourier περιοδικών σημάτων Εστω ένα σήμα πεπερασμένης διάρκειας, δηλ x[n]=0 εκτός από 0 n N- 1. Μπορούμε να κατασκευάσουμε ένα σήμα που ισούται με την περιοδική επανάληψη αυτού του σήματος συνελίσσοντας με το περιοδικό τραίνο κρουστικών του προηγούμενου παραδείγματος, δηλ: Αρα (ιδιότητα συνέλιξης): Ομως o DTFT του περιοδικού σήματος είναι : Αρα: Οι συντελεστές Fourier (DFS) του περιοδικού σήματος είναι δείγματα του DTFT του σήματος x[n], δηλ. μιας περιόδου του Τα δείγματα είναι ομοιόμορφα για ω μεταξύ 0 και 2π και απέχουν 2π/Ν μεταξύ τους 7

Παράδειγμα Εστω ο περιοδικός παλμός του σχήματος με περίοδο Ν=10. Συντελεστές DFS? Αρα: DTFT μιας περιόδου, δηλ x[n]=1, 0 n 9: Αρα: 8

Παράδειγμα Εστω ο περιοδικός παλμός του σχήματος με περίοδο Ν=10. Συντελεστές DFS? Αρα: DTFT μιας περιόδου, δηλ x[n]=1, 0 n 9: Αρα: 9

Δειγματοληψία του DTFT Εστω η ακολουθία όπου: Ο DTFT είναι περιοδικός ως προς ω με περίοδο 2π, άρα οι συντελεστές είναι περιοδικοί ως προς k με περίοδο Ν. Ισοδύναμα, παίρνουμε δείγματα του μετασχηματισμού Ζ πάνω στο μοναδιαίο κύκλο Η ακολουθία αυτή θα μπορούσε να είναι η ακολουθία των συντελεστών DFS του περιοδικού σήματος δηλ: Ποιο όμως είναι το σήμα? Μπορεί να αποδειχθεί ότι: 10 Αρα είναι η περιοδική επανάληψη του x[n] με περίοδο Ν. Με άλλα λόγια αν πάρουμε δείγματα από τον DTFT ενός (απεριοδικού) σήματος ΔΧ Χ(e jω ) που απέχουν 2π/Ν τότε η ακολουθία αυτών των τιμών αντιστοιχεί στους συντελεστές DFS του σήματος το οποίο είναι η περιοδική επανάληψη του σήματος x[n] με περίοδο Ν

Δειγματοληψία του DTFT Παράδειγμα Ν=12 Ν=7 έχουμε επικάλυψη! Κατ αναλογία με την περίπτωση της αναδίπλωσης στη δειγματοληψία στο πεδίο του χρόνου δεν μπορούμε να ανακτήσουμε το αρχικό μας σήμα! Για να ανακτήσουμε λοιπόν, πρέπει να δειγματοληπτήσουμε τον DTFT αρκετά «πυκνά». Αν το αρχικό μας σήμα έχει διάρκεια Ν πρέπει να πάρουμε τουλάχιστον 2π/Ν δείγματα του DTFT 11

Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier Ισοδύναμα, αν έχουμε ένα σήμα με πεπερασμένη διάρκεια, δεν χρειάζεται να γνωρίζουμε τον DTFT του Χ(e jω ) για όλες τις τιμές του ω! Παίρνοντας δείγματα του DTFT μπορούμε να πάρουμε το περιοδικό σήμα, το οποίο προκύπτει από τη διακριτή σειρά Fourier (DFS) και να ανακτήσουμε το αρχικό μας σήμα x[n] κρατώντας μια περίοδο του Επομένως ο διακριτός Μετασχηματισμός Fourier (DFT) ορίζεται από το ζεύγος εξισώσεων: Μετασχηματισμός Fourier Διακριτού Χρόνου (DTFT): 12

Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier Παράδειγμα: Τετραγωνικός παλμός Ν=5 13

Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier Παράδειγμα: Τετραγωνικός παλμός Ν=10 14