DFT与FFT栅栏效应与窗函数-数字信号处理.ppt

6.5DFT与FFT,第六章、数字信号处理技术,1、离散傅立叶变换,离散傅里叶变换（DiscreteFourierTransform）一词是为适应计算机作傅里叶变换运算而引出的一个专用名词。,周期信号xT(t)的傅里叶变换：,第六章、数字信号处理技术,对周期信号xT(t)采样，得离散序列xT(n),将积分转为集合：,展开，得连续傅立叶变换计算公式：,用计算机编程很容易计算出指定频率点值：,f=？/计算的频率点Fs=?N=1024dt=1.0/Fspi=3.1415926XR=0XI=0,Forn=0ToN-1XR=XR+x(n)*cos(2*pi*f*n*dt)*dtXI=XI+x(n)*sin(2*pi*f*n*dt)*dtNextA=sqr(XR*XR+XI*XI)Q=atn(XI/XR),VBScript样例,6.5DFT与FFT,6.5DFT与FFT,连续傅立叶变换编程计算实验：,采样信号频谱是一个连续频谱，不可能计算出所有频率点值，设频率取样间隔为：,f=fs/N,频率取样点为0,f,2f,3f,.，有：,6.5DFT与FFT,6.5DFT与FFT,2、快速傅立叶变换,快速傅立叶变换(FFT)是离散傅立叶变换的一种有效的算法，通过选择和重新排列中间结果，减小运算量。,6.5DFT与FFT,有大量重复的cos、sin计算，FFT的作用就是用技巧减少cos、sin项重复计算。,当采样点数为1024点,DFT要求一百万次以上计算量，而FFT则只要求一万次。,6.6栅栏效应与窗函数,第六章、数字信号处理技术,1、栅栏效应,为提高效率,通常采用FFT算法计算信号频谱，设数据点数为N，采样频率为Fs。则计算得到的离散频率点为:,Xs(Fi)，Fi=i*Fs/N,i=0，1，2，.，N/2,如果信号中的频率分量与频率取样点不重合，则只能按四舍五入的原则，取相邻的频率取样点谱线值代替。,6.5DFT与FFT,栅栏效应误差实验：,6.6栅栏效应与窗函数,2能量泄漏与栅栏效应的关系,频谱的离散取样造成了栅栏效应，谱峰越尖锐，产生误差的可能性就越大。,例如，余弦信号的频谱为线谱。当信号频率与频谱离散取样点不等时，栅栏效应的误差为无穷大。,6.6栅栏效应与窗函数,实际应用中，由于信号截断的原因，产生了能量泄漏，即使信号频率与频谱离散取样点不相等，也能得到该频率分量的一个近似值。,从这个意义上说，能量泄漏误差不完全是有害的。如果没有信号截断产生的能量泄漏，频谱离散取样造成的栅栏效应误差将是不能接受的。,6.6栅栏效应与窗函数,能量泄漏分主瓣泄漏和旁瓣泄漏，主瓣泄漏可以减小因栅栏效应带来的谱峰幅值估计误差，有其好的一面，而旁瓣泄漏则是完全有害的。,6.6栅栏效应与窗函数,3常用的窗函数,1）矩形窗,6.6栅栏效应与窗函数,2）三角窗,6.6栅栏效应与窗函数,3）汉宁窗,6.6栅栏效应与窗函数,常用窗函数,6.5DFT与FFT,窗函数在减小栅栏效应误差中的作用实验：,6.5DFT与FFT,总结：,信号截断能量泄漏,FFT栅栏效应,从克服栅栏效应误差角度看，能量泄漏是有利的。,6.5DFT与FFT,通过加窗控制能量泄漏，减小栅栏效应误差：,加矩形窗,加汉宁窗,6.6栅栏效应与窗函数,6.6栅栏效应与窗函数,思考题：,1.A/D，D/A转换器的主要技术指标有那些？,2.信号量化误差与A/D，D/A转换器位数的关系？,3.采样定理的含义，当不满足采样定理时如何计算混迭频率？,4.A/D采样为何要加抗混迭滤波器，其作用是什麽？,5.数字信号处理中采样信号的频谱为何一定会产生能量泄漏？,6.用FFT计算的频谱为何一定会存在栅栏效应误差？,7.窗函数的作用是什麽？,