17.6 : Дискретное преобразование Фурье

Дискретное преобразование Фурье (ДВПФ) является важным математическим инструментом для анализа дискретных сигналов, преобразуя их из временного домена в частотный домен. Это преобразование позволяет исследовать частотные компоненты дискретных сигналов, предоставляя представление об их спектральных характеристиках. В ДВПФ непрерывный интеграл, используемый в непрерывном преобразовании Фурье, заменяется суммированием для учета дискретной природы сигнала.

Одним из примечательных свойств ДВПФ является его периодичность. Спектр Фурье X(Ω) является периодическим с периодом 2π. Эта периодичность подразумевает, что X(Ω) может быть представлен в виде ряда Фурье, что облегчает различные аналитические и вычислительные методы. Периодическая природа ДВПФ также позволяет вычислять его обратное ему преобразование, обратное дискретное преобразование Фурье (ОДВПФ), которое восстанавливает исходный дискретный сигнал из его частотного спектра.

Здесь Ω представляет собой частотную переменную, отличающуюся от непрерывной частотной переменной, обычно обозначаемой как ω. Результат, X(Ω), является спектром Фурье дискретного сигнала. Существование и сходимость X(Ω) зависят от суммируемости дискретного сигнала x[n]. Если x[n] абсолютно суммируем, то X(Ω) существует и сходится.

Несмотря на дискретную природу исходного сигнала, X(Ω) является непрерывной функцией частотной переменной Ω, подчеркивая роль DTFT как моста между дискретными и непрерывными доменами. Эта характеристика имеет решающее значение в различных практических приложениях, особенно при проектировании и анализе цифровых фильтров, используемых в обработке аудио и видео, системах связи и обработке биомедицинских сигналов.

Подводя итог, можно сказать, что DTFT является основополагающим инструментом в обработке сигналов, позволяющим анализировать и манипулировать дискретными по времени сигналами в частотном домене. Его свойства и приложения подчеркивают его важность как в теоретических, так и в практических аспектах современной инженерии и технологий.