一天征服傅里叶变换.docx

天征服傅里叶变换 如果你对信号处理感兴趣，无疑会说这个标题是太夸张了
我赞同这点 当然，没有反覆实践和钻研数学， 您无法在一
天里学会傅立叶变换的方方面面 无论如何，这个在线课程将
提供给您怎样进行傅立叶变换运 算的基本知识 能有效和能
非常简单地领会的原因是我们使用了一种不太传统的逼近
重要的是你将学习傅立叶变换的要素而完全不用超过加法和
乘法的数学计算！我将设法在不超过以下六节里解释在对音
像信 号处理中傅立叶变换的实际应用
步骤1: 一些简单的前提
在下面，您需要理解以下四件最基本的事情 ：加法，乘
除法 什么是正弦，余弦和正弦信号 明显 地，我将跳第一
二件事和将解释位最后一个 您大概还记得您在学校学过的
三角函数”[1],它神秘地用于 与角度一起从它们的内角计
算它们的边长，反之亦然 我们这里不需要所有这些事，我 们只需要知道二个 最重要的三角函数，"正弦"和"余弦"的
外表特征 这相当简单：他们看起来象是以峰顶和谷组成的
从观察点向左右无限伸展的非常简单的波浪
（附图一）
The sine wave
The cosine wave
如同你所知道的，这两种波形是周期性的，这意味着在一
定的时间 周期之后，它们看起来再次一样 两种波形看起
来也很象，但当正弦波在零点开始时余弦波开始由现在最大
值在实践中，我们如何判定我 们在一个给定时间所观测到
的波形是开始在它的最大值或在零 ？问的好：我们不能 实践
上没有办法区分正弦波和余弦波，因此看起来象正弦或余弦
波的我们统称为正弦波，在希腊语中译作 "正弦类"正弦波
的一个重要性质是“频率”它告诉我们在一个给定的时间内
有多少个波峰和波谷 高频意味许多波峰和波谷， 低频率意
味少量波峰和波谷 :
傅立叶定理
sinu so id
sinu soid
sinu soid
Jean-Baptiste Joseph Fourier
是孩子们中让父母感到骄傲和
惭愧的的一个，因为他十四岁时就开始对他们 说非常复杂
的数学用语他的一生中做了很多重要工作，但最重大的发
现可能是解决了材料热传导问题 他推导由了描述热在某一 媒介中如何传导的公式，即用三角函数的无穷级数来解决这
个问题（就是我们在 上面讨论过的正弦 余弦函数） 主要
和我们话题有关的是：傅里叶的发现总结成一般规律就是任
意复杂 的信号都能由一个个混合在一起的正弦函数的和来 表示 这是一个
This is our
One
original
sine
sines
Four
sines
sines
Fourteen
（附图三）
sines
在这里你看到的是一个原始的信号，以及如何按某一确
定的关系（配方”）混合在一起的正弦函数混 合物（我们
称它们为分量）所逼近我们将简略地谈论一下那份配方如你
所知，我们用的正弦函数愈多 其结果就愈精确地接近我们
的原始信号波形在现实”世界中，在信号连续的地方，即你
能以无穷小的间 隔来测量它们，精度仅受你的测试设备限
制，你需要无限多的正弦函数才能完美地建立任意一个给定
的信 号幸运地是，和数字信号处理者们一样，我们不是生
活在那样的世界 相反，我们将处理仅以有限精度 每隔一定
间隔被测量的现实世界的采样信号 因而，我们不需要无限多
地正弦函数，我们只需要非常多 稍后我们也将讨论这个 非
常多”是多少目前重要的一点是你能够想象，任意一个在你
计算机上的信号， 都能用简单正弦波按配方组成
步骤3:非常多”是多少
正如我们所知道的，复杂形状的波形能由混合在一起的正
弦波所建立我们也许要问需要多少正弦波来 构造任意一个 在计算机上给定的信号当然，倘若我们知道正在处理的信号
是如何组成的，这可能至少是一个单个正弦波在许多情况 下，我们处理的现实世界的信号可能有非常复杂的结构，以 至于我们不能深 入知道实际上有多少 分量”波存在在这种 情况下，即使我们无法知道原始的信号是由多少个正弦波来 构成的，肯定存在一个我们将需要多少正弦波的上限 尽管
如此，这实际上没解决有多少的问题 让我们试 着来直观地
逼近它：假设一个信号我们有1000个样采，可能存在的最短 周期正弦波（即多数波峰波谷在其 中）以交替的波峰波谷分
布在每个采样内 因此，最高频率的正弦波将有 500个波峰和 500个波谷在我 们的1000个采样中，且每隔一个采样是波 峰下图中的黑点表示我们的采样，所以，最高频率的正