Chương 55 Chương

BK TP.HCM

BIẾN ĐỔI FOURIER BIẾN ĐỔI FOURIER RỜI RẠC (DFT) RỜI RẠC (DFT)

T.S. Đinh Đức Anh Vũ

Faculty of Computer Science and Engineering HCMC University of Technology 268, av. Ly Thuong Kiet, District 10, HoChiMinh city (08) 864-7256 (ext. 5843) Telephone : Fax : (08) 864-5137 Email : anhvu@hcmut.edu.vn http://www.cse.hcmut.edu.vn/~anhvu

Giớithi ệu về DFT Giớithi ệu về DFT

§ Biến đổi Fourier liên tục

x(n) = 0.8nu(n)

x(n)

Miềnth ờigian

F

Miền tần số

¥

-

X

njenx w )(

( ) w

=

(cid:229)

n

-¥=

§ Vấn đề: X(ω) liên tụctheo t ần số ω → không thích hợp cho việctínhtoántrên

máytính

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

2

Lấy mẫumi ền tần số Lấy mẫumi ền tần số

X(ω)

Lấy mẫu

N=10

N=10

kX )(

X

)

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

2 k pw = ( N

3

Lấy mẫumi ền tần số Lấy mẫumi ền tần số

(

)

,...,1,0

1

X

X

k

)( enx

k

N

( ) w

=

=

=

-

¥ j / Nkn - 2 p

(cid:229)

2 p N Nk / 2 pw = n -¥=

2 p N

2 p N

2 p N

kX )(

enx )(

enx )(

=

L

+

+

+

L

+

(cid:229)

(cid:229)

(cid:229)

N N 2 1 - 1 - j kn j kn j kn - - - 1 - enx )(

n N n 0 Nn = = -=

2 p N

enx )(

=

(cid:229) (cid:229)

lN ¥ N 1 -+ j kn -

l -¥= lNn =

2 p N

Thayn b ằng(n-lN)

e

)

lNnx ( -

=

N ¥ 1 - j kn -

ø œ ß

n l 0 -¥= =

Ø (cid:229) (cid:229) Œ º 1 -

2 p N

)

=

( lNnx -

với

kX )(

enx )(

(cid:222)

=

)( nx p

¥ N j kn -

(cid:229)

(cid:229)

§ T/h xp(n) – lặpchu k ỳ củax(n) m ỗiN m ẫu–t/htu ầnhoàn v ớichu k ỳ cơ bản N

p l -¥= n 0 =

n

N

,...,1,0

1

=

=

-

nx )( p

ec k

(cid:229)

N 1 - j Nkn / 2 p

k 0 =

c

k

N

enx )(

,...,1,0

1

=

=

-

(cid:229)

N 1 - j Nkn / - 2 p k p

1 N DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

n 0 =

4

Lấy mẫumi ền tần số Lấy mẫumi ền tần số

,1,0

,

1

c

)( kX

k

N

=

=

-

K

k

1 N

N

1 -

j

kn

2 p N

,1,0

,

1

)( ekX

n

N

=

=

-

K

)( nx p

(cid:229)

1 N

k

0

=

§ Cóth ể phục hồit/h x p(n) từ các mẫu củaph ổ X(ω)

x(n)

0

1

Nn

££

-

)( nx p

)( nx

=

n

others

(cid:236) (cid:237) 0 (cid:238)

0

L

N>L

xp(n)

n

0

NL

N

xp(n)

alias

n

Khi N≥L, x(n) cóth ểđượ ckhôiph ục từ các mẫuph ổ tần số tại ωk=2πk/N

0

N

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

5

Lấy mẫumi ền tần số Lấy mẫumi ền tần số

§ Cóth ể phục hồi X(ω) từ các mẫu X(k) vớik = 0, 1, …, N-1

“ Giả sử N ≥ L → x(n) = xp(n) khi 0 ≤ n ≤ N-1

)( nx

=

(cid:229)

1 N

N 1 - / Nkn 2 p jekX )(

X

enx )(

ekX )(

e

) ( w

=

=

(cid:229)

k N N 0 = ¥ 1 - 1 - j / Nkn nj w 2 p nj w - -

1 Ø (cid:229) (cid:229) Œ N º

ø œ ß

0 0 n n k -¥= = =

)( kX

e

=

(cid:229)

(cid:229)

1 N

N N 1 - 1 - ) / j nNk - ( 2 pw -

Ø Œ º

ø œ ß

0 0 k n = =

e

P

( ) w

=

Nj w - N 1 - - nj w

11 e - N e 1 -

j w -

N 1 -

)

X

()( PkX

k

LN ‡

) ( w

= (cid:229)

e

=

1 = (cid:229) N n 0 = sin( w N sin(

)2/ )2/

N w

k

0

=

k

)

=

( 2 p P N

,2,1

,

1

k

K

=

1 (cid:236) (cid:237) 0 (cid:238)

N - DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

2/)1 Nj ( w - - 2 pw - N 0 k =

6

Lấy mẫumi ền tần số Lấy mẫumi ền tần số

N

1 -

2

p

kn

nx )(

j NekX )(

=

(cid:229)

x(n) cóchi ềudài L ≤N

1 N

k

0

=

B Đ F

N

1 -

¥

-

X

PkX )(

)

( ) w

=

X

njenx w )(

=

( ) w

( ww - k

(cid:229)

(cid:229)

n

-¥=

0 N

1 -

pw 2=

P

nje w -

( ) w

=

k

kN

(cid:229)

k = 1 N

k

0

=

L ấ y m ẫ u

2 p j N

kX )(

enx )(

=

N 1 - kn -

Phục hồi

Phục hồi

(cid:229)

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

n 0 =

7

Lấy mẫumi ền tần số Lấy mẫumi ền tần số

§ Ví dụ: x(n) = anu(n),0

)( kX

X

)

(

=

=

X

=

( ) w

= (cid:229)

“ Phổ t/h được lấy mẫu tạicác t ần số ωk = 2πk/N, k=0, 1, …, N-1 1 jae -

2 k p N

1

-

1

1 ae

-

¥

)

=

( lNnx -

)( nx p

(cid:229)

l

-¥=

a=0.8

n

0

lNn -

=

=

N

(cid:229)

1

a a -

l

a -¥=

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

¥ - nj w n ea / Nk 2 p - j w 0 n =

8

Biến đổiFourier r ời rạc(DFT) Biến đổiFourier r ời rạc(DFT)

§ Chuỗi không tuần hoàn, năng lượng hữu hạn x(n) § Các mẫu tần số X(2πk/N), k = 0, 1,…, N-1 không đặc trưng cho x(n) khi

x(n) cóchi ều dài vô hạn

§ Nó đặc trưng cho chuỗi tuần hoàn, chu kỳ N xp(n) § xp(n) là lặp tuần hoàn của x(n) nếu x(n) cóchi ều dài hữu hạn L ≤ N § Do đó, các mẫu tần số X(2πk/N), k = 0, 1,…, N-1 đặc trưng cho chuỗi chiều dài hữu hạn x(n); i.e. X(n) cóth ể đượcph ục hồi từ các mẫu tần số {X(2πk/N)}

§ x(n) = xp(n) trên một chu kỳ N (được đệmvàoN-L zero). M ặcdùL m ẫu củaX( ω) cóth ể tái tạo lại đượcX( ω), nhưng việc đệmvàoN-L zero giúp việctínhtoán DFT N điểm củaX( ω) đồng nhất hơn

DFT N 1 -

IDFT N 1 -

kn

kn

-

2 p j N

2 p j N

kX )(

enx )(

nx )(

ekX )(

= (cid:229)

k

N

0 = N

n

0 ,

,1,0

1

k ,

,1,0

1

n = K

1 = (cid:229) N K

=

-

=

-

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

9

Biến đổiFourier r ời rạc(DFT) Biến đổiFourier r ời rạc(DFT)

§ Ví dụ: xác địnhDFT N điểm củachu ỗix(n) có độ dàiL h ữu hạn(N ≥L)

1

Ln -££

X

)( enx

e

) ( w

=

=

)( nx

=

(cid:229)

(cid:229)

0 others

1 (cid:236) (cid:237) 0 (cid:238)

L 1 - ¥ - nj w - nj w

e

=

=

- Lj w ( 2/)1 L - j w -

sin( sin(

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

- j w 0 n = )2/ L w )2/ w n -¥= 1 e - 1 e -

10

Biến đổiFourier r ời rạc(DFT) Biến đổiFourier r ời rạc(DFT)

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

11

DFT – BĐ tuyếntính DFT – BĐ tuyếntính

DFT N 1 -

IDFT N 1 -

kn

kn

-

2 p j N

2 p j N

kX )(

enx )(

nx )(

ekX )(

= (cid:229)

0 ,

k

,1,0

N

1

0 = N

k ,

n

,1,0

1

n = K

1 = (cid:229) N K

=

-

=

-

N

Nghiệmth ứ N của đơn vị

/2p-= j

eW N

N

N

1

1 -

-

kn

kX (

)

Wnx )(

nx )(

WkX )(

kn N

- N

= (cid:229)

k

N

n

0 = N

,1,0

1

,1,0

1

n ,

0 ,

1 = (cid:229) N K

n = K

=

-

=

-

TínhDFT m ột điểm

TínhDFT N điểm

-Nhânph ức: N2 - Cộngph ức: N(N-1)

-Nhânph ức: N - Cộngph ức: N-1 DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

12

DFT – BĐ tuyếntính DFT – BĐ tuyếntính

X X

)0( )1(

x )0( x )1(

X

x

=

=

Các mẫumi ền thờigian

Các mẫumi ền tần số

NX (

)1

Nx (

)1

M -

M -

ø œ œ œ œ ß

Ø Œ Œ Œ Œ º

ø œ œ œ œ ß

1

1

1

N N

1

W

W

1 -

W

=

1

W

W

W

L L L

1 N W N (2 N

Ma trận BĐ tuyếntính

N )1 - N

M )(1 N -

M 1

W

W

W

L

ø œ œ œ œ œ œ ß

Ø Œ Œ Œ Œ º Ø Œ Œ Œ Œ Œ Œ º

§ BĐ DFT N điểm

xWX = NN

N )1 - N 2 N M 1 N - N 2 N 4 N M )1 (2 N - N ( N

=

W

W

N

WN làma tr ận đườngchéo

x

NI

1 =- N * N

WW N

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

1 N = 1- XWx N N N * XW N N N 1= N * N N

13

DFT –Quan h ệ vớicácphép BĐ khác DFT –Quan h ệ vớicácphép BĐ khác

§ Với hệ số Fourier củachu ỗichu k ỳ

DFT N điểm củachu ỗix(n)

Chuỗi xp(n) tuầnhoànchu k ỳ N

N

1 -

N

1

-

kn

j

kn

2 p j N

2 p N

nx )(

ekX )(

x

n

(

)

p

ec k

= (cid:229)

n

,1,0

1

0 = N

n ,

=

-

1 = (cid:229) N K

n

£¥-

k 0 = ¥£

X(k) = Nck

N

N

1 -

1 -

kn

j

kn

-

-

2 p j N

2 p N

kX )(

enx )(

enx )(

c

p

k

= (cid:229)

,1,0

1

0 ,

1 = (cid:229) N ,1,0

0 ,

1

k

N

k

N

=

-

n = K

n = K

=

-

DFT N điểmchochínhxác phổ vạch củachu ỗi tuầnhoànchu k ỳ N

§ Với BĐ Fourier củachu ỗikhôngchu k ỳ

“ DFT N điểmchoph ổ vạch củachu ỗikhôngchu k ỳ x(n) nếux(n) h ữu hạncó

độ dàiL ≤ N

§ SV xemthêm m ốiquan h ệ giữaDFT và BĐ Z; giữaDFT và h ệ số Fourier

củat/hLTTG

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

14

DFT –Bi ểudi ễntínhi ệu DFT –Bi ểudi ễntínhi ệu

Dạngvòng

Dạngth ẳng

Chiều dương

Âm

Dương n

n=1

-2 -1 0 1 2

n=0

n=–1

Chiềuâm

x(n) = {1 2 3 4}

x(n)

x(1)

x(2)

4 3 2

x(0)

x(n)

1

n

0

1

2

3

x(3)

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

15

DFT –Bi ểu diễn tín hiệu theo vòng DFT –Bi ểu diễn tín hiệu theo vòng

¥

)

=

( lNnx -

§ Chuỗitu ầnhoànchu k ỳ N, mở rộng từ x(n)

)( nx p

(cid:229)

n

-¥=

¥

( knx

)

k

)

=

-

( lNnx -

-

=

)(' nx p

p

§ Chuỗi dịch xp(n) đik m ẫu

Nn

1

££

-

(cid:229) l -¥= ' nx 0)( p

nx )('

=

§ Chuỗicóchi ềudài h ữu hạn từ x’p(n)

otherwise

(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239)(cid:238) 0

4

4

4

x’(n) = x(n-k, MOD N) ≡ x((n-k))N 4

4

4

3

3

3

3

3

3

3

§ Quan hệ giữax(n) vàx’(n): d ịchvòng 4 x(n) xp(n) 2

2

2

2

xp(n-2) 2

2

2

1

1

1

1

1

1

1

-4-3-2-1

012 3

4 5 6 7

-2-1 0

1 2 3

456 7

8

9

0 1 2 3

x(1)

x’(1)

x’(n)

2

4

4

3

2

x(2) 3

1

x(0)

x’(2) 1

3

x’(0)

x(n)

x’(n)

1

0 1 2 3

4

2

x’(3)

x(3)

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

16

DFT –Tính đối xứngvòng DFT –Tính đối xứngvòng

§ Phép dịch vòng của một chuỗi N điểm tương đương với

phép dịch tuyến tính của chuỗi mở rộng tuần hoàn của nó

§ Chuỗi N điểm là chẵn theo vòng nếu nó đối xứng qua điểm

0 trên vòng tròn “ i.e. x(N –n) = x(n), 0 ≤ n ≤ N – 1

§ Chuỗi N điểm là lẻ theo vòng nếu nóph ản đối xứng qua

điểm 0 trên vòng tròn “ i.e. x(N –n) = –x(n), 0 ≤ n ≤ N – 1

§ Đảo theo thời gian của chuỗi N điểm: đảo các mẫu của

chuỗi quanh điểm 0 trên vòng tròn “ i.e. x((–n)) N = x(N –n), 0 ≤ n ≤ N – 1 “ Phép đảo được thực hiện bằng cách vẽ x(n) theo chiều kim đồng hồ

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

17

DFT –Tính đối xứngvòng DFT –Tính đối xứngvòng

§ Giả sử x(n) và BĐ DFT X(k) làt/hph ức

“ x(n) = xR(n) + jxI(n), 0≤n≤N–1 “ X(k) = XR(k) + jXI(k), 0≤k≤N–1

N

1 -

1

N

-

2

2

cos

sin)(

=

-

]

[

nx )( R

kX )( R

kX I

(

)

(

)

cos

sin)

k

n

X

+

=

kn 2 p N

kn 2 p N

[ x

]

( nx I

R

R

(cid:229)

kn p N

kn p N

(cid:229)

1 N

k

0

=

0

n

=

N

1 -

N

1

-

2

2

sin)

cos

)

)

(

n

-=

-

sin)(

cos

=

+

[ x

]

( kX I

( nx I

R

]

[

kn p N

kn p N

nx )( I

kX R

kX )( I

kn 2 p N

kn 2 p N

(cid:229)

(cid:229)

n

0

=

1 N

k

0

=

NX (

)

k

NX (

k

)

)

)

(cid:236) (cid:236) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:237) (cid:237) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:239) (cid:238) (cid:238) § Nếux(n) th ực: X(N-k) = X*(k) = X(–k) kX ( -

-

=

-—=

N

N

1 -

1 -

kX )(

nx )(

cos

kX )(

cos

=

=

và kX ( § Nếux(n) th ựcvàch ẵn: x(n) = x(N–n) fi XI(k) = 0 2 kn p nx )( N

2 kn p N

(cid:229)

(cid:229)

1 N

k

0

n

0

=

=

N

1 -

N

1 -

j

kX

sin)(

=

§ Nếux(n) th ựcvà l ẻ: x(n) = –x(N–n) fi XR(k) = 0 nx )( nx sin)(

kX )(

j

-=

2 kn p N

2 kn p N

(cid:229)

(cid:229)

1 N

k

0

=

n

0

=

N

1 -

1 -

sin)(

cos

=

=

kX )( R

nx I

kX )( I

nx )( I

2 kn p N

2 kn p N

§ Nếux(n) thu ần ảo: x(n) = jxI(n) N (cid:229)

(cid:229)

n

0

n

0

=

=

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

18

DFT –Tínhch ất DFT –Tínhch ất

N

§ Tuầnhoàn

( nx

)

( kX

)

DFT (cid:190)(cid:190) fi

( nx

)

( nx

N

)

n

"

(cid:222)

( kX

= )

+ ( kX

N

)

k

=

+

"

(cid:236) (cid:237) (cid:238)

§ Tuyếntính

N

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

nx )( 1

kX )( 1

N

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

nx )( 2

kX )( 2

N

(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239)(cid:238) (cid:222)

+

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

+

nxa )( 11

nxa )( 2

2

kXa )( 1 1

kXa )( 2

2

§ Tổngch ậpvòng

N

x

(

n

)

X

(

k

)

DFT (cid:190)(cid:190) fi

1

1

N

x

(

n

)

X

(

k

)

DFT (cid:190)(cid:190) fi

2

2

N

x

(

n

)

x

(

n

)

X

(

Xk )

(

k

)

(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239)(cid:238) (cid:222)

˜ N

DFT (cid:190)(cid:190) fi

1

2

1

2

Tíchch ậpvòngN điểm

N

N

1

-

)

x

(

n

)

)

((

n

k

))

n

,1,0

,

N

1

˜ N

=

-

=

K

-

nx ( 1

2

xkx ( 1

2

N

(cid:229)

k

0

=

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

19

DFT –Tíchch ậpvòng DFT –Tíchch ậpvòng

N

mx (

)

IDFT

kX )}({

=

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

N

1 -

N

j

km

2 p N

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

kX )( 1 kX )( 2

nx )( 1 nx )( 2

ekX )(

=

(cid:229)

1 N

k

0

=

N

(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239)(cid:238) mx (

)

kX )(

kXkX )(

)(

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

=

2

1

N

1 -

j

km

2 p N

ekXkX )(

)(

=

2

1

(cid:229)

1 N

k

0

=

1

N

a

=

N

1 -

N

N

N

1 -

1 -

1 -

k

N

j

kn

j

kl

j

km

-

-

2 p N

2 p N

2 p N

a

=

(cid:229)

e

=

enx )( 1

elx )( 2

(cid:229)

(cid:229)

(cid:229)

1

a

0

k

=

1 N

n

l

k

0

0

0

=

=

=

Ø Œ º

ø œ ß

Ø Œ º

(cid:236) (cid:239) (cid:237) 1 a - (cid:239) 1 a - (cid:238)

N

N

N

1 -

ø œ ß 1 -

1 -

(

)

j

lnm --

j

(

)

lnmk --

2 p N

2 p N

Trong

ñoù

e

=

nx )( 1

lx )( 2

(cid:229)

(cid:229)

(cid:229)

1 N

n

0

k

0

l

0

=

=

=

ea = :

,1

,

a

lnmkhi

pN

=

Zp ˛

)

N

N

lnm --

=-- (2 j p

1

1

1

0

a

a

e

a

=(cid:222)„

-(cid:222)=

=

N

1 -

((

))

N

lnm

l

pN =(cid:219)=--

nm -

N

k

a

(cid:222)

=

N

1 -

(cid:229)

otherwise

0

k

=

(cid:236) (cid:237) 0 (cid:238)

m

N

mx (

)

)(

))

,1,0

,

1

K

=

-

=

-

N

nmxnx (( 1 2

(cid:229)

n

0

=

N

1 -

n

N

nx )(

((

))

,1,0

,

1

K

=

kn -

=

-

N

xkx )( 1

2

(cid:229)

k

0

=

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

20

DFT –Tínhch ất DFT –Tínhch ất

nx )(

kX )(

§ Đảovòngtheoth ờigian DFT (cid:190)(cid:190) fi‹ N

DFT N

((

n

nNx (

)

X

((

k

))

kNX

(

)

x -(cid:222)

=

(cid:190)(cid:190) fi‹-

-

=

-

N

)( nx

)( kX

)) N § Dịchvòngtheoth ờigian DFT (cid:190)(cid:190) fi‹ N

/ Nkl

j 2 p-

DFT N

))

)( ekX

(cid:222)

(cid:190)(cid:190) fi‹-

N

nx )(

kX )(

(( lnx § Dịchvòngtheo t ần số DFT (cid:190)(cid:190) fi‹ N

j

Nnl /

2 p

N

l

enx )(

kX ((

))

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

-

N

(cid:222) Liên hợpph ức

§

nx )(

kX )(

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹ N

*

*

N

* nx )(

X

((

k

))

kNX

(

)

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

-

=

-

N

(cid:222)

*

DFT N

x

((

* nNxNn

))

)

(

* kX )(

-

(cid:190)(cid:190) fi‹-

=

(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239)(cid:238)

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

21

DFT –Tínhch ất DFT –Tínhch ất

§ Tương quanvòng

nx )(

kX )(

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹ N

N

1 -

ny )(

kY )(

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹ N

*

xy

với

~ r

l )(

ynx )(

((

))

=

ln -

N

(cid:229)

*

N

xy

0

n

=

~ r

l )(

~ kR )( xy

kYkX )(

)(

(cid:222)

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

=

N

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

§ Nhân 2 chuỗi nx )( 1

kX )( 1

N

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

nx )( 2

kX )( 2

N

)(

(cid:236) (cid:239) (cid:237) (cid:239)(cid:238) (cid:222)

DFT (cid:190)(cid:190) fi‹

˜ N

2

kX )( 1

kX )( 2

1 N

nxnx )( 1 § ĐịnhlýParseval

N

nx (

)

kX (

)

DFT (cid:190)(cid:190) fi

N

ny (

)

kY (

)

DFT (cid:190)(cid:190) fi

N

1

N

1

-

-

*

*

ynx )

(

(

n

)

YkX (

)

(

k

)

(cid:222)

=

(cid:229)

(cid:229)

n

0

k

0

=

=

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

22

DFT – Lọctuy ếntính DFT – Lọctuy ếntính

§ Y(ω) = H(ω)X(ω)

“ Hàmliên t ụctheo t ần số ω “ Khóth ựchi ệntrêncácmáytính s → DFT: mộtcáchtínhhi ệu qủa của tổngch ậpmi ềnth ờigian

M

1 -

§ Lọctuy ếntính

x(n)

y(n)

ny )(

knxkh

()(

)

=

-

h(n)

(cid:229)

k

0

=

y(n) chiềudàiN = M+L-1

“ Tínhi ệung ắn x(n) chiềudài= L (n=0,1,…,L-1) h(n) chiềudài= M(n=0,1,…,M-1)

Số mẫuph ổ (tần số) cầnthi ết để biểudi ễnduynh ấtchu ỗiy(n) ≥ L+M-1 Y(k) = H(k)X(k), k=0,1,…,N-1

H(k), X(k): DFT N điểm củah(n), x(n) (các số 0 được đệmvào để tăngkíchth ướcchu ỗilênN)

y(n) = IDFTN{Y(k)}

• Tổngch ậpvòngN điểm củah(n) vàx(n)

tương đương với tổngch ậptuy ếntính c ủah(n) v ớix(n)

•DFT cóth ểđượ cdùng để lọctuy ếntính

(bằngcách đệmthêmcác s ố 0 vàochu ỗi tương ứng)

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

23

DFT – Lọctuy ếntính DFT – Lọctuy ếntính

§ Tóm tắt

DFTN

x(n)

X(k)

IDFTN

Y(k) = X(k)H(k)

y(n)

x

DFTN

h(n)

H(k)

§ Tín hiệu nhập dài: chia nhỏ x(n) thành từng block

có độ dài cố định “Overlap-Save “Overlap-Add

§ Giả thiết

“Bộ lọc cóh(n): chi ều dài M “T/h nhập x(n): được chia nhỏ thành từng block cóchi ều

dài L >> M

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

24

Lọctuy ến tính –Overlap-Save Lọctuy ến tính –Overlap-Save

§ DFTN vàIDFT N với N = L+M–1 § Mỗi block dữ liệu được xử lý bao gồm (M – 1) điểm của block trước và L

điểm mới của t/h nhập “ M-1 điểm của block đầu tiên được set bằng 0

§ Đáp ứng xung của bộ lọc được đệm thêm (L –1) s ố 0 để tăng chiều dài

lên N “ DFT của N điểm của h(n) được tính một lần duy nhất

Input

M-1

L

L

L

M-1

L

M-1

L

M-1

L

Add M-1 zeros x1(n) x2(n) x3(n)

M-1

L

Output

M-1

L

M-1

L

Discard

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

25

Lọctuy ếntính –Overlap-Add Lọctuy ếntính –Overlap-Add

§ Đệm thêm (M-1) số 0 vào mỗi block dữ liệu đầu

vào

Input

zeros

L

M-1

L

M-1

L

M-1

x1(n) x2(n) x3(n)

L

Output

M-1 +

L

M-1 +

L

M-1

Phươngpháphi ệuqu ả hơndùng để xác định bộ lọctuy ếntính

đượctrìnhbàytrongch

ương 6

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

26

DFT –Phântích t ần số DFT –Phântích t ần số

§ T/h ngắn

“ TínhDFT t ừ x(n)

§ T/h dài

“ Cửa sổ hoá

x(n): t/h cầnphântích Giới hạnchi ềudàichu ỗi mộtkho ảngL m ẫu (cid:219) Nhân chuỗi với cửa sổ chiềudài L

Hàm cửa sổ cóchi ềudàiL chỉ phânbi ệt được nếucác t ần số cáchnhau ítnh ất một đoạn

xw(n) = x(n)w(n) w(n): hàm cửa sổ

pw 2=D L

Cửa sổ chữ nhật

Cửa sổ Hanning

1(

cos

n

0)

1

-

Ln -££

1

2 p 1 L -

)( nw

=

)( nw

=

otherwise

0 Ln -££ otherwise

1 (cid:236) 2 (cid:237) 0 (cid:238)

1 (cid:236) (cid:237) 0 (cid:238)

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

27

DFT –Phântích t ần số DFT –Phântích t ần số

1

§ Ví dụ

)( nx

cos

cos

n

=

)( nw

=

n w + 1

w 2

^ X

)

)

W

)

W

W

1 (cid:236) (cid:237) 0 (cid:238) )

( w

=

+

+

+

[ W

0 Ln -££ otherwise ])

( - ww 1

( - ww 2

( + ww 1

( + ww 2

1 2

L=25

L=50

ω1 = 0.2π ω2 = 0.22π

Rò rỉ côngsu ất

L=75

L=100

DSP –Lecture 5, ©2007, Dr. Dinh-Duc Anh-Vu –CSE

28