快速傅里叶变换原理附其应用.docVIP

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快速傅里叶变换原理附其应用

快速傅里叶变换的原理及其应用 摘要: 快速傅氏变换(FFT),是离散傅氏变换的快速算法,它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性,对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。它对傅氏变换的理论并没有新的发现,但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换,可以说是进了一大步。 傅里叶变换的理论与方法在“数理方程”、“线性系统分析”、“信号处理、仿真”等很多学科领域都有着广泛应用,由于计算机只能处理有限长度的离散的序列,所以真正在计算机上运算的是一种离散傅里叶变换. 虽然傅里叶运算在各方面计算中有着重要的作用,但是它的计算过于复杂,大量的计算对于系统的运算负担过于庞大,使得一些对于耗电量少,运算速度慢的系统对其敬而远之,然而,快速傅里叶变换的产生,使得傅里叶变换大为简化,在不牺牲耗电量的条件下提高了系统的运算速度,增强了系统的综合能力,提高了运算速度,因此快速傅里叶变换在生产和生活中都有着非常重要的作用,对于学习掌握都有着非常大的意义。 关键词:快速傅氏变换;图像处理;matlab 前言:  傅里叶变换在信号处理中具有十分重要的作用,但是基于离散时间的傅里叶变换具有很大的时间复杂度,根据傅里叶变换理论,对一个有限长度且长度为N的离散信号,做傅里叶变换的时间复杂度为,当N很大时,其实现的时间是相当惊人的(比如当N为时,其完成时间为 (为计算机的时钟周期) ),故其实现难度是相当大的,同时也严重制约了DFT在信号分析中的应用,故需要提出一种快速的且有效的算法来实现。  正是鉴于DFT极其复杂的时间复杂度,1965年..JWCooley和..JWTukey巧妙地利用 NW因子的周期性和对称性,提出了一个DFT的快速算法,即快速傅里叶变换(FFT),从 而使得DFT在信号处理中才得到真正的广泛应用。 傅立叶变化的原理; (1)原理 正交级数的展开是其理论基础!将一个在时域收敛的函数展开成一系列不同频率谐波的叠加,从而达到解决周期函数问题的目的。在此基础上进行推广,从而可以对一个非周期函数进行时频变换。 从分析的角度看,他是用简单的函数去逼近(或代替)复杂函数,从几何的角度看,它是以一族正交函数为基向量,将函数空间进行正交分解,相应的系数即为坐标。从变幻的角度的看,他建立了周期函数与序列之间的对应关系;而从物理意义上看,他将信号分解为一些列的简谐波的复合,从而建立了频谱理论。 当然Fourier积分建立在傅氏积分基础上,一个函数除了要满足狄氏条件外,一般来说还要在积分域上绝对可积,才有古典意义下的傅氏变换。引入衰减因子e^(-st),从而有了Laplace变换。 (2)计算方法 连续傅里叶变换将平方可积的函数f(t)表示成复指数函数的积分或级数形式。 这是将频率域的函数F(ω)表示为时间域的函数f(t)的积分形式。 连续傅里叶变换的逆变换 (inverse Fourier transform)为 即将时间域的函数f(t)表示为频率域的函数F(ω)的积分。 一般可称函数f(t)为原函数,而称函数F(ω)为傅里叶变换的像函数,原函数和像函数构成一个傅里叶变换对(transform pair)。 实例应用: 例一 平稳信号: x=2*sin(2*pi*20*t)+4*sin(2*pi*60*t)+8*cos(2*pi*90*t)+10*sin(2*pi*120*t) 利用Matlab语言编写的数字图像处理的例程如下: clc clear all fs=100;N=128; %采样频率和数据点数 n=0:N-1;t=n/fs; %时间序列 x=2*sin(2*pi*20*t)+4*sin(2*pi*60*t)+8*cos(2*pi*90*t)+10*sin(2*pi*120*t); %信号 y=fft(x,N); %对信号进行快速Fourier变换 mag=abs(y); %求得Fourier变换后的振幅 f=n*fs/N; %频率序列 subplot(2,2,1),plot(t,x); xlabel(时间/s); ylabel(振幅);title(滤波前时域图); subplot(2,2,2); plot(f,mag); xlabel(频率/Hz); ylabel(振幅);title(滤波前频域图); N1=11; wc=0.5; hd=fir1(N1,wc); z=filter(hd,1,x); subplot(2,2,3); plot(t,z); xlabel(时间/s); ylabel(振幅);title(滤波后时域图); subplot(2,2,4); plot(f,abs(fft(z))); xlabel(频率/Hz); ylabel(振幅);title(滤波后频域图); 在matlab中运

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