Biến đổi Fourier Biến đổi Fourier liên tục Chuỗi Fourier Biến đổi Fourier rời rạc Biến đổi Fourier theo thời gian gián đoạn Biến đổi Fourier rời rạc Bách khoa toàn thư mở Wikipedia Trong toán học, phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT), đôi khi còn được gọi là biến đổi Fourier hữu hạn, là một biến đổi trong giải tích Fourier cho các tín hiệu thời gian rời rạc. Đầu vào của biến đổi này là một chuỗi hữu hạn các số thực hoặc số phức, làm biến đổi này là một công cụ lý tưởng để xử lý thông tin trên các máy tính. Đặc biệt, biến đổi này được sử dụng rộng rãi trong xử lý tín hiệu và các ngành liên quan đến phân tích tần số chứa trong trong một tín hiệu, để giải phương trình đạo hàm riêng, và để làm các phép như tích chập. Biến đổi này có thể được tính nhanh bởi thuật toán biến đổi Fourier nhanh (FFT). Mục lục 1 Định nghĩa 2 Các tính chất 2.1 Đầy đủ 2.2 Trực giao 2.3 Định lý Plancherel và định lý Parseval 2.4 Tuần hoàn 2.5 Định lý dịch 2.6 Unita 3 Ứng dụng 3.1 Phân tích phổ 4 Một số cặp biến đổi Fourier rời rạc 5 Tham khảo 6 Liên kết ngoài Định nghĩa Dãy của N số phức : được biến đổi thành chuỗi của N số phức X 0 , , X N−1 bởi công thức sau đây: với e là cơ số của lôgarit tự nhiên, là đơn vị ảo ( ), và π là pi. Phép biến đổi đôi khi được kí hiệu bởi , như sau hoặc hoặc . Phép biến đổi Fourier rời rạc ngược (IDFT) được cho bởi công thức sau Những phương trình này có thể được mô tả đơn giản như sau: các số phức X k đại diện cho biên độ và pha ở các bước sóng khác nhau của "tín hiệu vào" x n . Phép biến đổi DFT tính các giá trị X k từ các giá trị x n , trong khi IDFT tính x n bằng tổng của các sóng thành phần với tần số k / N. Khi viết các phương trình dưới dạng như trên, ta đã sử dụng công thức Euler để biểu diễn các hàm lượng giác dưới dạng lũy thừa số phức để biến đổi được dễ dàng. Khi viết X k dưới dạng tọa độ cực, ta thu được biên độ A k / N và pha φ k từ modulus và argument của X k : trong đó atan2 là dạng hai đối số của hàm arctan. Cần ghi chú rằng các thừa số chuẩn hóa của DFT và IDFT (ở đây là 1 và 1/N) và dấu của các số mũ chỉ là quy ước, và có thể khác nhau trong các tài liệu khác nhau. Điều kiện duy nhất cho các quy ước này là DFT và IDFT có dấu ngược nhau ở các số mũ và tích của hai thừa số chuẩn hóa phải là 1/N. Các tính chất Đầy đủ Phép biến đổi Fourier rời rạc là một biến đổi tuyến tính khả nghịch trong đó C kí hiệu tập các số phức. Nói cách khác, với mọi N > 0, mọi vectơ phức N chiều đều có một DFT và một IDFT, và chúng đều là các vectơ phức N chiều. Trực giao Các vectơ tạo thành một cơ sở trực giao của tập các vectơ phức N chiều: trong đó là hàm delta Kronecker. Có thể dùng điều kiện trực giao để suy ra công thức cho IDFT từ định nghĩa của DFT, và điều kiện này tương đương với điều kiện unita dưới đây. Định lý Plancherel và định lý Parseval Nếu X k và Y k là các DFT của x n và y n thì theo định lý Plancherel: trong đó dấu sao kí hiệu số phức liên hợp. Định lý Parseval là một trường hợp đặc biệt của định lý Plancherel: Các định lý này tương đương với điều kiện unita dưới đây. Tuần hoàn Nếu như ta tính biểu thức định nghĩa DFT tại mọi số nguyên k thay vì chỉ cho k=0, , N-1, thì dãy số nhận được là một mở rộng tuần hoàn của DFT, và có chu kì N. Tính tuần hoàn có được chứng minh trực tiếp từ định nghĩa: Tương tự như vậy, biểu thức của IDFT cũng cho một dãy mở rộng tuần hoàn. Định lý dịch Việc nhân các số x n với một pha tuyến tính (m là một số nguyên bất kì) tương ứng với việc dịch vòng tròn các số X k : X k được thay bằng X k-m , trong đó các chỉ số được tính theo mô đun N. Tương tự như vậy, việc dịch vòng tròn các số x n tương ứng với việc nhân các số X k với một pha tuyến tính. Dưới dạng công thức, nếu {x n } đại diện cho vectơ x thì nếu thì và Unita Có thể nhận thấy theo mô tả ở trên, toán tử DFT có thể được biểu diễn dưới dạng một ma trận Vandermonde: trong đó là một căn nguyên thủy bậc N của đơn vị. Phép biến đổi ngược chính là ma trận nghịch đảo của ma trận trên: Với hằng số chuẩn hóa unita , DFT trở thành một biến đổi unita, định nghĩa bởi một ma trận unita: trong đó det() là hàm tính định thức. Định thức là tích của các giá trị riêng (luôn là hoặc như mô tả dưới đây). Trong không gian vectơ thực, một biến đổi unita có thể xem là phép quay vật rắn của hệ tọa độ, và tất cả các tính chất của phép quay vật rắn đều đúng cho toán tử unita DFT. Tính trực giao của DFT nay có thể viết dưới dạng điều kiện trực chuẩn: Nếu X được định nghĩa là unita DFT của vectơ x thì và định lý Plancherel có thể viết dưới dạng: Nếu ta coi DFT chỉ là một phép biến đổi tọa độ trong đó chỉ cần chỉ ra các thành phần của vectơ trong hệ tọa độ mới, thì mệnh đề trên chỉ nói rằng tích vô hướng của hai vectơ được giữ nguyên trong phép biến đổi unita DFT. Trong trường hợp đặc biệt khi x=y, điều này có nghĩa là độ dài vectơ cũng được giữ nguyên—đây chính là định lý Parseval: Ứng dụng DFT có nhiều ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau. Ở đây chỉ mô tả một số ví dụ (tham khảo thêm các tài liệu ở cuối trang). Tất cả các ứng dụng của DFT đều dựa trên một tính chất quan trọng là DFT và IDFT đều có thể được tính nhanh chóng bằng thuật toán biến đổi Fourier nhanh. Phân tích phổ Khi sử dụng DFT để phân tích phổ, dãy {x_n} thường đại diện cho một dãy hữu hạn các mẫu tại các thời điểm cách đều nhau của một tín hiệu x(t), trong đó t để chỉ thời gian. Việc chuyển từ thời gian liên tục sang mẫu (thời gian rời rạc) chuyển biến đổi Fourier liên tục của x(t) thành biến đổi Fourier thời gian rời rạc (DTFT), và thường gây ra hiệu ứng răng cưa. Việc chọn lựa tần số lấy mẫu thích hợp (xem tần số Nyquist) là vô cùng quan trọng cho việc giảm thiểu hiệu ứng này. Một số cặp biến đổi Fourier rời rạc Một số cặp DFT Ghi chú Định lý dịch DFT cho số thực từ công thức cấp số nhân từ định lý nhị thức là một hàm chữ nhật gồm W điểm quanh trung điểm n=0, trong đó W là một số nguyên lẻ, và là một hàm tương tự hàm sinc(cụ thể hơn, là một hàm hạt nhân Dirichlet) Rời rạc hóa và tổng tuần hoàn của Hàm Gauss với . Vì hoặc là lớn hơn một và do đó đảm bảo sự hội tụ nhanh chóng của một trong hai tổng, với lớn, có thể tính phổ tần số và chuyển về miền thời gian bằng biến đổi Fourier rời rạc. Tham khảo Brigham, E. Oran (1988). The fast Fourier transform and its applications. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall. ISBN 0-13-307505-2. Oppenheim, Alan V.; Schafer, R. W.; and Buck, J. R. (1999). Discrete-time signal processing. Upper Saddle River, N.J.: Prentice Hall. ISBN 0-13-754920-2. Smith, Steven W. (1997). The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing (http://www.dspguide.com/pdfbook.htm) . San Diego, Calif.: California Technical Publishing. ISBN 0- 9660176-3-3. http://www.dspguide.com/pdfbook.htm. Cormen, Thomas H.; Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest, and Clifford Stein (2001). "Chapter 30: Polynomials and the FFT". Introduction to Algorithms (ấn bản Second Edition). MIT Press and McGraw- Hill. pp.822–848. ISBN 0-262-03293-7. esp. section 30.2: The DFT and FFT, pp. 830–838. P. Duhamel, B. Piron, and J. M. Etcheto (1988). "On computing the inverse DFT". IEEE Trans. Acoust., Speech and Sig. Processing 36 (2): 285–286. J. H. McClellan and T. W. Parks (1972). "Eigenvalues and eigenvectors of the discrete Fourier transformation". IEEE Trans. Audio Electroacoust. 20 (1): 66-74. Bradley W. Dickinson and Kenneth Steiglitz (1982). "Eigenvectors and functions of the discrete Fourier transform". IEEE Trans. Acoust., Speech and Sig. Processing 30 (1): 25-31. F. A. Grünbaum (1982). "The eigenvectors of the discrete Fourier transform". J. Math. Anal. Appl. 88 (2): 355-363. Natig M. Atakishiyev and Kurt Bernardo Wolf (1997). "Fractional Fourier-Kravchuk transform". J. Opt. Soc. Am. A 14 (7): 1467-1477. C. Candan, M. A. Kutay and H. M.Ozaktas (2000). "The discrete fractional Fourier transform". IEEE Trans. On Signal Processing 48 (5): 1329-1337. Magdy Tawfik Hanna, Nabila Philip Attalla Seif, and Waleed Abd El Maguid Ahmed (2004). "Hermite- Gaussian-like eigenvectors of the discrete Fourier transform matrix based on the singular-value decomposition of its orthogonal projection matrices". IEEE Trans. Circ. Syst. I 51 (11): 2245-2254. Juan G. Vargas-Rubio and Balu Santhanam (2005). "On the multiangle centered discrete fractional Fourier transform". IEEE Sig. Proc. Lett. 12 (4): 273-276. J. Cooley, P. Lewis, and P. Welch (1969). "The finite Fourier transform". IEEE Trans. Audio Electroacoustics 17 (2): 77-85. Liên kết ngoài Mathematics of the Discrete Fourier Transform by Julius O. Smith III (http://ccrma.stanford.edu/~jos/mdft/mdft.html) Fast implementation of the DFT - coded in C and under General Public License (GPL) (http://www.fftw.org) Xử lý tín hiệu số Lý thuyết tín hiệu thời gian rời rạc · định lý lấy mẫu · lý thuyết ước lượng · lý thuyết phát hiện tín hiệu Các chuyên ngành xử lý tín hiệu âm thanh · xử lý hình ảnh số · xử lý tiếng nói · xử lý tín hiệu thống kê Các kĩ thuật Biến đổi Fourier rời rạc (DFT) · biến đổi Fourier thời gian rời rạc (DTFT) · Bất biến xung lực · biến đổi song tuyến tính · ánh xạ cực-không · biến đổi Z · biến đổi Z mở rộng Lấy mẫu lấy thừa mẫu · lấy thiếu mẫu · giảm mẫu · tăng mẫu · hiệu ứng răng cưa · lọc khử răng cưa · khoảng lấy mẫu · khoảng Nyquist/tần số Nyquist Lấy từ “http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Biến_đổi_Fourier_rời_rạc&oldid=10500699” Thể loại: Giải tích Fourier Xử lý tín hiệu Giải tích số Trang này được sửa đổi lần cuối lúc 06:17, 9/3/2013. Văn bản được phát hành theo Giấy phép Creative Commons Ghi công/Chia sẻ tương tự; có thể áp dụng điều khoản bổ sung. Xem Điều khoản Sử dụng để biết thêm chi tiết. Wikipedia® là thương hiệu đã đăng ký của Wikimedia Foundation, Inc., một tổ chức phi lợi nhuận. . Biến đổi Fourier Biến đổi Fourier liên tục Chuỗi Fourier Biến đổi Fourier rời rạc Biến đổi Fourier theo thời gian gián đoạn Biến đổi Fourier rời rạc Bách khoa toàn thư mở Wikipedia Trong. kê Các kĩ thuật Biến đổi Fourier rời rạc (DFT) · biến đổi Fourier thời gian rời rạc (DTFT) · Bất biến xung lực · biến đổi song tuyến tính · ánh xạ cực-không · biến đổi Z · biến đổi Z mở rộng Lấy mẫu lấy. học, phép biến đổi Fourier rời rạc (DFT), đôi khi còn được gọi là biến đổi Fourier hữu hạn, là một biến đổi trong giải tích Fourier cho các tín hiệu thời gian rời rạc. Đầu vào của biến đổi này