摘抄整理自《數字信號處理》第二版,吳鎮揚,高等教育出版社12頁,1.2節離散時間信號的傅里葉變換與z變換。
像模擬信號一樣,離散時間信號或數字信號序列(這里用詞相當嚴謹,數字信號序列取值上是離散的而離散時間信號則不一定)也存在着傅里葉變換,通常稱為離散時間信號的傅里葉變換,即DTFT(Discrete-Time Fourier Transform)。序列x(n)的DTFT定義為
$X({e^{jw}}) = \sum\limits_{n = - \infty }^\infty {x(n){e^{ - jwn}}} $ (1.9)
式中w為數字角頻率,它是頻率f對采樣頻率fs作歸一化后的角頻率
$w = \frac{{2\pi f}}{{{f_s}}}$
顯然X(e^jw)是w的連續函數,並且是以2π為周期的。(1.9)式的級數不一定總是收斂的,例如x(n)為單位階躍序列,級數就不收斂。(1.9)式收斂的充分條件為:
$\sum\limits_{n = - \infty }^\infty {\left| {x(n){e^{ - jwn}}} \right|} = \sum\limits_{n = - \infty }^\infty {\left| {x(n)} \right|} < \infty $
即x(n)絕對可和,則它的DTFT一定存在。同時,也可以推斷,有限長序列總是滿足絕對可和條件的,其DTFT也總是存在的。
用e^jwn乘以(1.9)式的兩邊,並在w的一個周期內積分,可得
$\begin{array}{c}
\int\limits_{ - \pi }^\pi {X({e^{jw}}){e^{jwm}}dw} = \int\limits_{ - \pi }^\pi {\left[ {\sum\limits_{n = - \infty }^\infty {x(n){e^{ - jwn}}} } \right]} {e^{jwm}}dw\\
= \sum\limits_{n = - \infty }^\infty {x(n)\int\limits_{ - \pi }^\pi {{e^{jw(m - n)}}} dw} \\
= 2\pi \sum\limits_{n = - \infty }^\infty {x(n)\delta (m - n)}
\end{array}$
注釋:上式中,m和n是表示序列的位置,取值離散,即m要么等於n,要么為不等於n的其他整數,在這個前提下,積分結果可分情況討論得出。注意到這里δ(m-n)是單位序列(離散)而不是沖激函數(連續)。
即
$x(n) = \frac{1}{{2\pi }}\int\limits_{ - \pi }^\pi {X({e^{jw}}){e^{jwn}}dw} $
這就是離散時間信號的逆傅里葉變換(IDTFT)的公式。