序列卷積:線性、周期和圓周


線性卷積

  線性卷積公式為$y(n)=x_1(n) \ast x_2(n)= \sum_{m=-\infty}^{\infty} x_1(m)x_2(n-m) = \sum_{m=-\infty}^{\infty} x_2(m)x_1(n-m)$

  卷積的過程可以理解為其中一個序列關於Y軸翻褶,然后不斷移位,同時與另外一個序列進行相乘。

 

周期卷積

  周期為N的卷積公式為$\tilde{y}(n)=\sum_{m=0}^{N-1} \tilde{x_1}(m) \tilde{x_2}(n-m)$。
  首先,兩個輸入都是周期為N的序列,卷積的方法與線性卷積類似,只是相乘時有效部分為m=0到N-1,即只在m=0到N-1上進行卷積。
  N=10的周期卷積如下 ,可以看到卷積結果也是一個周期為N的序列。而且,$x_1(n)$的有效長度$N_1=2$,$x_2(n)$的有效長度$N_2=5$,而周期$N>N_1+N_2-1$,所以$\tilde{y}(n)$的主值序列與線性卷積結果是相同的。

  

  N=5的周期卷積如下,此時$N<N_1+N_2-1$,可以認為序列發生了首位交疊,導致輸出與線性卷積結果不同。   

 

圓周卷積

  N點的圓周卷積公式為$y(n)=\sum_{m=0}^{\infty} x_1(m) x_2((n-m))_NR_N(n)$。

  卷積的過程:先是對兩個輸入序列進行補0,使得其長度為N;然后在對其中一個序列進行周期延拓,之后跟周期卷積一樣進行移位相乘即可。

  N=10點的圓周卷積如下。同樣$N>N_1+N_2-1$,故卷積結果和線性卷積相同。

  

  N=5點的圓周卷積如下。結果序列首尾各有一點交疊(線性卷積結果的最后一點疊加到了最開始的一點上),其長度為N點。   

  

  以上結果表明,圓周卷積結果實際上就是周期卷積的主值序列。   

 


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