信号与系统基础

时隔好久,又翻开了简书,发现我的上一篇文章还是4月份,刚刚开始做毕设的时候写的。
为什么这么久都没有写东西了呢?当然是经历了颓废的大四下学期和漫长的假期。
为什么又开始更新了呢?因为我又开始上课啦!


这学期的《数字图像处理》课是鲍老师上的,他讲的超级好的,感觉好多之前糊里糊涂的概念经过他的梳理之后,都变的清晰了起来。

我的分享基本上是老师的思路,加上我自己的一些理解,希望可以帮到像我一样对一些基本概念不太清楚的小伙伴。

系统和线性时不变系统

这两个概念很好理解了,我觉得系统就可以简单的看做一个函数(或者说函数是一种系统)。给定其一个输入,就会得到一个输出。

而满足线性关系,输出又不随时间变化的系统就是线性时不变系统(LTI,Liner Time Invariant System)。

线性关系(我真的是连这点基本概念都记不住,老师要气死了吧!)

单位冲激函数

单位冲激函数就长下面这样,单位的意思就是值为1,冲激的意思就是只有 t=0 的时刻有取值。它的图像大家可以想象到,挺麻烦的,我就不画了。

单位冲激函数

我们用单位冲激函数和一个信号 x(t) 相乘,得到的结果就是 x(t) 在 t=0 时的值。如果将单位冲激函数沿 x 轴平移一段距离再和 x(t) 相乘,那么得到的就是 x(t) 在某一非零时刻的值。于是,单位冲激函数又有了一个响亮的名字——采样函数(Sampling Function)。也就是满足下面的公式:

采样函数的由来

单位冲激响应

对于一个信号 x(t),对它的每一个时刻进行采样,再求和,得到的还是原函数 x(t)。即满足下面的公式:
(我只写了离散的情况,连续函数换成积分就可以了)

先采样,再求和

假设有系统 f(·)(我不知道这样表达对不对,你们懂就好),即 y(t)=f(x(t))。那么可以有如下推导:

唉?写到这儿有没有很眼熟?

这里的 h(t)=f(delta(t)),h(t) 就被称作单位冲激响应,意思就是单位冲激函数的响应(响应就是输出的意思,老师说这样叫比较专业啦~)。

而最后推导出 y(t) 的结果,就是大名鼎鼎的卷积(Convolution)公式!!!

卷积公式

学了三年终于记住了卷积公式,我爆哭!!!

线性滤波器

对于一个 LTI,如果它的输入函数是一个正弦波,那么可以有如下推导:

所以说,把一个正弦波输入到 LTI 中,得到的还是一个同频率的正弦波,只是幅度有所变化。那么,如果把几个正弦波的和输入到 LTI 中会得到什么呢?

可以看到,得到的结果还是几个正弦波的和,只不过在每个正弦分量的前面乘上了一个系数 lambda 而已。

这样,我们就可以通过调整 LTI 的参数 lambda 来决定每一特定频率的正弦波的幅度变化,进而得到我们想要的结果。

所以,LTI 也被亲切的成为线性滤波器(Liner Filter)。

另外

我从高中就开始看到用 e 的幂指数形式来表达正余弦的表示方式,但一直不明白是怎么回事。所以,我下课后查了一下,发现这个公式原来是使用泰勒展开推导的。有同样疑惑的小伙伴可以参考欧拉公式-互动百科


这一 P 就写到这里了,下一 P 写傅里叶变换!

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