DSP 計算DFT頻譜的引數選擇

2021-10-09 20:37:34 字數 2621 閱讀 1030

利用dft在計算連續時間訊號時,由於時域的取樣往往會出現一些問題,下面就dft的一些引數做一些**。

若訊號的最高頻率為f

hf_h

fh​, 根據奈奎斯特取樣定理,抽樣頻率(取樣率)應滿足:

f

s>2f

hf_s > 2f_h

fs​>2f

h​也就是抽樣間隔t

tt應滿足:

t =1

fs

<12

fh

t = \frac<\frac

t=fs​1

​<2f

h​1​

一般取fs=

(from 

2.5to 

3.0)fh

f_s=( \text2.5 \text 3.0)f_h

fs​=

(from 2.

5to 3.

0)fh

​對於dft來說,時域和頻域都是離散的。

因此頻率函式也要抽樣,變成離散的序列,其抽樣間隔為f

0f_0

f0​,這就是我們所說的頻率解析度。

由它可引出時間函式的週期,也就是所取的記錄長度t0=

1f

0t_0=\frac

t0​=f0

​1​

由以上公式可見,要想增加訊號的最高頻率分量f

hf_h

fh​,則時域的抽樣間隔就一定減小,而f

sf_s

fs​增加,由於抽樣點數滿足:

n =f

sf0=

t0

tn= \frac = \frac

n=f0​f

s​​=

tt0​

​若是在n

nn固定的情況下,f

0f_0

f0​必然增加,即頻率分辨力下降。

反之要提高頻率分辨力(減小f

0f_0

f0​),就要增加記錄長度t

0t_0

t0​(f

sf_s

fs​減小)。

若要保證不發生頻譜混疊,則必然會減小高頻容量f

hf_h

fh​。

要想兼顧高頻容量(大f

hf_h

fh​)和頻譜解析度(小或不變f

0f_0

f0​),唯一方法就是增加記錄長度的點數n,即滿足:

n=f

sf

0>2f

hf

0n= \frac > \frac

n=f0​f

s​​>f0

​2fh

​​重要!!!

這個公式是未採用任何特殊資料處理(e.g. 加窗)的情況下,為實現基本dft演算法必須滿足的最低條件。

如果加窗處理,相當於時域與窗函式相乘,則頻域週期卷積,則必然加寬頻譜分量。頻率分辨力就可能變壞,為了保證頻率分辨力不變,則必須增加記錄長度,也就是增加資料長度t

0t_0

t0​。

用fft進行針對音質的頻譜分析,88鍵鋼琴的最高音是四千多赫茲,很多中頻到高頻的樂器,2、3次泛音就在4-12khz,是主要泛音區域,是音色質感的主要表現區域。要求抽樣點數必須是2的整數冪,假定沒有任何特殊的資料處理措施。已給條件為頻率分辨力<=2hz, 訊號最高頻率<=12khz。試確定以下參量:

1. 最小記錄長度t

0t_0

t0​

最小記錄長度由頻率分辨力確定,

t 0≥

1f0=

12

=0.5(s

)t_0 \ge \frac=\frac=0.5(s)

t0​≥f0

​1​=

21​=

0.5(

s)2. 抽樣點間的最大抽樣時間間隔t(即最小取樣率)

f

s>2f

h=24k

hz

f_s > 2f_h=24khz

fs​>2f

h​=2

4khz

t

<12

fh=1

2×12×

103=

4.17×1

0−5(

s)

t< \frac=\frac}=4.17\times10^(s)

t<2f

h​1​

=2×1

2×10

31​=

4.17

×10−

5(s)

3. 在乙個記錄中最少點數n

n

>2f

hf0=

12000

n > \frac=12000

n>f0

​2fh

​​=1

2000

n =2

14=

16384

n = 2^ = 16384

n=214=

1638

4

對於DFT頻譜洩漏問題的研究

問題簡介 對於頻率為fs的正弦序列,它的頻譜應該只是在fs處有離散譜。但是,在實際利用dft求它的頻譜時,對時域做了截斷,結果使訊號的頻譜不只是在fs處有離散譜,而是在以fs為中心的頻帶範圍內都有譜線出現,它們可以理解為是從fs頻率上 洩漏 出去的,這種現象稱 為頻譜 洩漏 不發生洩露的條件 f c...

頻譜分析中如何選擇合適的窗函式

加窗是為了減小洩漏 1 訊號截斷及能量洩漏效應 數字訊號處理的主要數學工具是傅利葉變換。應注意到,傅利葉變換是研究整個時間域和頻率域的關係。然而,當運用計算機實現工程測試訊號處理時,不可能對無限長的訊號進行測量和運算,而是取其有限的時間片段進行分析。做法是從訊號中擷取乙個時間片段,然後用觀察的訊號時...

svm中引數的選擇方法

支援向量機引數的取值直接影響到分類器的學習能力和推廣能力。通常通過計算分類器的推廣誤差來衡量引數的優劣,常用的方法有k重交叉驗證和留一法。k重交叉驗證法 該方法是最為普遍的計算推廣誤差的方法之一。其過程為 將訓練樣本集隨機分為k個集合,通常分為k等份,對其中的k 1個集合進行訓練,得到乙個決策函式,...