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〈卷积运算公式〉离散信号卷积运算公式?

卷积的具体计算过程包括:反褶、平移和相乘。

利用冲击响应,

图1 冲击响应

上图中,我们可以认为冲击信号是输入信号,H是一个电路,h(t)是相应的输出。H的输入固定是单位冲击信号,所以h(t)也是固定不变的。

对时域离散化,并将输入信号用冲击序列表示,得到离散信号的卷积公式:

上图的h(n-m)是不变的,变的是x(m)。

其计算过程一样包括:反褶、平移和相乘。


那么,上面的卷积运算究竟包含着怎样的意义呢?

图2

我们先看图2中x(n)代表的意义。我们都看过唐伯虎点秋香,唐伯虎在秋香脸上打了好多拳,那么x(n)就表示那些拳打击的力量大小和时间。

图3

再看y(n),拳头打在脸上以后,是有效果的,秋香的脸会肿起来,那么,打了30多拳之后,秋香的脸就惨不忍睹了,那么,这个效果怎么来的呢?这个效果是那30多拳叠加的结果。第1拳打上去之后,秋香的脸会肿起来一点,但这个效果会随着时间的流逝而衰减,等到打第2拳的时候,秋香的脸就是第1拳衰减到第二拳打击时刻的效果,再加上第2拳的打击效果;同理,打第3拳的时候,就是前两拳的衰减效果加上第3拳的打击效果,以此类推。因此,y(n)表达式中的h(n-m)表示的就是一个衰减函数,表示打到第n拳的时候,第m拳的衰减程度。

此刻这张秋香的脸,是挨了的30脚在这个时刻共同作用的结果

看到这里,估计大家对卷积应该比较清楚了,为了更进一步说明问题,下面我们用方程对上述问题进行解释。

首先我们看图4。为了和图中y(n)中的单位冲击响应h(n)联系起来,我们假设一个单位的力打在你的脸上会肿起来1单位。同时要考虑衰减系数,我们假设是0.9。好了,现在假设从0秒开始,你每秒挨一拳,第1拳的力量是10,那么第1秒的时候(1秒的延迟效应)你的脸会肿起10单位;第二拳的力量是8,那么第二秒结束的时候你的脸会肿起10x0.9x1+8x1=17单位,以此类推。而图4中的方程其实就是我们熟悉的FIR滤波器的差分方程。


IIR滤波器方程

那么,什么时候和这个IIR滤波器方程对应起来呢?可以这样假设:你每挨一拳以后,都拍了一张照片,为的是上法院告老板。那么这些照片叠加成的证明效果就是IIR滤波器方程。

总之,卷积表示的是一种输入对于输出时间上累加的效果。

责任编辑: 鲁达

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