(1)
已知信号的波形如下图所示,是正弦信号的绝对值在 之间的波形。根据傅里叶变换公式求解该信号的频谱,并绘制该信号的幅度谱。
根据傅里叶变换公式求解下面函数表达式对应信号的频谱。
(2)
对于该信号的频谱计算,可以直接利用公’式进行。其中建议大家对于被积分sin函数利用Euler公式更换成两个共轭复指数叠加的形式,然后在进行求解,这样便于写出积分的原函数。
(3)
(4)
(1)
提示: 可以将上述波形看成一个宽度为 2 的矩形波减去第一小题的三角波,然后将两个结果合并起来。
(2)
(3) 试分别利用以下几种方法证明:
方法1: 将 u(t) 拆解成直流分量和符号信号:
方法2: 利用矩形脉冲信号,取它的宽度趋向于无穷大( );
方法3: 利用单边指数函数取极限:
方法4: 利用傅里叶变换积分定理(这个积分定理在下一次课程中进行证明)
(1)
直接根据傅里叶反变换公式,将下面信号的频谱进行反变换,获得信号时域波形。
(2)
提示:对于 进行因式分解,然后在分别写出对应的时域信号。
直接根据傅里叶反变换公式,将下面信号的频谱进行反变换,获得信号表达式 。
(1)
(2)
注: 上面幅频、相频函数都是往两边无穷延伸的。
根据 表达式,按照傅里叶变换的对偶特性求解 。
已知信号 的波形如下图所示:
假设它的傅里叶变换为:
请在不具体求出 的表达式的情况下,求解:
(1) 求下面积分数值:
(2) 求 傅里叶反变换的信号波形;
(3) 求 的取值。
提示: 这个信号是 第二次作业[6] 中进行奇偶分解习题中的信号波形。
利用傅里叶变换的形式(线性、尺度、时移、频移、微分)求解如下信号的傅里叶变换。
(1) 已知高度为E,宽度为 的对称三角信号 的傅里叶变换为:
求下面信号 的傅里叶变换: 。
(2) 已知 对应的傅里叶变换为 。分别写出下列信号的傅里叶变换:
在MATLAB 中使用 fourier,ifourer命令可以求取函数的傅里叶变换数学表达式。请在MATLAB中使用相关命令求取下面信号的傅里叶变换和傅里叶逆变换。
▲ 信号的波形
▲ 图2.1.2 频谱信号波形
普通的实数信号 经过傅里叶变换之后,会产生一个复数频谱 。根据实际需要,我们可以从复频谱中的实部、虚部、幅值、相角获得我们需要的信息。
根据傅里叶变换的“奇偶虚实”特性,我们知道:
那么信号频谱的幅值,相角又反映了信号的什么信息?
下面通过实验来让我们从 一个角度看看信号频谱的幅值、相角内包含的信息。
实验灰度图像数据可以直接从本网页,鼠标右键点击“图片零存为” 获得。
▲ 图2.2.1 测试图片
利用二维快速傅里叶变换,获得上灰度图像的频谱。下给出了上述图片的幅度和相位谱。
▲ 图像的幅度和相位谱
将计算结果中的相位都置为0,进行傅里叶反变换,获得图片频谱中幅度图像信息。
▲ 图2.2.3 原图像以及幅度谱恢复的图像信息
注意:请注意上述代码中,对于数组img1进行饱和处理的作用。
将计算结果中的幅值都置为1,进行傅里叶反变换,获得图片频谱中的相位图像信息。
▲ 原始图像以及相位恢复的图像信息
通过对比从图像频谱中的幅度和相位恢复结果来看,讨论图像中的结构信息主要是分布在幅度谱还是相位谱?
对于声音信号进行相同的分析,分别从声音信号中的幅度谱和相位谱还原对应的声音,讨论一下从哪一部分可以听出原来的声音信号。
下面我利用 Audacity音频录制软件[7] 截取了 西瓜视频中降央卓玛经典歌曲《西海情歌[8] 中的片段(时长1:15),转存成 .WAV文件。
▲ 图2.2.5 西海情歌
这个数据文件也可以从下面链接下载:
▲ 图2.2.6 截取音频信号
参考博文 电话双音频拨号声音中的干扰信号[10] 中对于音频WAV文件的读写方法,将上述波形文件进行读取。
▲ 音乐片段波形
▲ 幅度品返回的波形
▲ 相位谱恢复的信息
大家可以通过试听恢复的声音信号,看幅度谱中和相位谱恢复的音频中哪一个还可以听出原来的歌曲。
信号与系统2024(春季)作业要求以及参考答案汇总: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/136798840
[2]信号与系统 2023年春季学期期末考试命题: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/131068697
[3]信号与系统期末2024年春季学期期末考试命题-模拟考试: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/139587106
[4]信号与系统期末2024年春季学期期末考试命题-正式考试试题: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/139640739?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22139640739%22%2C%22source%22%3A%22zhuoqingjoking97298%22%7D
[5]信号与系统2025(春季)作业要求及参考答案汇总: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/145879368
[6]第二次作业: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/129301254
[7]Audacity音频录制软件: https://www.audacityteam.org/
[8]西瓜视频中降央卓玛经典歌曲《西海情歌: https://www.ixigua.com/7008037669968019976?id=7079714658432745995&logTag=be03debc0c4bc554289e
[9]西海情歌片段:: https://gitee.com/tsinghuajoking/teaching-resources/blob/master/Signals&Systems/2022%E5%B9%B4/XIHaiLoveSong.wav
[10]电话双音频拨号声音中的干扰信号: https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/122451410