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对数字信号处理中各种频率以及分辨率的理解

(此处仅是一个学生的理解,如有错误还请指正)

频率有哪些?

首先,对于模拟频率与数字频率,有“频率”与“角频率”之分。频率一般用f来表示,角频率中模拟角频率经常用

对数字信号处理中各种频率以及分辨率的理解

来表示,数字角频率经常用

对数字信号处理中各种频率以及分辨率的理解

表示。采样频率只有频率一说。

具体的物理意义可以参考模拟频率与数字频率_深入理解数字信号处理-CSDN博客_数字频率

这里面提到的一个公式

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建立了采样前与采样后角频率的关系。

因为

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,所以

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,由奈奎斯特采样定理可知

对数字信号处理中各种频率以及分辨率的理解

,且

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,所以

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,也可以换成

对数字信号处理中各种频率以及分辨率的理解

我们又知道,DFT可以对采样后信号进行频谱分析,DFT分析出的是在

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上均匀采样的N个点处的频率值,即

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,通过上面那个公式换算回模拟角频率就是

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(因为

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对应着

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)。可以看到,这里的模拟角频率的间隔就是“频率分辨率”。

《数字信号处理简明教程》中提到频率分辨率又分为物理频率分辨率和计算频率分辨率。具体如下:

对数字信号处理中各种频率以及分辨率的理解

这里的差别就是实际采样数并不一定等于我们计算DFT时的N的数,因为我们可以补很多个零来缓解栅栏效应。补零并不影响采样序列的DTFT的计算,只是改变了DFT在DTFT上采样的N个位置,相当于栅栏变细了,计算频率分辨率更好了。

但是物理频率分辨率是与因为采样加窗等操作导致的频谱泄露相关的,因为频谱泄露会使某两个频率变得不可区分。物理频率分辨率也就是和采样序列的DTFT最相关的,而非DFT,DFT只是DTFT的采样,DFT的N大意味着更平滑地接近DTFT。

如果采样点过少,使得模拟频率在转换成DTFT得到的数字频率时就已经无法区分了的话,那DFT的N值再大也不可能有所改善,因为DFT补再多的零也只是更密集地对DTFT进行采样。所以也说补零不能改变频谱泄露,不能改变物理频率分辨率。

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