傅里叶变换的特殊变换

发布网友发布时间：2022-04-25 17:03

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连续傅里叶变换
一般情况下，若“傅里叶变换”一词的前面未加任何限定语，则指的是“连续傅里叶变换”。“连续傅里叶变换”将平方可积的函数表示成复指数函数的积分形式：
上式其实表示的是连续傅里叶变换的逆变换，即将时间域的函数表示为频率域的函数的积分。反过来，其正变换恰好是将频率域的函数表示为时间域的函数的积分形式。一般可称函数为原函数，而称函数为傅里叶变换的像函数，原函数和像函数构成一个傅里叶变换对（transform pair）。
当为奇函数（或偶函数）时，其余弦（或正弦）分量为零，而可以称这时的变换为余弦变换（或正弦变换）。
傅里叶级数
主条目：傅里叶级数
连续形式的傅里叶变换其实是傅里叶级数的推广，因为积分其实是一种极限形式的求和算子而已。对于周期函数，它的傅里叶级数（Fourier series）表示被定义为：
其中为函数的周期，为傅里叶展开系数，它们等于

对于实值函数，函数的傅里叶级数可以写成：
其中和是实频率分量的振幅。
离散时间傅里叶变换
主条目：离散时间傅里叶变换
离散时间傅里叶变换（discrete-time Fourier transform, DTFT）针对的是定义域为Z的数列。设为某一数列，则其DTFT被定义为
相应的逆变换为

DTFT在时域上离散，在频域上则是周期的，它一般用来对离散时间信号进行频谱分析。DTFT可以被看作是傅里叶级数的逆。
离散傅里叶变换
为了在科学计算和数字信号处理等领域使用计算机进行傅里叶变换，必须将函数定义在离散点上而非连续域内，且须满足有限性或周期性条件。这种情况下，序列的离散傅里叶变换（discrete Fourier transform, DFT）为
其逆变换为
直接使用DFT的定义计算的计算复杂度为，而快速傅里叶变换（fast Fourier transform, FFT）可以将复杂度改进为。计算复杂度的降低以及数字电路计算能力的发展使得DFT成为在信号处理领域十分实用且重要的方法。
在阿贝尔群上的统一描述
以上各种傅里叶变换可以被更统一的表述成任意局部紧致的阿贝尔群上的傅里叶变换。这一问题属于调和分析的范畴。在调和分析中，一个变换从一个群变换到它的对偶群（al group）。此外，将傅里叶变换与卷积相联系的卷积定理在调和分析中也有类似的结论。
傅里叶变换家族
下表列出了傅里叶变换家族的成员。容易发现，函数在时（频）域的离散对应于其像函数在频（时）域的周期性，反之连续则意味着在对应域的信号的非周期性。变换时间域频率域连续傅里叶变换连续，非周期性连续，非周期性傅里叶级数连续，周期性离散，非周期性离散时间傅里叶变换离散，非周期性连续，周期性离散傅里叶变换离散，周期性离散，周期性