ディジタル信号処理– category –

z変換の定義 連続時間システムでは、通常ラプラス変換を用いてシステムの解析および設計を行います。z変換はラプラス変換の離散時間版です。信号\(x[n]\)に対するz変換は次式で定義されます。 $$X[z] = \sum_{n=-\infty}^{\infty} x[n] z^{-n}\tag{1}$$ 因...

LTIシステムの動作はインパルス応答によって記述されますが、ディジタルフィルタに求められる動作は特定の周波数帯域を通過し、それ以外の周波数帯域を遮断するということが求められます。したがって、周波数軸上でのシステムの応答を考えます。 複素指数...

畳み込み積分の性質 畳み込み積分は下記に示す性質を持ちます。 交換則 $$x[n]*h[n] = h[n] * x[n]$$ 結合則 $$x[n] * \{h_1[n] * h_2[n]\} = \{x[n] * h_1[n]\} * h_2[n]$$ 分配則 $$x[n] * \{h_1[n] + h_2[n]\} = x[n] * h_1[n] + x[n] * h_2[n]$$ フィ...

ディジタルフィルタにおいて、安定性（stability）と因果性（causality）は重要な概念です。それぞれについて見ていきましょう。前提としてLTIシステムについて考えます。 安定性 有界 全ての時刻\(n\)に対して、\(|x[n]| <\infty\)のとき、信号\(x[n]\...

ディジタルフィルタの構成要素 前回の記事の線形差分方程式からわかるようにディジタルフィルタは以下の3つの要素から構成されます。 遅延器（ディレイ） 加算器 乗算器 これらの構成要素を用いれば、\(N\)次の線形差分方程式で記述されるディジタルフィル...

線形差分方程式 一般のディジタルフィルタの入出力関係を表すN次差分方程式の一般形は次式で与えられます。 $$y[n] = -\sum_{k=1}^N a_k y[n-k] + \sum_{k=0}^N b_k x[n-k] \tag{1}$$ ただし、\(n < 0\)に対しては、\(x[n] = y[n] = 0\)とする。 上のy[...

インパルス応答 線形時不変（LTI）システムに単位インパルス信号\(\delta[n]\)を入力したときの出力をインパルス応答といいます。インパルス応答はLTIシステムの振る舞いを知るために重要な要素です。なぜかというと、インパルス応答がわかれば、システム...

システムとは ディジタル信号処理においては、離散時間の入力信号から何らかの処理を施して、出力信号を作り出すものを総称して、離散時間システムとよんでいます。 システムの入出力関係は次式で表されます。 $$y[n] = S[x[n]]$$ ここで、\(y\)は出力信号...

周期信号 まずは、周期信号の定義をしておきます。 ある正の整数\(N\)に対して、 $$x[n]=x[n+N]$$ となるとき、信号\(x[n]\)は周期的という。また、この関係を満たす最小の正の整数\(N_0\)を基本周期、または単に周期と呼びます。 cosとsin まず、cosとsin...

本記事では、ディジタル信号処理でよく使用される基本的な信号をPythonを用いて生成し、図示したいと思います。 基本的な信号 単位インパルス 単位インパルス信号は、クロネッカーのデルタ関数とも呼ばれ、アナログの信号処理や制御システム理論で用いられ...