程佩青教授《数字信号处理》课件解析：圆周卷积与线性卷积

“讨论圆周卷积与线性卷积-数字信号处理 清华大学老师 程佩青 第三版课件（563页）” 本文将深入探讨数字信号处理中的圆周卷积（又称周期卷积）与线性卷积的概念，这些概念在清华大学程佩青教授的第三版《数字信号处理》课件中有详细讲解。线性卷积是两个有限长序列的乘积展开后相加，其结果也是有限长的，长度为两序列长度之和减一。圆周卷积则是将序列视为周期性的，在给定的周期长度L下进行卷积，其结果具有周期性。 首先，线性卷积是信号处理的基础操作，它在滤波、分析和合成信号中起到关键作用。设我们有两个有限长的序列x[n]（N点）和h[n]（M点），它们的线性卷积表示为y[n]，其长度为N+M-1。计算线性卷积的方法包括直接乘法展开、快速傅里叶变换（FFT）以及滑动窗口法等。 其次，圆周卷积，或称周期卷积，是在循环或周期背景下进行的卷积。在实际应用中，例如在处理循环平稳信号或在有限存储条件下，圆周卷积是很有用的。假设我们同样有两个有限长序列x[n]和h[n]，以及一个固定的周期长度L，圆周卷积是将这两个序列在长度L的范围内进行卷积，并重复这个过程。具体表达式为y[n] = (x[n] * h[n])_L，其中下标_L表示圆周卷积。在计算过程中，如果N或M大于L，序列会被周期性扩展以适应L的长度。 在程佩青教授的课件中，除了线性卷积和圆周卷积，还涵盖了离散时间信号与系统的基础知识。离散时间信号，也称为序列，是由连续时间信号 xa(t) 通过等间隔采样得到的，采样间隔为T。根据奈奎斯特抽样定理，为了不失真地恢复连续时间信号，采样频率至少应为信号最高频率的两倍。离散时间信号有多种表示方法，如公式、图形和集合符号。 课件中还介绍了几种常用的序列，如单位抽样序列δ[n]和单位阶跃序列u[n]，它们是构建和分析离散时间系统的基础。单位抽样序列δ[n]在n=0时值为1，其他位置为0；单位阶跃序列u[n]在n≥0时值为1，n<0时值为0。这两种序列在描述系统特性，如单位脉冲响应（impulse response）时非常有用。 此外，课件还会涉及线性移不变系统的概念、稳定性和因果性判断，以及常系数线性差分方程的求解方法，这些都是数字信号处理的核心内容。通过对这些基本概念的深入理解和实践，学生可以掌握数字信号处理的基石，进一步探索更高级的主题，如滤波器设计、信号分析和通信系统中的信号处理。