Signals and Signal Spaces (Mertins - Signal Analysis (Revised Edition))

PDF-файл Signals and Signal Spaces (Mertins - Signal Analysis (Revised Edition)) Цифровая обработка сигналов (ЦОС) (15303): Книга - 8 семестрSignals and Signal Spaces (Mertins - Signal Analysis (Revised Edition)) - PDF (15303) - СтудИзба2017-12-27СтудИзба

Описание файла

Файл "Signals and Signal Spaces" внутри архива находится в папке "Mertins - Signal Analysis (Revised Edition)". PDF-файл из архива "Mertins - Signal Analysis (Revised Edition)", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "цифровая обработка сигналов (цос)" из 8 семестр, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "книги и методические указания", в предмете "цифровая обработка сигналов" в общих файлах.

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

Signal Analysis: Wavelets, Filter Banks, Time-Frequency TransformsandApplications. Alfred MertinsCopyright 0 1999 John Wiley & Sons LtdPrint ISBN 0-471-98626-7 ElectronicISBN 0-470-84183-4Chapter 1Signals and Signal SpacesThe goal of this chapter is to give a brief overview of methods for characterizing signals and for describing their properties. Wewill start with adiscussion of signal spaces such as Hilbert spaces, normed and metric spaces.Then, the energy density and correlation function of deterministic signals willbe discussed.

The remainder of this chapter is dedicated to random signals,which are encountered in almost all areas of signal processing. Here, basicconcepts such as stationarity, autocorrelation, and power spectral densitywillbe discussed.1.l1.1.1Signal SpacesEnergy and Power SignalsLet us consider a deterministic continuous-time signalz(t),which may be realor complex-valued.

If the energy of the signal defined byis finite, we call it an energy signal. If the energy is infinite, but the meanpower12Chapter 1 . Signals and Signal Spacesis finite, we call z ( t ) a power signal. Most signals encountered in technicalapplications belong to these two classes.A second important classification of signals is their assignmentto thesignalspaces L,(a, b ) , where a and b are the interval limits within which the signalis considered. By L,(a, b) with 1 5 p < m we understand that class of signalsz for which the integralI”lX(t)lPdtto be evaluated in the Lebesgue sense is finite.

If the interval limits a and bare expanded to infinity, we also write L p ( m )or LP@). According to thisclassification, energy signals defined on the real axis are elements of the spaceL2 (R).1.1.2NormedSpacesWhen considering normed signal spaces,we understand signals as vectorsthatare elements of a linear vector spaceX . The norm of a vector X can somehowbe understood as the length of X.

The notation of the norm is 1 1 ~ 1 1 .Norms must satisfy the following three axioms, where a is an arbitraryreal or complex-valued scalar, and 0 is the null vector:Norms for Continuous-Time Signals. The most common norms forcontinuous-time signals are the L, norms:(1.6)For p+ m, the norm (1.6) becomesllxllL, = ess sup Iz(t)l.astsbFor p = 2 we obtain the well-known Euclidean norm:Thus, the signal energy according to (1.1) can also be expressed in the form00XEL2(IR).(1.8)31.1. Signal SpacesNorms for Discrete-Time Signals. The spaces l p ( n ln2), are the discretetime equivalent to the spaces L p ( a ,b ) .

They are normed as follows:(1.9)For p+ CO,(1.9) becomes llzlleoo = sup;LnlIx(n)I.For p = 2 we obtainThus, the energy of a discrete-time signal z ( n ) ,n E Z can be expressed as:n=-cc1.1.3MetricSpacesA function that assigns a real number to two elements X and y of a non-emptyset X is called a metric on X if it satisfies the following axioms:y) 2 0,(i)d(x,(ii)(iii)d(x, y) = 0 if and only ifX= y,d(X,Y) = d(Y,X),d(x, z ) I d(x, y) d(y, z ) .(1.13)(1.14)+The metric d(x,y) can be understood as the distance between(1.12)Xand y.A normed space is also a metric space. Here, the metric induced by thenorm is the norm of the difference vector:Proof (norm + metric).

For d ( z , g) = 112 - 2 / 1 1 the validity of (1.12) immediately follows from (1.3). With a = -1, (1.5) leads to 1 1 2 - 2 / 1 1 = 119 - zlI,and (1.13) is also satisfied. For two vectors z = a - b and y = b - c thefollowing holds according to (1.4):Thus, d(a,c ) I d(a,b)+ d(b,c ) , which means that also (1.14) is satisfied.

04Chapter 1 . Signals and Signal SpacesAn example is the Eucladean metric induced by the Euclidean norm:1/2,I 4 t ) - Y,,,l2dt]Accordingly, the following distancebetweenstated:2,Y EL z ( a ,b ) .(1.16)discrete-time signals canbeNevertheless, we also find metrics which are not associated with a norm.An example is the Hamming distancend(X,Y) = CK X k+ Y k ) mod 21,k=lwhich states the number of positions where twobinarycode words X =[Q, 2 2 , . . . ,X,] and y = [ y l ,y ~. .,.,yn] with xi,yi E (0, l} differ (the space ofthe code words is not a linear vector space).Note. The normed spaces L, and l , are so-called Banachspaces, whichmeans that they are normed linear spaces which are complete with regard totheir metric d ( z , y) = 1 1 2 - y 11.

A space is complete if any Cauchy sequenceofthe elements of the space converges within the space. That is, if 1 1 2 , - zl,+0 as n and m + m, while the limit of X, for n + 00 lies in the space.1.1.4Inner Product SpacesThe signal spaces most frequently considered are the spaces L 2 ( a , b ) and&(nl,n2); for these spaces inner products can be stated. An inner productassigns a complex number to two signals z ( t ) and y ( t ) , or z(n) and y ( n ) ,respectively.

Thenotation is ( X ,y). An inner productmust satisfy thefollowing axioms:(i)(4(iii)k,Y>=( Y A *(1.18)(aa:+Py,z) = Q ( X , . Z ) + P ( Y , 4(2,~2 )0, ( 2 , ~= )0 if and only if(1.19)(1.20)Here, a and ,B are scalars with a,@EExamples of inner products areX = 0.(E,and 0 is the null vector.(1.21)51.1. Signal SpacesandThe inner product (1.22) may also be written aswhere the vectors are understood as column vectors:'More general definitions of inner products include weighting functions orweighting matrices. An inner product of two continuous-time signals z ( t ) andy ( t ) including weighting can be defined aswhere g ( t ) is a real weighting function with g ( t ) > 0, a 5 t5 b.The general definition of inner products of discrete-time signals iswhere G is a real-valued, Hermitian, positive definite weighting matrix.

Thismeans that GH = GT = G, and all eigenvalues Xi of G must be larger thanzero. As can easily be verified, the inner products (1.25) and (1.26) meetconditions (1.18) - (1.20).The mathematical rules for inner products basically correspond to thosefor ordinary productsof scalars. However, the order in which the vectors occurmust be observed: (1.18) shows that changing the order leads to a conjugationof the result.As equation (1.19) indicates, a scalar prefactor of the left argument maydirectly precede the inner product: (az,y) = a (2,y). If we want a prefactorlThe superscript T denotestransposition.Theelementsof a and g mayberealorcomplex-valued.

A superscript H , as in (1.23), means transposition and complex conjug&tion. A vector a H is also referred to as the Herrnitian of a.If a vector is to be conjugatedbut not to be transposed, we write a * such that a H = [=*lT.6Chapter 1 . Signals and Signal Spacesof the right argument to precede the inner product, it must be conjugated,since (1.18) and (1.19) lead toDue to (1.18), an inner product(2,~is )always real: ( 2 , ~= )!I&{(%,z)}.By defining an inner product we obtain a norm and also a metric.

Thenorm induced by the inner product isWe will prove this in the following along with the Schwarz inequality, whichstatesIb , Y >I I l 1 4(1.29)IlYll.Equality in (1.29) is given only if X and y are linearly dependent, that is, ifone vector is a multiple of the other.Proof (inner product + n o m ) . From (1.20) it follows immediately that(1.3) is satisfied. For the norm of a z , we conclude from (1.18) and (1.19)llazll = ( a z , a z y= [la12(2,z)]1/2 = la1( 2 , 2 ) 1 /=2la1 l l z l l .Thus, (1.5) is also proved.Now the expression112+will be considered. We haveAssuming the Schwarz inequality is correct, we conclude112+ Y1I2 I 1 1 4 1 2 + 2 l l 4 lThis shows that also (1.4) holds.IlYll + 11YIl2 = (1 1 4 + llYll)2*0Proof of the Schwarz inequality.

The validity of the equality sign in theSchwarz inequality (1.29) for linearly dependent vectors can easily be proved71.1. Signal Spacesby substituting z = a y or y = a z , a E C,into (1.29) and rearranging theexpression obtained, observing (1.28). For example, for X = a y we haveIn order to prove the Schwarz inequality for linearly independent vectors,some vector z = z + a y will be considered. On the basis of (1.18) - (1.20) wehave0I(G.4=(z a y , X=(z,z+ay)+(ay,z+ay)=(~,~)+a*(~,Y)+a(Y,~)+aa*(Y,Y).++ay)This also holds for the special a (assumption: y(1.30)# 0)and we getThe second and the fourth termcancel,(1.32)Comparing (1.32) with (1.28) and (1.29) confirms the Schwarz inequality.0Equation (1.28) shows that the inner products given in (1.21) and (1.22)lead to the norms (1.7) and (1.10).Finally, let us remark that a linear space with an inner product which iscomplete with respect to the induced metric is called a Hilbert space.81.2Chapter 1 .

Signals and Signal SpacesEnergyDensityandCorrelation1.2.1Continuous-Time SignalsLet us reconsider (1.1):00(1.33)E, = S__lz(t)l2 dt.According to Parseval’s theorem, we may also writeE, = -(1.34)where X(W)is the Fourier transform of ~ ( t )The. ~quantity Iz(t)I2in (1.33)represents the distribution of signal energy withrespect to time t ; accordingly,IX(w)I2 in (1.34) can be viewed as the distribution of energy with respect tofrequency W. Therefore IX(w)I2 is called the energy density spectrum of z ( t ) .We use the following notation= IX(w)I2.(1.35)The energy density spectrum S,“,(w) can also be regarded as the Fouriertransform of the so-called autocorrelation functionccr,”,(r) =Jz * ( t )z(t + r ) dt = X * ( - r )* X(.).(1.36)-ccWe haveccS,”,(W)= l c c r f z ( ~e-jwT)dr.(1.37)The correspondence is denoted as S,”,(w) t)r,”,(r).The autocorrelationfunction is a measure indicating thesimilarity betweenan energy signal z(t) and its time-shifted variant z r ( t )= z ( t r ) .

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5259
Авторов
на СтудИзбе
421
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее