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重要な役割を持つ信号

単位パルス信号。(unit sample sequence、インパルス関数、デルタ関数ともいう)
\[ \delta(t) = \left \{ \begin{array}{ll} 1 & ,\ t = 0 \\ 0 & ,\ t \neq 0 \end{array} \right . \]
単位ステップ信号。(unit step sequence、ステップ関数ともいう)
\[ u(t) = \left \{ \begin{array}{ll} 1 & ,\ t \geq 0 \\ 0 & ,\ t \lt 0 \end{array} \right . \]
単位パルス信号は単位ステップ信号の微分であり、単位ステップ信号は単位パルス信号の積分である。
\[ \begin{align} \delta(t) &= u(t) - u(t - 1) \\\\ u(t) &= \sum_{k = -\infty}^{t} \delta(k) \end{align} \]

離散フーリエ変換

一般的な表現。
\[ \begin{align} e^{ j \theta } &= \cos \theta + j \sin \theta \\\\ X(n) &= \sum_{k=0}^{N-1} x(k) e^{ -j \frac{2 \pi nk}{N} } \\\\ x(n) &= \frac{1}{N} \sum_{k=0}^{N-1} X(k) e^{ j \frac{2 \pi nk}{N} } \end{align} \]
読みやすくした表現。
\[ \begin{align} W_N^k &= e^{ j \frac{2 \pi k}{N} } \\\\ X(n) &= \sum_{k=0}^{N-1} x(k) W_N^{-nk} \\\\ x(n) &= \frac{1}{N} \sum_{k=0}^{N-1} X(k) W_N^{nk} \end{align} \]

代表的なフーリエ級数

矩形波。( \(T\) は矩形波の周期)
\[ f(t) = \frac{4}{\pi} \sum_{k=1}^{\infty} \frac{ \sin \{ (2k - 1)t \frac{2 \pi}{T} \} }{ 2k - 1 } \]
三角波。( \(T\) は三角波の周期)
\[ f(t) = \frac{8}{\pi^2} \sum_{k=1}^{\infty} \frac{ \cos \{ (2k - 1)t \frac{2 \pi}{T} \} }{ (2k - 1)^2 } \]
のこぎり波。( \(T\) はのこぎり波の周期)
\[ f(t) = -\frac{2}{\pi} \sum_{k=1}^{\infty} \frac{ (-1)^k }{ k } \sin \left ( kt \frac{2 \pi}{T} \right ) \]

代表的な窓関数

バートレット。(Bartlett)
\[ \omega(x) = 1 - 2 \cdot | x - 0.5 | \quad \quad ,\ \mathrm{if} \ 0 \leq x \leq 1 \]
ハミング。(hamming、慣習的に先頭は小文字だが Hamming でもよい)
\[ \omega(x) = 0.54 - 0.46 \cdot \cos(2 \pi x) \quad \quad ,\ \mathrm{if}\ 0 \leq x \leq 1 \]
ハン。(hann、慣習的に先頭は小文字だが Hann でもよい、Hanning と表現されることもある)
\[ \omega(x) = 0.5 - 0.5 \cdot \cos(2 \pi x) \quad \quad ,\ \mathrm{ if } \ 0 \leq x \leq 1 \]
ブラックマン。(Blackman)
\[ \omega(x) = 0.42 - 0.5 \cdot \cos(2 \pi x) + 0.08 \cdot \cos(4 \pi x) \quad \quad ,\ \mathrm{ if } \ 0 \leq x \leq 1 \]
カイザー。(Kaiser)
\[ \begin{align} \Gamma(n) &= (n - 1)! \\\\ I_0(x) &= \sum_{ n = 0 }^{ \infty } \frac{ 1 }{ n! \cdot \Gamma (n + 1) } \left ( \frac{ x }{ 2 } \right )^{ 2n } \\\\ \omega(x) &= \frac{ I_0 \left \{ \pi \alpha \sqrt{ 1 - (2x - 1)^2 } \right \} }{ I_0 ( \pi \alpha ) } \quad \quad ,\ \mathrm{ if }\ 0 \leq x \leq 1 \end{align} \]

FIR フィルタ

一般的な表現。(畳み込み演算ともいう)
\[ \begin{align} H(z) &= \sum_{k=0}^{N-1} h(k) z^{-k} \\\\ y(t) &= \sum_{k=0}^{N-1} h(k) x(t-k) \end{align} \]

IIR フィルタ

一般的な表現。
\[ \begin{align} H(z) &= \frac{ \displaystyle \sum_{k=0}^{N} b_k z^{-k} }{ 1 + \displaystyle \sum_{k=1}^{N} a_k z^{-k} } \\\\ y(t) &= \sum_{k=0}^{N} b_k x(t-k) + \sum_{k=1}^{N} -a_k y(t-k) \end{align} \]
一次フィルタに展開した表現。(Bilinear 型フィルタともいう)
\[ \begin{align} H(z) &= \frac{ b_0 + b_1 z^{-1} }{ 1 + a_1 z^{-1} } \\\\ y(t) &= b_0 x(t) + b_1 x(t - 1) - a_1 y(t - 1) \end{align} \]
二次フィルタに展開した表現。(Biquad 型フィルタともいう)
\[ \begin{align} H(z) &= \frac{ b_0 + b_1 z^{-1} + b_2 z^{-2} }{ 1 + a_1 z^{-1} + a_2 z^{-2} } \\\\ y(t) &= b_0 x(t) + b_1 x(t - 1) + b_2 x(t - 2) - a_1 y(t - 1) - a_2 y(t - 2) \end{align} \]

改訂履歴

日付 改訂内容
2021-12-30 初版公開。