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Cómo interpretar la transformada de Fourier de resultado?

¿Alguien puede decirme qué resultado de la transformada de fourier discreta significa? Sé que todos los teóricos cosas y bastante los gráficos, que es un cambio de dominio de tiempo de la frecuencia, y así sucesivamente.

Pero quiero saber lo que significa el resultado.

Ejemplo 1. Digamos que tengo un vector de 256 valores. Cada cada uno de ellos es igual a 9.81. Resultado de la FFT es de 256 números igual a 0. Por qué?

Ejemplo 2. De nuevo tengo un vector de 256 valores. 255 de ellos son igual a 9.81, y uno de ellos (el último) es igual a 1.00

Como resultado de la FFT transformar puedo obtener un vector de 256 valores, con los primeros 255 oscilan entre 8.810 y 8,91, y por último uno igual a 0. ¿Qué significa esto?

EJEMPLO 3 - REAL ESCENARIO DE LA VIDA - LA PREGUNTA CLAVE Yo soy la grabación de los datos de un acelerómetro. Puedo grabar 256 valores. Dependiendo de si puedo grabar al subir las escaleras, o sentado, me sale diferente el resultado de la transformada de Fourier se ejecutó en este tipo de datos. ¿Cuál es el significado de cada número en el vector de 256 valores? Los dos vectores de la transformada de fourier será diferente el uno del otro, mirando ellos, ¿qué me dicen sobre las muestras a partir de la cual se originaron?

El vector resultante de 256 valores representa la descomposición de los valores de aceleración en ¿qué?

A mi entender mal

Me dice que el dominio se convierte en la frecuencia en lugar de tiempo. Así que los números a lo largo del eje x representan la frecuencia. Frecuencia 1, la frecuencia 2, ... frecuencia de 256. Para una muestra de 256 números.

Así que mi undersanding fue:

Si he de ejemplo:

4,8,15,16

a continuación, cada número tiene una frecuencia de 1. Así que si me trace una gráfica con el eje x que representa, en la garrapata de la etiqueta 1 me gustaría poner en valor de 4, y dejar de garrapatas 2, marque 3 y garrapatas 4 a 0.

Si la muestra fue la siguiente:

4,4,4,4

Entonces tendría {0,0,0,1}

Si la muestra fue la siguiente:

4,4,8,8

Entonces tendría {0,2,0,0}

Pero esta no es la transformada de fourier, para mí se parece a la distribución de la frecuencia. ¿Alguien puede decirme entonces, ¿en qué VALORES reales que tengo, de regreso vector decir?

EDIT: Para que quede claro, no estoy preguntando cómo llegamos a estos valores. Quiero saber cómo interpretar estos valores, ¿qué me dicen sobre la entrada.

7voto

al-Hwarizmi Puntos 2121

Permítanme sugerir un juego para que sea claro: Crear la inversa de Fourier que significa construir una función $Y(t)$ que describe la secuencia.

Punto de todos los datos en función del tiempo. Luego de empezar a utilizar la siguiente función (en Mathematica o cualquier otro programa de matemáticas) (en lugar de la expresión compleja que es más fácil entender la conexión a las raíces de la unidad):

$$y_i(t,k)= \sum_{n=1}^k \frac{1}{k} \cos\left(\frac{2 \pi (n-1) t}{k}\right)$$

(Discreta)de la Parcela y probar! Usted puede necesitar agregar un par de diferentes funciones tales $y_i(t,k)$ juntos (superposición), mientras que cada función con diferentes $k$ y multiplicado de tal vez con diferentes amplitudes $a_i$ para obtener su función de $Y(t)$ (como jugar LEGO):

$$Y(t)=\sum_i a_i\; y_i(t,k)$$

Esta ecuación sería tan buena como sea posible imitar (inversa de Fourier) de la secuencia. Si lo hace, se entiende que la transformación es exactamente el opposit camino, y lo que sus detalles de valor para usted.

Hice esto muy a menudo y funciona de maravilla para tener secuencias completas.

Su primer ejemplo y un período de $k=2$ por ejemplo trivial:

$$Y(t)=y_1(t,2)= 9.81 \sum_{n=1}^2 \frac{1}{2} \cos\left(\frac{2 \pi (n-1) t}{2}\right)$$

PS: Por el camino de $y_i(t,k)$ converge.

Explicaciones adicionales:

Espero que me de la puesta en marcha de su correctamente a la pregunta: tienes discretos secuencias de datos como $\{9.81,...\}$ o $\{9.81,...,1.00,9.81...\}$ sobre la línea del tiempo y la transformación de estos a través de la transformada de Fourier para el dominio de la frecuencia.

Tal vez entiendo cuál es tu problema, y esto es probablemente más profunda va (frecuencia/amplitud el principio de incertidumbre). Me trajo por encima de un ejercicio (un juego que debería ayudar), pero vamos a tratar de responder a sus preguntas más directamente en relación con los valores.

¿Alguien puede decirme qué resultado de la transformada de fourier discreta significa?

El resultado de la transformada de Fourier como va el ejercicio de mi descripción anterior traerá sólo el conocimiento acerca de la frecuencia de la composición de sus datos de secuencias. Eso significa, por ejemplo 1 el cero 0 de la transformada de Fourier indica trivialmente que no hay superposición de cualquier fundamentales (eigenmode) periódico de las secuencias con las frecuencias correspondientes. Esta es la razón por la que escribí $Y=y_1$. Su secuencia es un periódico eigenmode de sí mismo. Trivialmente sus números de valor de 9.81, ¿cuántos podrían ser (256), no proporcionan ninguna información adicional que tienen en la misma secuencia, debido a que son sólo la amplitud de su preiodic secuencia que es su propia eigenmode. Así que la transformada de Fourier dice: no es un caso trivial de la frecuencia de eigenmode secuencia y sus números de decir que no es trivial caso de las amplitudes de - i.o.w no CAMBIA NADA en su secuencia, el comportamiento es de ningún cambio. En otras palabras, usted aprenderá aquí que el espectro contiene sólo una eigenmode y que es la misma secuencia con un terreno de amplitud 9.81. Nada más que esto!

El segundo ejemplo es dramáticos diferentes. La amplitud de la $(1.00-9.81)$ (en realidad la diferencia) es la realización de una gran información (como por ejemplo la ubicación de un objeto en la física, ciertos behaivourial cambio en la secuencia/ accelleration...). Sin embargo, para precisamente lo que necesita una Fourier que contiene un espectro de frecuencias. Así recordar el caso de ondas y partículas en la física, cuando se desea encontrar la partícula en un tiempo determinado/ubicación (analógica a la su $(1.00-9.81)$ señal en un tiempo determinado) que significa que la amplitud precisa, tendrá que todas fundamental frquencies y ondas/modos del espectro para sumarlos y obtener el $(1.00-9.81)$ a un percise cierto punto en el tiempo (por eso en mi mensaje anterior escribí tan buena como sea posible). En una interpretación abstracta de esta superposición, y la suma es implícitamente realizado por el instrumento de medición, y apunta precisamente a $(1.00-9.81)$ a un percise cierto punto en el tiempo me de una secuencia. El problema sin embargo es que cuando se han obtenido de esta manera una precisa $(1.00-9.81)$ en un momento determinado, a continuación, usted (el dispositivo) no puede observar las frecuencias, porque se suman a ellos (implícitamente) en las olas; a la inversa si se realiza una transformada de Fourier de la secuencia de datos registrados, como usted lo hizo, usted obtiene todas las frecuencias de la frecuencia fundamental de las ondas/modos de componer su señal de $(1.00-9.81)$, pero a costa de que no se puede más precisamente fijar la amplitud $(1.00-9.81)$ (por supuesto, en el proceso de su descomposición el resultado es descompuesto y dispersos).

Este es el principio de incertidumbre de cualquier espectro/de Fourier. Lamentablemente lo que sucede en su pensamiento es el escenario que desea realizar una transformada de Fourier, pero pregunte por el significado de las amplitudes ($(1.00-9.81)$). La respuesta es clara: La transformada de Fourier / espectro de frecuencias no le da ninguna información acerca de la amplitud de la superposición.

Nota al margen: al mismo tiempo, mantener en mente que el primer ejemplo es el boton de la línea o callibration del segundo ejemplo.

Annecdotic: El primer ejemplo es una orquesta de un tambor y a sí mismo repitiendo en cierto frquency y 9.81 cancha. La segunda podría ser una orquesta de la misma tambor de juego en la misma frecuencia y 9.81 de tono, pero además muchos instrumental jugadores que son scilent todo el tiempo, excepto, precisamente, de una instancia de tiempo, cuando se reproduce un único disparo de 1.00 terreno de juego.

Para el ejemplo 3 ya aprendimos que la transformada de Fourier y el espectro de frecuencias no te da ninguna información acerca de sus valores absolutos en el dominio de tiempo (pitch)! Pero le da información sobre cómo a menudo en una secuencia que va a cambiar para sentarse posición o viceversa. Así que si el espectro muestra más altas frecuencias de ancho de banda, lo que significa que cambian a menudo su posición y si baja frquencies ancho de banda que se muestra menos cambiar de posición. La transformada de Fourier le dirá cómo se comportan, si usted accellerate más a menudo hacia arriba y hacia abajo o menos. No te da ninguna información acerca de las amplitudes (incertidumbre paradoja). Trivialmente la información acerca de las amplitudes es ya lo que se ve en el dominio del tiempo.

Así que antes de interpretar sus datos a decidir si usted observar en el dominio de tiempo (amplitudes y el valor absoluto de sus datos) o frquency domain (dominio de la frecuencia, la conducta, el cambio).

El vector resultante de 256 valores representa la descomposición de los valores de aceleración en ¿qué?

En un espectro de frecuencias que es una característica de huellas dactilares de su accellaration comportamiento trajo en la que la secuencia de registro de datos.

Espero que esto ayude a la mejor comprensión y Respuesta a su Pregunta. Todavía me sugieren para hacer el ejercicio que he propuesto. Nada es mejor que la propia experiencia.

3voto

elaRosca Puntos 333

Es completamente normal para obtener 0 si los valores son iguales. Esto viene de una igualdad de las raíces de la unidad de potencias de 2, y para la DFT siempre se extiende a potencias de dos (esp si hacer la programación, con el fin de obtener de O(N^2) O(nlogn).

Se puede ver en la wikipedia.

Lo DFT no tiene que ver con polinomios. Usted puede transformar su lista en un polinomio y, a continuación, calcular los valores de ese polinomio en las raíces de la unidad de la potencia de 2 más cercana que es más grande que el número de elementos en la lista.

Por ejemplo. 4,3,4,1 puede ser representado como $4 x^3 + 3x^2 + 4x+ 1$.

En su 4,4,4,4 ejemplo, usted podría conseguir a $4 x^3 + 4x^2 + 4x+ 4$. Debido al hecho de que la DFT se evalúa el polinomio en las raíces de la unidad, en este caso, usted recibirá 0 (usted puede comprobar esto por sí mismo, la raíz de la unidad de orden 4 es $i$.)

En definitiva, a partir de una lista de números -> polinomio $p$. deje que el grado del polinomio ser $k$ $k$ potencia de 2. Entonces si $w_k$ es la base de la raíz de la unidad de orden k, el resultado de la dft en el índice de $t$$p(w_k)^t$., donde $t$ varía entre 0 y $k-1$.

1voto

Andreas Grabner Puntos 126

Usted está mirando a la frecuencia de un cierto número se produzca, sino que en realidad supone que dan la frecuencia de la secuencia como si fuera una ola. Por ejemplo, si a usted le dibuja una onda sinusoidal en un Etch-a-Sketch, usted puede obtener una secuencia de valores discretos aproximarnos a ella. Es decir, $(x,x,x,x)$ no tendría una frecuencia de 4. $(x,y,x,y)$ tendría una frecuencia de 2, sino $(x,x,y,y)$ tendría una frecuencia de 4. Ignorando alias de frecuencias, de todos modos.

1voto

mr12 Puntos 11

Añadiendo a lo que otros han dicho, usted puede pensar de la DFT como la descomposición de su (discreta) de la señal en una combinación lineal de [discreto de valores de la muestra de] funciones de base. Las ecuaciones para estos vienen directamente de la definición de la DFT:

$$ c_k(i) = cos(2\pi k i/N)\\ s_k(i) = sen(2\pi k i/N) $$ Tenga en cuenta que estas funciones tienen una amplitud de 1.

Así que la razón por la que usted consigue muchos de los valores cero y un valor distinto de cero en el ejemplo 1 es que la señal puede ser expresada por sólo escalado una de estas funciones, es decir, donde la frecuencia k = 0 (en este caso $c_k(i) = 1$$s_k(i)=0$). Como se mencionó anteriormente, el resultado exacto de la DFT de aquí depende de la normalización, pero la idea es que el valor es un factor de escala que puede ser utilizado para obtener los datos originales.

Por ejemplo, 2, ahora tiene que encontrar una nueva combinación lineal para expresar el conjunto de datos. Esto no va a ser exactamente el mismo, ya que la señal no puede ser expresada por uno de los componentes (el último valor es 1).

Ahora, por ejemplo 3. Hay un par de cosas que usted puede ver más fácilmente a partir de los datos en el dominio de la frecuencia. Por ejemplo, digamos que su prueba de la persona camina por las escaleras, entonces usted debe ver a una frecuencia pico a la frecuencia de los pasos. Si van un paso cada segundo, habrá un aumento en $f=0.5$ en su DFT (suponiendo que muestra una vez por segundo). Del mismo modo, si usted muestra 4 veces por segundo, habrá un aumento en $f=1/8$.

No estoy seguro de qué tipo de información usted está esperando para obtener a partir de los datos. ¿Tienes una razón clara para buscar en el dominio de la frecuencia de los datos? ¿Quieres encontrar periódico de los eventos que ocurren durante la medición (y quieres conocer con qué frecuencia se producen y cómo gran parte de la medición que hacen para arriba)? La DFT se dan los picos de diversa magnitud en estas frecuencias, por ejemplo, si no estás justo al subir las escaleras ( $f=0.5 Hz$ ), pero también a sacudir el acelerómetro en$f = 3 Hz$, entonces usted puede ser capaz de ver estos dos componentes en la DFT.

Para la interpretación, tenga en cuenta que esto está limitado a las frecuencias que se puede medir con la frecuencia de muestreo. Además, añadir a lo que te pregunté anteriormente ("¿y si la entrada es en $m/s^2$"), la interpretación de este depende enteramente de sus datos. Las unidades no importa para la DFT, ya que tan sólo está en los valores de los datos. Los valores de aceleración en este caso, entonces, ¿qué significa que su aceleración cambia periódicamente a lo largo del tiempo? Esto se remonta a la anterior pregunta de por qué usted está utilizando la DFT en el primer lugar. Por ejemplo, usted podría ver que grandes sacudidas se producen en frecuencias de x, y y z en sus datos, o filtrar un poco de ruido con un filtro de paso alto para, a continuación, calcular estadísticos de las propiedades del espacio de dominio de datos.

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