当前位置:文档之家› sinc插值和NUFFT小结

sinc插值和NUFFT小结

FFT 要求时域数据是均匀采样,频率是均匀分布于(-π,π)的。

一、
Sinc 插值原理:
设有函数)(x f ,采样定理表明,在满足以下两个条件时,就可以从)(x f 的等间隔离
式(1)可以理解为所有输入样本的加权叠加,根据此式就可以计算任意点处)(x f 函数值。

为精确计算某一点上的)(x f 需要覆盖无限多个点。

实际上这是无法做到的,而且使用大量的数据点会使得插值非常耗时,但精度提高却很小。

计算表明核值随着与x 的间隔增大而降低,这意味着可以在不过度损失精度的同时对卷积核进行截断。

在现有的计算资源下个8点的加权sinc 函数比较适合数据处理。

当使用截断后的sinc 函数对存在陡峭边缘的函数进行插值时,会出现一种称为Gibbs 效应的振铃现象。

为减少这种影响,应对插值进行加窗锐化,通常加入Kaiser 窗的处理效果比较理想。

对与加窗后的插值核,需要进行归一化处理,使其增益单位化,否则采样点上的权值和不再等于1,并且不同插值点之间会出现较大误差。

1、功率谱估计的提出:主要是针对经典谱估计的分辨率低和方差性能不好的问题提出的。

二、非均匀离散傅里叶变换(NUDFT )
1、{n t }不均匀采样而{n f }均匀采样,即f m m f ∆=,则有n
f t m j n d
N n m e
t f w F ∆--=∑
=π21
)()(,
称为第一类非均匀DFT (nonuniform DFT ,NUDFT )。

2、{n f }不均匀采样而{n t }均匀采样,即t n n t ∆=,则有∑-=∆∆-=1
2)()(N n nm j n
d m m
t e t f
w F π,称为第二类NUDFT 。

3、{n f }和{n t }都是均匀采样,即t n n t ∆=并且f m m f ∆=,则有
∑-=∆∆-=1
02)()(N n nm j n d m f
t e
t f w F π,称为均匀DFT 。

特别是,如果)/(1t f N ∆=∆,则有
∑-=-=10
/2)()(N n N nm j n d m e t f w F π,这就是传统意义上的DFT 。

为了方便,我们将两类NUFFT 表示为完全离散的符号形式:
∑-==
1
2M m n
v j m n m e
h H π
∑-==
2
/2
/2N N n n
v j n
m m e
g G π
其中n=-N/2,-N/2+1,…N/2-1,]2/1,2/1[-∈m v 表示非均匀采样位置。

三、NUFFT 算法
1、第一类NUDFT 可由NUFFT 算法加速的流程
1)、由公式NUFFT 算法采用最小均方误差的解)()()(1
c b A A A c x H
H
-=计算插值系数)(m r c x ,这里r=-q/2,-q/2+1,…q/2,m=0,1,…M-1。

需要))1((2
M q O +个乘数。

2)、计算Fourier 系数∑+-∈=
rml
uc q q r m
r m l m c x h
]][2/,2/[)(τ。

需要))1((M q O +个乘法数。

3)、使用FFT 计算∑=-==
2
/2
//2uN l uN l uN
nl j l
n e
T πτ。

需要))log((uN uN O 个乘法数。

4)、 n n T s H .1
-∧
=。

需要)(N O 个乘法。

2、第二类NUDFT 可由NUFFT 算法加速的流程
1)、由公式由公式NUFFT 算法采用最小军方误差的解)()()(1c b A A A c x H
H -=计算插值系数)(m r c x ,这里r=-q/2,-q/2+1,…q/2,m=0,1,…M-1。

需要))1((2
M q O +个乘数。

2)、计算n n n g s t .1
-=。

需要)(N O 个乘法数。

3)、使用FFT 计算∑=-==
2
/2
//2uN l uN l uN
nl j l
n e
T πτ。

需要))log((uN uN O 个乘法数。

4)、计算∑-∈+∧
=
]
2/,2/[][)(q q r r uc m
r
m T c
x G ,需要))1((M q O +个乘法数。

可以看出,NUFFT-1和NUFFT-2算法十分相似,并且具有相同的计算复杂度。

他们的区别在于:NUFFT-1处理非均匀间隔的输入数据,所以为了使用FFT 技术,需要首先将输入数据插值到均匀间隔上,如NUFFT-1流程第2步所示,NUFFT-2处理均匀间隔输入非均匀间隔输出变换,所以可以首先使用FFT 得到在变换空间的均匀采样数据,然后将他们插值到期望的输出采样间隔上,该插值过程在NUFFT-2中的最后一步完成。

四、NUFFT 的优点:NUFFT是一种时频非均匀采样的变换的快速算法,把数据直
接进行NUFFT变换,而不像传统方法需要先对数据进行插值才能用来成像,因此可以减少差值带来的误差以及所需花费的额外操作。

相关主题