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  • 1 # 塵埃裡的寂寞煙火

    卷積其實就是為衝擊函式誕生的。“衝擊函式”是狄拉克為了解決一些瞬間作用的物理現象而提出的符號。古人曰:“說一堆大道理不如舉一個好例子”,衝量這一物理現象很能說明“衝擊函式”。在t時間內對一物體作用F的力,倘若作用時間t很小,作用力F很大,但讓Ft的乘積不變,即衝量不變。於是在用t做橫座標、F做縱座標的座標系中,就如同一個面積不變的長方形,底邊被擠的窄窄的,高度被擠的高高的,在數學中它可以被擠到無限高,但即使它無限瘦、無限高、但它仍然保持面積不變(它沒有被擠沒!),為了證實它的存在,可以對它進行積分,積分就是求面積嘛!於是“卷積”這個數學怪物就這樣誕生了。

    卷積是“訊號與系統”中論述系統對輸入訊號的響應而提出的。

    2 意義

    訊號處理是將一個訊號空間對映到另外一個訊號空間,通常就是時域到頻域,(還有z域,s域),訊號的能量就是函式的範數(訊號與函式等同的概念),大家都知道有個Paserval定理就是說對映前後範數不變,在數學中就叫保範對映,實際上訊號處理中的變換基本都是保範對映,只要Paserval定理成立就是保範對映(就是能量不變的對映)。

    訊號處理中如何出現卷積的。假設B是一個系統,其t時刻的輸入為x(t),輸出為y(t),系統的響應函式為h(t),按理說,輸出與輸入的關係應該為

    Y(t)=h(t)x(t),

    然而,實際的情況是,系統的輸出不僅與系統在t時刻的響應有關,還與它在t時刻之前的響應有關,不過系統有個衰減過程,所以t1(<t)時刻的輸入對輸出的影響通常可以表示為x(t)h(t-t1),這個過程可能是離散的,也可能是連續的,所以t時刻的輸出應該為t時刻之前系統響應函式在各個時刻響應的疊加,這就是卷積,用數學公式表示就是

    y(s)=∫x(t)h(s-t)dt,

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