4.5. Ejercicios Ejercicios 15

Transcripción

1 .5. Ejercicios Ejercicios Ejercicio 1. Determine los coeficientes de la SDF de las siguientes sucesiones periódicas utilizando la definición, y verifique usando MATLAB. Observación: en cada caso, se indica sólo un período de la sucesión periódica. 1. x 1 = {,,, }, N =.. x = {,, 1,, }, N = x 3 = {3, 3, 3, 3}, N =.. x = {1, j, j, 1}, N =. Ejercicio. Determine las sucesiones a partir de los siguientes coeficientes de (un período de) la SDF usando la definición. Verifique usando MATLAB. 1. X 1 [k] = {5, j, 3, j}, N =.. X [k] = {, 5, 3, 5}, N =. 3. X 3 [k] = {, j, j, j}, N =.. X [k] = {,,, }, N =. Ejercicio 3. Para las sucesiones que se muestran en la figura, especifique si el origen de coordenadas puede elegirse de modo que 1. X[k] sea real;. X[k] sea imaginaria (salvo para los k que sean múltiplos de N); 3. Para cuáles sucesiones se verifica que X[k] =, k = ±, ±, ±6,...? Ejercicio. Sea x 1 una sucesión periódica, con período N = 5, donde un período está dado por { ne x 1 =,3n, n 5,, 6 n 9, Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

2 16. Series y Transformadas de Fourier y sea x periódica con período N = 1, uno de cuyos períodos es x = { ne,3n, n 5,, 6 n 99. Las dos sucesiones difieren en su periodicidad, pero tienen la mismas muestras no nulas. 1. Encuentre la SDF X 1 [k] de x 1, y grafique las muestras del módulo y la fase en función de k usando el comando stem.. Encuentre la SDF X [k] de x, y grafique las muestras del módulo y la fase en función de k. 3. Cuál es la diferencia entre ambos gráficos de las SDF? I Ejercicio 5. A partir de la sucesión x 1 del Ejercicio, considere la sucesión x 3 de período N = 1, cuyo período se obtiene concatenando dos períodos de x 1 x 3 = [ x 1, x 1 ]. Evidentemente, esta sucesión es diferente de la sucesión x del Ejercicio, aunque ambas tienen período N = Calcule los coeficientes de (un período de) la SDF X 3 [k] de x 3, y grafique el módulo y la fase en función de k.. Cuáles son los efectos de duplicar la periodicidad en los coeficientes de la SDF? 3. Extienda los resultados anteriores para el caso en que el período se multiplica por M. En particular, muestre que si [ ] x M = x 1,..., x 1 }{{} entonces M veces X M [Mk] = { M X 1 [k], k =, 1,... N 1,, Mk =, M,... M N. M Ejercicio 6. Grafique el módulo de la Transformada de Fourier X ( e jω) de las sucesiones discretas que se listan a continuación usando la TDF como herramienta de cálculo (es decir, calculando X[k]). Elija apropiadamente la longitud N de la transformada de modo que sus gráficos tengan sentido. 1. x 1 = cos (,πn) (u u[n 1]).. x = sen (,5πn) sen (,55πn). 3. x 3 = 3 ( n ), 1 n 1.. x = (,5) n, 1 n 1. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

3 .5. Ejercicios x 5 = (/5) n u. C Ejercicio 7. Se ha visto en la teoría que existe una relación directa entre X ( e jω) y X[k], donde X[k] son las muestras de X ( e jω) tomadas en las frecuencias ω k = (π/n)k, k N 1. El propósito de este problema es mostrar que se puede conocer el valor de X ( e jω ) para cualquier valor de frecuencia ω en base al conocimiento de las N muestras X[k]; esto es, se puede obtener una fórmula de interpolación. El siguiente procedimiento permite obtener tal ecuación. 1. Si X[k] es la SDF de x, exprese la transformada de Fourier X ( e jω) de x como un tren de impulsos.. Observe que x = xw, donde w es una función apropiada de longitud finita (una ventana ). Calcule w. 3. De acuerdo al inciso anterior, X ( e jω) puede expresarse como la convolución (periódica) de X ( e jω) y W ( e jω). Evaluando en detalle el procedimiento descrito, muestre que X ( e jω) puede calcularse como ( X e jω) = 1 N X[k] sen[ N ( ω π N k) ] N 1 k sen[ 1 ( ω π N k) ] e j (ω π k) N. Calcule explícitamente los límites de la sumatoria. Ejercicio 8. Sea x una sucesión de longitud N, tal que x = si n < o n > N 1, y que por lo menos tiene una muestra no nula. Es posible que para tal sucesión X ( e jω k) =, donde ω k = π M k, k M 1? Si la respuesta es afirmativa, construya un ejemplo. En caso contrario, explique su razonamiento. Analice los casos en que: 1. M N,. M < N. Ejercicio 9. Sea X[k] la TDF de N puntos de la sucesión x de N puntos de longitud. 1. Muestre que si x = x[n 1 n], entonces X[] =. Considere por separado los casos en que N es par o impar.. Muestre que si N es par y x = x[n 1 n], entonces X[N/] =. Ejercicio 1. Se sabe que x es una sucesión de longitud N = 6, y que su TDF X[k] es X[k] = {1, 7, 3,, 3, 7}, para k < 6. Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? Justifique su respuesta. 1. La sucesión x es real.. La sucesión x es imaginaria pura. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

4 18. Series y Transformadas de Fourier 3. La sucesión x es compleja.. La información dada es insuficiente para obtener una conclusión. Ejercicio 11. Las sucesiones complejas de longitud finta N pueden descomponerse en sucesiones de N puntos conjugadas simétricas y antisimétricas a partir de las siguientes relaciones respectivamente. x ep = 1 (x + x [(( n)) N ]), n N 1, x op = 1 (x x [(( n)) N ]), n N 1, 1. Verifique analíticamente las siguientes propiedades: Re {x} j Im {x} x ep x op TDF TDF TDF X ep [k], X op [k], Re {X[k]} = Re {X[(( k)) N ]} TDF j Im {X[k]} = j Im {X[(( k)) N ]}. Construya una función en MATLAB que, a partir de la sucesión x calcule las sucesiones conjugadas simétricas y antisimétricas x ep y x op, respectivamente. 3. Verifique las propiedades de simetría enunciadas arriba utilizando la sucesión x = (,9e j π 3 n )(u u[n ]).. Utilice las propiedades enunciadas arriba para computar simultáneamente la TDF de dos sucesiones reales x 1 y x, ambas de longitud N, formando la sucesión compleja x = x 1 + jx, recuperando X 1 [k] y X [k] a partir de X[k]. Compruebe sus resultados para las siguientes dos sucesiones: x 1 = cos (,5πn), x = sen (,75πn), n 63. Ayuda: Aunque la operación módulo, indicada aquí como ((n)) N se puede implementar con el comando rem(n,n), no resulta útil si n <. Por ello se sugiere implementar la función mod, tal como se detalla a continuación: function m = mod(n,n) % Esta función calcula ((n))n, aun para n<. % m = rem(n,n); m = m+n; m = rem(m,n); Ejercicio 1. El en Capítulo se estudió cómo calcular la transformada de Fourier inversa a partir de la transformada directa. Algunas relaciones similares pueden aplicarse para calcular la TDF inversa a partir de la TDF. En los gráficos de la figura, el bloque indicado TDF calcula la transformada de Fourier de la sucesión x = x r + jx i, dando como resultado X[k] = X r [k] + jx i [k]. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

5 .5. Ejercicios Demuestre que la sucesión x se puede calcular a partir de X[k] aplicando los siguientes pasos, como se sugiere en la Fig. (a) : Conjugar X[k]. Calcular la TDF directa de X [k]. Conjugar el resultado de la TDF directa. En definitiva, x = 1 N F{X [k]}.. Otra forma de calcular la transformada inversa también hace uso de la propiedad de conjugación, como se muestra en la Fig. (b) Intercambiar las partes real e imaginaria de X[k], definiendo un vector v = Im{X[k]} k=n + j Re{X[k]} k=n. Calcular V[k], la TDF directa de v. Intercambiar la parte real e imaginaria de V[k]. En síntesis, x = 1 N Im {F{Im{X[k]}+j Re{X[k]}}}+ j Re {F{Im{X[k]}+j Re{X[k]}}}. N 3. Una tercera manera hace uso de rotaciones. Defina v = X[k] k=(( n))n. Calcule V[k], la TDF de v. Verifique que x = (1/N) V[k] k=n. Ejercicio 13. Si X[k] es la TDF de puntos de la sucesión de longitud finita x que se muestra en la figura, grafique la secuencia y cuya TDF es Y[k] es Y[k] = W 3k X[k]. Ejercicio 1. Determine la relación entre X 1 [k] y X [k], las TDF de dos sucesiones x 1 y x de longitud finita (N = 8 muestras) que se muestran en la figura. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

6 . Series y Transformadas de Fourier Ejercicio 15. Sea X[k] es la TDF de 6 puntos de la sucesión x real y de longitud finita que se muestra en la figura. 1. Grafique la secuencia de longitud finita y cuya TDF de 6 puntos es Y[k] = W k 6 X[k].. Grafique la secuencia de longitud finita w cuya TDF de 6 puntos es W[k] = Re {X[k]}. 3. Grafique la secuencia de longitud finita q cuya TDF de 3 puntos es Q[k] = X[k], k =, 1,. Ejercicio 16. Una sucesión x de duración finita N = 8 tiene la TDF X[k] que se muestra en la Fig. I. Una sucesión nueva, de longitud N = 16 se genera a partir de x como { x[n/], si n es par, y =, en caso contrario. De la Fig. II, elija la TDF de 16 puntos correspondiente a y. Figura I Figura II Ejercicio 17. Sea x una sucesión de longitud finita N que se muestra en la figura (a). Las líneas llenas sugieren la envolvente de los valores de la sucesión entre y N 1. A partir de x se construyen dos sucesiones x 1 y x de longitud finita N, como se indica en las figuras (b) y (c), y expresadas matemáticamente como: x 1 = { x, n N 1,, caso contrario. x, n N 1, x = x[n N], N n N 1,, en caso contrario. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

7 .5. Ejercicios 1 Sea X[k] la TDF de N puntos de x, y X 1 [k] y X [k] las TDF de N puntos de x 1 y x, respectivamente. 1. Determine la forma más simple de obtener X[k] a partir de X 1 [k].. Calcule X [k] a partir de X 1 [k]. 3. Justifique si X [k] se puede obtener a partir de X[k]. Ejercicio 18. Si X[k] es la TDF de N puntos de x (N es par), determine las sucesiones y cuyas TDF de N puntos se listan a continuación, y expréselas en función de x. Y[k] = ( 1) k X[k]. Y[k] = Re {X[k]} = 1 (X[k] + X [k]). { X[k N/], k N/, Y[k] = X[k + N/], k < N/. Ejercicio 19. Para la sucesión temporal x = (1/) n u, 1. Calcule X(e jω ). Muestree X(e jω ) en puntos, y determine X[k] = X(e jω ) ω= π, k =, 1,, 3. k 3. Compute ˆx, la TDF inversa de X[k].. Compare x e ˆx, y justifique el resultado expresando analíticamente ˆx en función de x. Ayuda: para resolver este problema es conveniente repasar los contenidos de la Sección 8., Sampling the Fourier Transform del libro de Oppenheim et al. I Ejercicio. Las sucesiones x e y tienen longitud N. A partir de ellas se genera una tercera sucesión w de largo 3N como se indica a continuación: w = {x[], y[],, x[1], y[1],, x[], y[],,... x[n 1], y[n 1], }. Exprese W[k] en función de X[k] e Y[k]. Ejercicio 1. Considere la sucesión x = A cos ω n + B cos ω 1 n, n N 1, con A = 1, B =,5, ω = (1/N)π, ω 1 = (3/N)π, N = 8. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

8 . Series y Transformadas de Fourier 1. Calcule y grafique X ( e jω).. Calcule y grafique X N [k], la TDF de N puntos de x. 3. Si la transformada de Fourier X ( e jω) de x se muestrea en ω k = (π/q)k, k Q 1, donde Q = N/ =, se obtiene una transformada discreta Z[k], k Q 1. Escriba z en función de x, y calcule explícitamente z para n Q 1.. Se acorta la sucesión x a la mitad, obteniéndose la sucesión w = x, n Q 1. Grafique W ( e jω) y W[k], k Q Es cierto que Z[k] = W[k], n Q 1, donde Z[k] y W[k] son las TDF de los incisos 3 y, respectivamente? Justifique. C Ejercicio. Sean (x, y), n =, 1,..., N 1 las coordenadas cartesianas de los vértices de un polígono simple P de N lados, orientado positivamente, y sea z =x + jy, n =, 1,..., N Verifique que el área del triángulo con vértices, ae jα, be jβ, donde a >, b >, y α < β < π es A T = 1 Im{(bejβ )(ae jα )}.. Demuestre que el polígono P tiene área 3. Muestre que A P = 1 N 1 Im z[n + 1]z = N n= N 1 ( ) π sen N k Z[k]. k= A P = 1 N 1 N 1 ( ) π Im {y[n + 1] y[n 1]}x = in sen n= N k Y[k]X[k]. k= Ejercicio 3. Calcule la convolución circular de N = 6 y N = 1 puntos para las dos sucesiones de la figura, y verifique sus resultados usando Matlab (calculando la antitransformada del producto de las transformadas). Ejercicio. Para las dos sucesiones de puntos x y h, definidas por x = cos(πn/), n =, 1,, 3, h = n, n =, 1,, Calcule X[k], la TDF de puntos de x. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

9 .5. Ejercicios 3. Calcule H[k], la TDF de puntos de h. 3. Calcule y = x h usando la convolución circular y = N 1 x[m]h[((n m)) N ]. m=. Calcule y = x h multiplicando las TDF de x y h y calculando la transformada inversa. Nota: Se sugiere resolver el inciso 3 a mano para comprender el funcionamiento de la convolución circular. Ejercicio 5. Si x = {1, 3, 1, 5} e y = {7, 7, 9, 3}, existe una sucesión w de longitud N = tal que y = x w? C Ejercicio 6. Sea c = (c, c 1,..., c N 1 ), d = (d, d 1,..., d N 1 ) la representación vectorial de dos sucesiones c, d de longitud finita, n =, 1,..., N 1. Se definen las matrices circulantes c c N 1 c N c 1 d d N 1 d N d 1 c 1 c c N 1 c d 1 d d N 1 d C = c c 1 c c 3, D = d d 1 d d c N 1 c N c N 3 c d N 1 d N d N 3 d 1. Muestre cómo relacionar el producto matricial Cx T con la convolución c x, donde x = (x, x 1,..., x N 1 ) es la representación vectorial una sucesión x.. Usando los resultados del inciso anterior, muestre que CD es la matriz circulante correspondiente a c d. 3. Pruebe que C y D conmutan: CD = DC. I Ejercicio 7. En este problema se investiga el resultado del cálculo reiterado de la TDF. 1. Suponga que x es una sucesión de longitud N, y sea y = TDF N {TDF N {x}}. Exprese la sucesión y en función de los elementos de la sucesión x de la forma más sencilla posible.. La sucesión w se obtiene por la aplicación reiterada P veces de la TDF a una sucesión x. Cuál es el mínimo valor de P para el cual w = Ax, donde A es una constante? Cuánto vale A? Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

10 . Series y Transformadas de Fourier I Ejercicio 8. Sean x e y dos sucesiones de longitud finita, tales que x se anula para n < y n >, y para 9 < n < 3, e y se anula para n < 1 y n > 19, tal como se muestra en la figura. Sea w la convolución lineal entre x e y, y g la convolución circular de N = puntos entre x e y w = x y = g = x y = x[k]y[n k], k= N 1 x[k]y[((n k)) N ]. k= 1. Determine los valores de n para los cuales w puede ser no nula.. Especifique los valores de n para los cuales w puede calcularse a partir de g. Ejercicio 9. Considere dos sucesiones x 1 y x definidas como x 1 = { 1, n 99,, en caso contrario. x = { 1, n 9,, en caso contrario. 1. Calcule y grafique la convolución lineal x 1 x.. Calcule y grafique la convolución circular de 1 puntos x 1 x. 3. Calcule y grafique la convolución circular de 11 puntos x 1 x. I Ejercicio 3. Se desea filtrar la sucesión de datos x = u con un filtro con respuesta impulsiva h = δ δ[n ]. Calcule la salida del sistema y = h x por medio de: 1. la definición de suma convolución: y = k h[k]x[n k];. el método overlap-add; 3. el método overlap-save. Para los incisos () y (3), utilice una TDF de orden, y ajuste la longitud de los bloques de la entrada y de la respuesta impulsiva según corresponda. Verifique que se obtiene el mismo resultado en los tres casos. Nota: Aunque en una implementación real las convoluciones de cada etapa se calcularían efectuando la TDF inversa del producto de H[k] con la TDF de cada bloque de entrada, para simplificar el ejercicio es suficiente calcular la convolución (lineal o circular, según el caso) en el dominio tiempo. Las sucesiones se han elegido de manera que las convoluciones puedan efectuarse por inspección. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

11 .5. Ejercicios 5 I Ejercicio 31. Usualmente, el funcionamiento de la técnica de filtrado por bloques overlapsave es más difícil de entender que el método overlap-add. En este ejercicio se exploran algunas alternativas para tratar de facilitar la comprensión. En todos los casos, utilice las mismas señales x y h del Ejercicio 3, y compare sus resultados con los de la convolución lineal x h. 1. Calcule las tres primeras etapas de la convolución por bloques por el método overlapsave sin solapar los bloques de entrada. Explique sus resultados.. Como al aplicar la convolución circular se descartan las primeras P 1 muestras, uno estaría tentado a reemplazar las primeras P 1 muestras de los bloques de entrada (las que se solapan) por valores arbitrarios, por ejemplo muestras nulas. Calcule los tres primeras etapas de la convolución por bloques efectuando el solapamiento de los bloques de las muestras de entrada, pero reemplazando las muestras solapadas por ceros. Justifique sus resultados. I Ejercicio 3. Se desea filtrar un arreglo de datos muy largo con un filtro FIR cuya respuesta impulsiva tiene una longitud P = 5 muestras utilizando la técnica de procesamiento por bloques. Para hacer esto: las secciones de entrada se solapan en V muestras; de la salida de cada sección se extraen M muestras tal que cuando estas muestras son agrupadas, la secuencia resultante es la salida filtrada deseada. La entrada se segmenta en bloques de L = 1 muestras de longitud, y el tamaño de la TDF utilizada para calcular las convoluciones parciales es N = 18 puntos. Suponga además que la secuencia de salida de la convolución circular está indexada de a Determine V.. Determine M. 3. Determine el índice del comienzo y el final de los M puntos extraídos; es decir, determine cuál de los 18 puntos resultantes de la convolución circular son extraídos y anexados con los resultados de la sección previa. I Ejercicio 33. Calcule la convolución por bloques entre las señales x y h del Ejercicio 3 utilizando bloques entrada de tamaño L =, y TDF de tamaño N =. Para cada convolución parcial, determine el número de puntos que se deben descartar (V), y la cantidad de puntos que debe reservarse para sumarlos al resultado del cálculo del próximo bloque. Ejercicio 3. Se desea implementar la convolución lineal de una sucesión de 1 puntos con un FIR cuya respuesta impulsiva tiene una longitud de 1 muestras. La convolución se efectuará usando TDF y TDF inversas de 56 puntos. 1. Cuál es el mínimo número de TDF de 56 puntos, y de TDF inversas de 56 puntos necesarias para implementar la convolución de la secuencia de 1 puntos si se utiliza el método overlap-add? Justifique. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

12 6. Series y Transformadas de Fourier. Cuál es el mínimo número de TDF de 56 puntos, y de TDF inversas de 56 puntos necesarias para implementar la convolución de la secuencia de 1 puntos si se utiliza el método overlap-save? Justifique. 3. Se verá más adelante que, cuando N es potencia de, la TDF o la TDF inversa se puede efectuar con (N/) log N multiplicaciones complejas, y (N/) log N adiciones complejas. Para el mismo filtro usado en (1) y en (), compare el número de operaciones aritméticas (sumas y productos) necesarias para implementar el método overlap-add, overlap-save, y la convolución directa. C Ejercicio 35. En la reseña histórica del Capítulo se incluye la tabla siguiente, que consigna los datos de posición del asteroide Pallas, donde variable θ representa la ascensión en grados, y la variable x la declinación en minutos. θ (grados) x (minutos) Encuentre una función x(θ) continua y periódica que pase por cada uno de los 1 pares de puntos con el menor error posible. Ayuda: exprese x(θ) en series de Fourier, y use la TDF para encontrar los coeficientes de la serie. Nota: Para resolver este problema Gauss ideó un método de cálculo muy eficiente, que sería redescubierto años más tarde como la FFT. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

13 .5. Ejercicios 7 Ejercicio 36. Convolución por bloques Se debe calcular la convolución entre x y h utilizando los métodos de procesamiento por bloques. El largo de la sucesión x es N x, y el de h es P. Las convoluciones se calcularán con el método de la convolución rápida usando TDFs de largo N = Para el método overlap-add: a) Determinar el largo L a de los bloques x i en que debe partirse la sucesión de entrada x. b) Calcular la salida y i que resulta de la convolución de h con cada uno de los bloques x i. c) Indicar para cada bloque las muestras que deben solaparse con las del bloque anterior y el siguiente. d) Sumar apropiadamente las salidas de cada bloque para obtener la salida completa y. e) Comparar la salida calculada con el resultado de la convolución común entre x y h.. Para el método overlap-save: a) Determinar el largo L s de los bloques x i en que debe partirse la sucesión de entrada x. b) Calcular la salida y i que resulta de la convolución de h con cada uno de los bloques x i. c) Indicar para cada bloque las muestras que deben descartarse y el rango de las muestras útiles. d) A partir de la salidas y i de cada bloque indique cómo obtener la salida completa y. e) Comparar la salida calculada con el resultado de la convolución común entre x y h. 3. Una variante del método overlap-add es elegir el largo L de los bloques menor que L a = N (P 1). Explique el funcionamiento del método en este caso, y comente sobre su eficiencia respecto al indicado en el inciso 1.. Para el método overlap-save, también se puede elegir el largo L de los bloques menor que L s, (pero mayor que L a ). Explique en este caso una forma de implementar el método de convolución por bloques indicando las muestras que se deben descartar en cada bloque, el número de muestras útiles, y comente sobre la eficiencia de esta técnica respecto a la del inciso. Observaciones Este es un ejercicio más de la práctica de problemas. La idea es presentar los resultados en una forma legible, pero no necesariamente linda. Lo que se espera es que se indiquen cómo queda conformado cada bloque (de entrada, resultados intermedios, convolución), los índices correspondientes a cada bloque, qué muestras se solapan, guardan o descartan, etc. No es necesario hacer las gráficas (aunque se incluirán en las soluciones entregadas por la cátedra). El informe puede presentarse en forma manuscrita o impresa; la idea es no gastar más tiempo del necesario. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

14 8. Series y Transformadas de Fourier El ejercicio tiene fecha de vencimiento. La presentación en una fecha posterior será penada con una reducción de la nota. Para calcular la convolución circular se puede utilizar la siguiente función function y = ccirc(x,h,n) if nargin <3 N = max([length(x) length(h)]); end y = ifft(fft(x,n).*fft(h.n); Ejemplo Como ejemplo, se muestran el resultado de efectuar la convolución por bloques entre las sucesiones x = {1, 1, 1,,,, 3, 3, 3,,,, 5, 5, 5}, h = {1,, 3, }. En este caso, el largo P de h es, el tamaño N de la TDF es 8, y el largo de los bloques de x se ajusta según el método de cálculo. 1. Método overlap-add: En este caso la sucesión de entrada se parte en bloque de largo L a = N (P 1) = 5, y por lo tanto el cálculo demanda tres etapas. a) Etapa 1: x 1 = {1, 1, 1,, }, n, y 1 = h x 1 = {1, 3, 6, 11, 13, 1, 1, 8}, n 7, De la salida parcial y 1 las P 1 = 3 últimas muestras ({1, 1, 8}) deberán sumarse a las P 1 = 3 primeras muestras de la segunda salida parcial. Sin embargo, las primeras L = 5 muestras son correctas, y pueden escribirse en el buffer de salida: b) Etapa : y = {1, 3, 6, 11, 13}, n. x = {, 3, 3, 3, }, 5 n 9, y = h x 1 = {, 7, 15, 6, 31, 9,, 16}, 5 n 1, A las P 1 = 3 primeras muestras de la salida parcial y deben sumarse las últimas P 1 = 3 muestras de la salida parcial anterior, de modo que en el buffer de salida puede escribirse el segundo bloque formado por las muestras y = { + 1, 7 + 1, , 6, 31}, = {16, 1, 3, 6, 31}. 5 n 9 Las últimas P 1 = 3 muestras ({{9,, 16}, correspondientes a n = 1, 11, 1) se deben sumar a las primeras tres muestras de la salida parcial siguiente. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

15 .5. Ejercicios 9 x n h n y n x Overlap-add: Etapa n h n y n x 3 Overlap-add: Etapa n h n y n Overlap-add: Etapa 3. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

16 3. Series y Transformadas de Fourier c) Etapa 3: x 1 = {,, 5, 5, 5}, 1 n 1, y 1 = h x 1 = {, 1, 5, 3, 6, 5, 35, }, 1 n 17, Para calcular el último bloque de salida se deben sumar las últimas 3 muestras del bloque y a las primeras 3 muestras de y 3. Entonces y = { + 9, 1 +, , 3, 6, 5, 35, }, 1 n 17, = {33, 36, 1, 3, 6, 5, 35, } d) Finalmente, recolectando todos los resultados, se encuentra que y = {1, 3, 6, 11, 13, 16, 1, 3, 6, 31, 33, 36, 1, 3, 6, 5, 35, }, n 17. }{{}}{{}}{{} 1 er etapa 3 ra etapa da etapa En la figura se representa la sucesión de entras x, la respuesta impulsiva h, y la salida que resulta de hacer la convolución (lineal) entre x y h, y la salida y que resulta del cálculo usando el método overlap-add. x n h n x*h n y n Overlap-add: comparación de resultados.. Método overlap-save: En este método, donde el largo de la respuesta impulsiva es P =, y el largo de la TDF que se utiliza para calcular la convolución circular es N = 8, la entrada se parte en bloques de largo L s = N = 8. De acuerdo con estos valores, se deben descartar las primeras P 1 = 3 muestras de cada convolución circular, y para evitar perder las primeras 3 muestras de la convolución, se agregan 3 ceros al principio de la sucesión x, en los índices { 3, 1}. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

17 .5. Ejercicios 31 x n h n y n x Overlap-save: Etapa n h n y n Overlap-save: Etapa. a) Etapa 1: El primer bloque de la sucesión de entrada es x 1 = {,,, 1, 1, 1,, }, 3 n, donde se resaltaron las muestras nulas agregadas al comienzo de x. La sucesión h se debe completar con ceros, de manera de llevar su longitud total a N = 8 muestas: h = {1,, 3,,,,, }. El resultado de la convolución circular de x con h es x 1 h = {1, 1, 8, 1, 3, 6, 11, 13}, 3 n. Las primeras P 1 = 3 muestras deben descartarse, de modo que el primer bloque de la salida está formado por le conjunto de 5 muestras dado por y 1 = {1, 3, 6, 11, 13}, n. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

18 3. Series y Transformadas de Fourier como se muestra en la figura. Las muestras que se deben descartar se indican con línea de trazos, y cruces en los índices respectivos. b) Etapa : En esta etapa, el segundo bloque de la sucesión de entrada se elige de modo que se solape con las P 1 = 3 últimas muestras del bloque anterior, de modo que x = {1,,,, 3, 3, 3, }, n 9. En negrita se indican las muestras que se guardaron de x 1. El resultado de la convolución circular entre x y h es x h = {3, 8, 5, 16, 1, 3, 6, 31}, n 9 y como se deben descartar las primeras P 1 muestras (destacadas en negrita), el segundo bloque de salida resulta c) Etapa 3: El bloque de entrada de esta etapa es y = {16, 1, 3, 6, 31}, 5 n 9. x 3 = {3, 3,,,, 5, 5, 5}, 7 n 1, que repite en los P 1 = 3 primeros lugares las últimas P 1 = 3 muestras almacenadas del bloque de entrada anterior. La convolución circular entre x 3 y h es x 3 h = {8,, 39, 33, 36, 1, 3, 6}, 7 n 1, donde se han resaltado las P 1 muestras que se deben descartar. Por lo tanto, el tercer bloque de salida es como se representa en la figura. y 3 = {33, 36, 1, 3, 6}, 1 n 1, d) Etapa : Finalmente, el bloque de entrada de esta última etapa es x = {5, 5, 5,,,,, }, 1 n 19. Este bloque está formado por las últimas tres muestras del bloque de entrada anterior, y cinco muestras nulas que resultan de efectuar un padding de ceros para ajustar al largo de la TDF. El resultado de la convolución circular entre x y h es x h = {5, 15, 3, 5, 35,,, }, 1 n 19. Nuevamente, las tres primeras muestras (resaltadas en negrita) deben descartarse, y por lo tanto el último bloque de salida es y = {5, 35,,, }, 15 n 19. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

19 .5. Ejercicios 33 x n h n y n x Overlap-save: Etapa n h n y n Overlap-save: Etapa. e) Reuniendo los resultados anteriores, se encuentra que la salida completa está dada por y = {1, 3, 6, 11, 13, 16, 1, 3, 6, 31, 33, 36, 1, 3, 6, 5, 35,,, }, }{{}}{{}}{{}}{{} 1 er etapa 3 ra etapa ta etapa da etapa n 19. Obviando las muestras nulas que aparecen en la última etapa del método overlap-save a consecuencia del padding de ceros en el último bloque de muestras de la entrada, se comprueba que la y calculada coincide con la convolución lineal entre x y h. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1

20 3. Series y Transformadas de Fourier x n h n x*h n y n Overlap-save: comparación de resultados. Procesamiento Digital de Señales U.N.S. 1