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푸리에 변환, 신호

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04-2. 복소 지수, 자연 상수 e 앞에서 복소평면에서 반지름이 1인 원을 그리는 함수가 $C(x) = \cos x + i\sin x$ 임을 알아봤다. 이것이 $e^{i \theta}$와 같다는 것을 보이는 것이 최종 목표이고, 증명 방법은 사인과 코사인 함수로 표현된 $C(x)$를 일반 다항식으로 바꾸고 이것이 $e^{ix}$와 같다는 것을 보일 것이다. $C(x)$를 다항식으로 전개하기 전에, 먼저 오일러 수(Euler's Number) $e^{i \theta}$에 대해 알아보자. 오일러 수 (Euler's Number) $e$는 오일러 수(Euler's Number)이고, $e=2.718...$ 정도의 값을 가지는 무리수이고, $e^x$를 미분하면 그대로 $e^x$가 되는 특성을 가지고 있는 수이다. $$ (e^x)' = e^x$$ ..
04-1. 복소 평면, 복소평면에서의 원 복소평면에서의 원 복소평면에서의 원에 대한 미분을 알아볼 것이다. 뜬금없을 수도 있으나, 이 글의 끝까지 가보면 왜 이것에 대해 알아보는지 이유를 알 수 있을 것이다. 이를 위해서 우리는, 복소평면이 무엇인지도 알아야겠고, 원이 어떻게 표현되는지도 알아야한다. 복소평면 복소평면은 실수와 허수를 모두 표현하기 위한 평면 공간이다. (복소평면을 '가우스 평면'이라고 한다.) 허수는 제곱했을 때 $-1$이 되는 수 $i$를 포함한 수이다. ($2i, 3i$ 등) $$ i^2 = -1$$ $$ i = \sqrt {-1}$$ 허수 $i$가 도입된 것은 $x^2 = -1$을 만족하는 수를 표현하기 위함이었다. 수학에서는 $i$라고 표현하고, 전기/전자 공학 쪽에서는 $j$라는 표기를 사용한다. 전류를 나타내는 $i..
04. 푸리에 급수의 복소지수 표현 푸리에 급수의 사인 함수 표현, 복소 지수 표현은 아래와 같다. [푸리에 급수의 사인함수 표현] $y(t) = a_0 + \sum _{n=1}^{\infty}{a_n \cos n\omega t + b_n \sin n\omega t}$ $a_0 = \frac {1}{T} \int _{0}^{T}{y(t) dt}$ $a_n = \frac {2}{T} \int _{0}^{T}{y(t) \cos n\omega t dt} $ $b_n = \frac {2}{T} \int _{0}^{T}{y(t) \sin n\omega t dt} $ [푸리에 급수의 복소지수 표현] $y(t) = \sum _{n=-\infty}^{\infty}{C_n e^{in\omega t}}$ $C_n = \frac {1}{T} \int _{0}..
03. 푸리에 계수 앞 장에서 복잡한 신호를 여러 사인파의 합으로 나타내는 푸리에 급수를 알아봤다. $ y(t) = a_0 + \sum _{n=1}^{\infty}{a_n \cos 2\pi nft + b_n \sin 2\pi nft} $ [식 1] $ y(t) = a_0 + \sum _{n=1}^{\infty}{a_n \cos n\omega t + b_n \sin n \omega t}$ [식 2] $ y(t) = a_0 + \sum _{n=1}^{\infty}{a_n \cos \frac {2\pi n}{T}t + b_n \sin \frac {2\pi n}{T}t} $ [식 3] 여기서 [식 2]를 주로 사용하겠다. 단위 시간에 얼마나 각이 빨리 변하는 지를 나타내는 각속도를 이용한 표현이다. $\omega$는 각속도를 의미..
02-2. 푸리에 급수: 사인파의 합을 통해 복잡한 파형 만들기 앞장에서 "모든 신호는 단순한 신호의 조합으로 나타낼 수 있고, 이 단순한 신호는 사인파로 나타낼 수 있다"라고 했고, 사인파를 나타내는 방법을 알아봤다. 이제 실제로 사인파들을 합쳐서 복잡한 신호를 만들어 보자. 사인파는 사인 함수 혹은 코사인 함수로 나타낼 수 있고, 진폭($A$), 주파수($f$), 위상($\phi$)에 따라서 파형이 달라지는 것을 알아봤다. 이제 이 3가지 값을 달리하면서 사인파를 만들어내고, 만들어진 사인파들을 합쳐 보면서 어떤 규칙이 있는지 알아볼 것이다. 진폭이 다른 사인파의 합 먼저 주파수와 위상은 고정하고 진폭을 다르게 한 파형들을 합쳐보자. 고정하는 값 주파수($f$) = 5 위상($\phi$)=0 변화하는 값 진폭($A$): 1, 2, 3, 4 진폭이 1, 2, 3, ..
02-1. 푸리에 급수: 사인파의 표현 방법(사인함수, 각속도, 라디안) 앞 챕터에서 주기적인 신호를 표현하기 위한 가장 단순한 함수로 '사인 함수'를 후보로 해서 알아봤다. 사실 지금까지의 신호 이론은 '모든 신호는 단순한 신호의 조합으로 나타낼 수 있고, 이 단순한 신호는 사인파로 나타낼 수 있다'에서 출발한다. 그리고 실제로 모든 신호를 이러한 이론적 근거로 해서, 단순한 신호의 조합으로 나타낼 수 있다. 여기서 사인파는 사인 함수인 sine 혹은 cosine으로 나타낼 수 있는 파형으로, 정현파(正弦波)라 하고 영어로는 Sinusolidal Signal이라고 한다. 정현파라는 것은 '활'의 모양을 빗대어 부른 말로 사인파(sine wave)가 이에 해당한다. 코사인 함수로 이루어진 파형을 '여현파'라고도 하는데, 어차피 사인파를 평행이동 시키면 코사인파가 되기에, 구분..
02. 푸리에 급수 : 주기신호, 삼각 함수(사인, 코사인 그래프) 푸리에 변환을 바로 설명하기 전에 푸리에 급수부터 파악해볼 것이다. 푸리에 변환은 주기적인 신호이건 아니건, 모든 신호에 대해 적용할 수 있는 변환 방법이다. 반면에 푸리에 급수는 주기적인 신호에만 적용될 수 있는 방법이다. 주기적인 신호가 어떻게 푸리에 급수로 표현될 수 있는 지 보고, 이를 확장해서 푸리에 변환을 알아볼 것이다. 알아보기 순서: 푸리에 급수(주기) --> 푸리에 변환(비주기로 확장) 주기적인 신호 주기적인 신호는 일정한 시간 간격으로 똑같은 값을 가지는 신호이다. 아래는 1초마다 값을 읽은 신호이다. 신호의 값이 보이는 패턴을 보면, 5초마다 같은 패턴을 보인다. 즉, 5초마다 같은 값을 가지고 있고, 이러한 것을 주기적인 신호라 한다. $$ f(t) = f(t + 5) $$ 1초마다..
01. 푸리에 변환이란 통신 이론, 디지털 신호, 음성처리 , 영상처리 등에서 항상 나오는 이론이 푸리에 변환이고, 가장 어려워하는 것이고, 내용을 이해하려고 많은 노력을 기울이면서도 정작 잘 파악이 안 되고, 다 알았다고 생각했는데 사실은 아니고 하는 게 푸리에 변환이다. 필자도 푸리에 변환에 대해서 여러 해 동안 이리 보고 저리보고, 프로그램도 짜 보고 응용 거리를 생각도 해보고 하고 있는데, 들여다보면 볼수록 새로운 것이 보이고, 항상 뭔가를 새롭게 떠올리게 하는 것을 보면, 참으로 대단한 이론이라는 생각을 안 할 수 없다. 푸리에 변환에 대해서는 대학교에서 '통신 이론', '디지털 신호처리' 등의 이름으로 강좌가 개설되어 설명하고 있고, 수많은 책과 블로그, 유튜브에서 내용을 설명하고 있다. 그 와중에 또다시 비슷한 내..