訊號與系統

摺積(convolution)

摺積是計算 LTI 系統輸出的運算:它把輸入訊號與系統的脈衝響應混合起來。機械化地說,你把其中一個訊號反轉,沿著另一個滑動,在每個位置把重疊處相乘再相加。直覺是:輸入的每個瞬間都射出一份縮放且延遲的脈衝響應複本,而摺積把所有這些重疊的回聲加總,得到總輸出。它寫成 y = x * h(星號是摺積,不是乘法)。

一旦你學會用摺積看世界,把雜亂的圖表平滑化、把照片模糊化、為音訊加上殘響,其實都是同一個運算,只是換了不同的脈衝響應。整個學科最有用的一個事實是:時域裡的摺積,到了頻域就變成單純的乘法。這正是我們經常跳進傅立葉或拉普拉斯世界的原因——一個煩人的「滑動加總」積分,一下子塌縮成 Y(f) = X(f)·H(f)。

y(t) = ∫ x(τ)·h(t − τ) dτ

摺積具有交換律——x * h 等於 h * x——所以你把 x 叫做「訊號」、h 叫做「系統」,或反過來,都無所謂。計算長摺積的快速方法是透過 FFT,正是利用了頻域裡的那個乘法。

又稱
卷積convolution integral