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DSP Unit 1 Notes

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1. Basic operations on signals(2).

2. LTI systems(4)
-> Convolution sum
-> Convolution sum using Toeplitz matrix.
-> De-convolution.

3. Z-Transform(9)
-> Properties of ROC.

4. Fourier-transform(13)

5. DFT(15)
-> Lemma(16)

6. Inverse DFT(17)

7. Periodicity and symmetry properties(19)

8. Solving DFT using matrices(23)

9. IDFT using DFT(26(

10. DFT of non-causal sequence. 29

11. Properties of DFT


1.Conjugate symmetry
2.Linearity

12. Concept of circular shift. 37


3.Circular time shift
4.Circular freq shift
5.DFT of complex conjugate sequence
6.Circular convolution in time

13. Multiplication in time. 57

14. Parseval's theorem

15. Linear filtering.


Funlamal q dipolo ad dytme
dwikion,
cla KcaPm a

Analog o d top
Detannishe and m dom
c
Puo dc a
m peuDe
Enusgy ad P0ns

erahbn m a
aait
a) Aneihds Jca
Jalng
okisahmo
( =
A aCh)
ARAihm Vaadl

uthp
thpkahm
yC-, (4).2
Opisahnom ndopd Vaias

a) me Ja
,(n) (n)
(2n)
) 7())

6) s h h
,Co)- 7n)
o ) - 2 (n-2)
43n)= (n+2)

lg
Cn)- (-n)

hme nal
A dsut

rpreat
as ato)- 2, 3,5, S
Sheleh

6) 7(n+2) )a(-n)
(n-2)
)z(-n+2) )x-n-2)
Dwpehw
a) Lneai
Ime (nVau amu

e) ta:lh

LI
Conv dhm um
and Cn) be
n)
durahm duPeM.
nt
Cmvdhm Cu
x) Ktn)
TK
hven*
* kto)
)= X (n)

( e ) Kn-1)
x lin)- ), 2,3, 4 a
Ktn)- 6,3,
n) xn)* Kn).

ln)= 10) Kn-


) Kn) a
n)b alao Canaal

b
116
1012
3II 29
20 2 4 2 P 3 2

n S li, 34, 6o, 1, 2,32


Lytl
Cpnvduhn ha10ept Mahiy

ylo)
(o) Alo)
y) a(o) K(0) + 7) Alo)
) X (o) k(1) + ( ) K1) 4 7}hlo)

Solution to convolution sum is nothing but solution to a system


of linear equations,

)-0))
A1)
) 10) 7) o
a)

x L4x)
2 0 16
3 2 0 6
3
32
0 3 2 & 6J
y3
S2
32

Ax
2
AeaR omvoh

) -2,-1, D, 1,2
Atn)-3,-3, 1,0
hp1,3,4,-2,-P,-,-,

(6
De Lmvetuhm

Ax
A 6a n n a

tohid X.

A not pa
Huu e

A'AxA
x = A AA

(
Class 5
t s ausfoam

X(2) (n) 2

4 Vale i
aumahm C6m ve r
feo (allod KOC.

22,1
x(2) _ ()2
2

2 2+ 227 z
Roc lzl 70

7(n)(n) 1, 2
2+ 22+ 2
X(2) 2
ROC

7n)- 2
2
It 22
x(2) - 2 2t
Roc o<]2) < o
4) (n) = a"un)
X(2)=000 a
a
- 0

- az 2-0
RoC az' l<i
1zl>1

r n) = -6 u(-n-
x (2) = 6 z ()

Z- b

Roc 2 <l Izl<1


6
(n)-a"un)- "u-n-1
Y
X(2) aa tn 'u(-n-)2
Z
Z
2- a 2
ROC )>/z]zla)
eroh Roc ()
Roc Cnlan Qny Pdoo
Canno

2 ( n ) u h n l and Comaap Roc


2Plae nCapt 2-0

3 2 (n) hwe a d anb onsa/


RoC 2 pla he nCap z Do

4 (n) dousl didad hfhwto


RoC enh 2 plan
20
a Cept
L
S (n) Connsal nn
Roc 217 mex
ampeot ma nde Pruo
anhlawaa)
T hh &
(n)
OC 2 < han
mafmuele Pru
Lhen Shral los
n

and hhn.a
wo Crd4
7 kur
c <12 <
Ke Ro
nd ONne
mgmbnds p
s l LTI Aa
LoC 2
Mnt Crcl n plane
C ens
OnvrLe

x2)3-42
t e llo o
ocs

)1-l )12) <), lele1


xl2
2-4 24) a (2-4)2-D
A
2-s 2-

A au le
X(2)=
-2
2-3 2

a) Purb Casa

z (n) (L)'utn) +4ut)


6)fuuy ahtasad
0)
() ()"u-n-1) -u(-n-
)"u)
2 u ) -u(-n-i)
(ran sm O
N

xC2) = X) z

duTahon (os e l

l2) t)
0

x(2/ma X9
) x)-x
bunr rs (DTFT)
lapu m nut Crcl
dumuste
xis x o ) M aboduli l,

doain p
fT
Xo) det puthn
X() ConAmu wath
avdeFT
(o)=
2
xu)"J
Nesd DAT
Dhrnnu t mvhm
Co)= %,) =

1,C)- )*2)
X).X)
C)= t)

etle= I+ 2f
X,()-(+ 2Cd t 4Lo+ {uo
3 t 4 tu+ 2($2
3t2 (epi+(e 2)
2
T 2 3+2 etD
C 2 , 31,13
DfT
-)
FT eauqtion
X)- o)
0
n) t du rahm
YOm 0SngM-J.

-X) pu.
N ePnal (peLood
San
Apuy urval 2 No. of samples in freq domain is
chosen to be same as that of time
domain for convenience purpose.
It is not a hard and fast rule.
2K
et

X x(- Co)

Xt)-DFT ))}-)t)D
a nplex a t

-Tidd t.
Class-6
PtAodic Lnt peeiv
2
N

2
e

imp
mm
NL
-o
N N f)- N
K #0

N
a aM

KN
Kn

- N -
0

2
Vre DET
N-
n) EDfr {x(1)= I x(x)
N

Osn sN1
PlADduhy X) and no)
Periodic function becomes non-periodic when
transformed to other domain. Vice-versa also
holds good.
n
XCx) Co) Henve x(n) and X(k) are
implicitly periodic(only due to
the definitions of DFT and IDFT).

XN)= _ o)
L,M-t)n
N

21)4 n

(x)
-Xn
1o) = N x)

(ntN)= x (x)u ty

Lxu)u,
N N
X m)
Jnlz)

Re(2)

Com p pn Poi DfT


o)= 2, 1,43
Purely causal sequence

x (x)=
X(o)= o) = lt 243t = lo

X)-) N-z)+7t)u;
4
0
t(1)u

3 =2 t2
4
X) =
1) 2
2
(o)+0) 4y 2
2

fcuod ulg
nt
N N

-" n
N

Jym fu N
kn+N -

N
n
L .

N 4 |
o
6)

2 3 -2

3
Xl3) 1) (o)4 X(G),
+2) +7(a)

t23-

X() = l0,-2t 2,-2,-2-2

Class-7

Ke
2) p r pin DFT 9
Leninte ) = ib 2,54}
Unless specified, we assume that length of sequence in time domain is same as that of in
frequency domain. Hence "compute N point DFT" is same as "Compute DFT".
Unless mentioned, we also assume causal sequence.

Comp N
(n)= a n
Pol DfT 9
OSns NJ
N

lu) xC
e0 N
N /-

) (a,
0
N
- a
-a

I-a
DfT he
2)Comr- f Dr
Osn s N-)
Leppem (n) = N
N
SA x(K) 1)
n
-
= 0
x(o) = 1 N

S N
X) 0
NN &(
DFT 9
3 C p e n vrru
nmte
Sdn N
-K
2 (n) XA)
Keo 0Sng NI
-n

lo)= L2+1j)t (0)) =1

()= 0 10-1,0,0o, 13
(3)
Class-8

ds
Mahi Klshm
A Conpui DFT

Compal 4 DT to me
1o)- 2,),0
x()x(x) N

7)
N0 0), N
3
Kn
X () 10)
0
3
X(o)=z(o) =z(0) +10)+7);1(3)

3 0
X0) T) W= (0)u0104 2
n0 +16)t70)
3 2
Co)+ 1Ci)u)
+) X()
x()- 23) 1(0)+ 7)
+7a) + (a)L
Co
S0)
7G)|
, e

ndi
0 om puio di ah
1
P
ntN
= A
0
P
kntN
N
S

x (o)1
2
x 0)
-I
X()
x3)
x)-,,°, j2
2 hd4fis DET 4 a dyn
n). 2 , 3,1
N
Xx ()
10)1 -t,), N
3

X )
0 0

x 2
X0) 2-
x() 28
Ax( -2- -2+J
It helps to compute IDFT
using DFT code itself
DFT hain DE
which saves memory
N
n) N
X(),
N
K0 N-
n 0

(n) N x) N

L xC
N

DET
N

xo)DF
N
[x'o{
DFTX
EDPT CDPT P
x (K) 4,-2, °dS
a duw Yahn LDfT
)aYDFT
Jd
a1) N

x() -Xn

-Xn
X()
0 , l, ,3
A0)t X0) +x) , x(i) +x[)}
- K

x()
Xo)+x), +X®)u +xjg
2
2
70)- XC1)
2

X ) K)4 +MOJ4 Xu)


3

1) xt)
x)+x)u+X)+ x()U"
0
Cx) ,02,0,'
DETXC 02
-

t TD£ [x( DETIx


2,,3

DfT 7-2-d'
&ahn D f 7
De
tuaiy DT
Class-9

Dp
DfT a Ne)- Cowaal
Dehrm 4Poind DfT 4 e

Acn)- 23,4
ai nplut peadtyPt

ACo) 3,9,'}
H() Acn)
4 osKs3
0

H) I||2
H1)
H2) 4
-

PHCS)
DsP
DFT a o-Caao Jepn ene

eDf T te
Dekrmie
- 2 Sng 2
Ato) 0 otki
and pKane porae,
Plot
Plot a Mapni

Sel
An)
, ,9, , 2k
HC)S,120 2 -0.2.0,-0209
h 209
Dont use matrix method if length is greater than 4.
We try to make the length in powers of 2 so that computations becomes easier by being able
to use symmetry and periodicity property efficiently.
They are used to solve problems faster.
DSP requires faster calculations.
Properhi DeT

Conju ymmeby
M

X0) TCal aod DFT

x (x)= x (N-)
Prou XC). DFT af
N

0,1- -NJ
x *Ox) 5 t) n

NL
) N

Kn Untg
Nn ntg
A =

N
(N-x) n Jine
) Xn) b ta
xC)=x)
xy Xo) w X(N)
PD ved
N
fupak Jymehy

2 3 6

CompCoMpw phs DFT ke


) = , 1 , 9/ad
Rauta Veut wab prkak
N NN D:e'

O309-}0.9
-0 Po DS8
-009+{ 0.SEH
0.30+
4
Du309+ 0.1)
XCe)- r)
N0 SS 0,,9

o)+ (0) 2X
u+7h)u17)G 7(4)
XK) 1 2 (
X(o) = tlt I= 3
XC1) =
I+ R+U =
0.f+0.34
3
2 ) = 1+ + = I+ t

0+jlS3A-
2 2
Xl3)=1++=lfu+

X)- 1+ w+=1+ 4+
0.-0.364
Veihahn
onmpoak tmnueh

xCa)- X(N-x)
x*Cx) X(s-x)
x )= x(4) a
xCa) Xa)
bnu Vuied.
DFT 4 e
osh ope S i
enenCe (n) = } 2,3,4,5
andKence
Class-10 DJP-4

opeytie DET
ineatily
DfT7,n)} X,C(x)
on DET()} X ,(k)
DTa, (n) ba,ln)
+
a7,(x)4 6x,u)

f 4 Ponns DfT 9 e n CO

x(n)=C()+ Jnn)

Cn)+ 3,n)
3, Cn)= C (n)

,Cn)= dn (n=

X,Cx) = Dfr7,o)

XC) DfTX,o)3
x,t) 1
- I -
0

X,s) -1 -

Y,o) 11
,0
Y)
X) 2. 914,-1
X(u)= DfT 7,()S+ DFT 7,n)
X,Cu)C)
3.41,11414, 0.S6, Jl414
wn
Cpt 9 C calat cit
Cn) 2,3,S
3

0 2 3
ARn-1)
7 (n-2)
2

3 S

CCn-4
CCn-2))4 4 is the window size

23
Povis (4
ed as
n)- 12,1, 9,5,4, 7,
a) 9lushnt 1(n) ec 1(n-2) a d

Ctn2)) i
hndx(v)
DfT 2n-)),

) z (n) a 4 pri0 SamenCo

dapi OU z(n)= i , , -4,

Kpo esen tlymplatalr


(a) (2(n-3))XCCn-1)),
Cn)

() X().
Class-11

CrClas bne
DETOn)}> x() t an
mK

DfT Tnm),> N x()


hoo V
VLi e dhuy ahm DLDFf7,
T
N -Xr
)- N

N
-k(n-m)
CCn-m)) N = x t ) 1N
N

N x)

CCn-m LDETx(x) ?

DFT2((n-m m) X)
(6

10)-23, 1. Ve talar ht ab
ftLe Df1 t

yn) ((n-1)),'
S
x(x)= DET 7(n)
X(0)1III
xC) 1-1|2 |-2-)
X)
X) i-14JU -2
Cr larhe prpy
DET (n-m)) x(x
DETCCn-3) =x ( ) -Yh)
4
yo) = x (o) =
2x x ( ) = +2
y6)-
Yl2) X ) = n"x(a) =
3x
Y)-Dx() = x{)= 2-
7, 2t, , 2-j5
DFT (n)} -X(), t
IDFTXx((K-R))., = (n)
n)
N

DET DET io-x()=) 1(n) 1 N

oHN
N
x(C1-R) (o) N

N.

200)
n
XC(x-L)). DFT 7n) w n?

yh DFT
o) 2,1,o. wCoul
aiyu p7, yn)
Y)- x(K-
JA X(u)- DfT1()
x(c) 2
x) 1-j-1
Xu) --
X

Y)- XCC(-2),

-2
)= N
) (h)

0)= z(o) =I1-


2
0) x0) =-1X2 --2

) 2 0 ) =IxI =

yla) (3) = -Iyo =0


yln)= 2,), 0
TDET yCK)
DsP-8
DfT a COpleX ConateLtmenCo
J n ) de a Conente
DET (n)} ="xCx
DfT ( } = x*CC-X)), = X"(Ns
Proo N A
X(K)
N
xC) 1)
(h-d
N-
x ()= t) -n
(A

Ca K
N-
x(-)= Cn)
N-0

x (-1) DFT'Cn)?
N-Yn A) pe
Ch k
X (N-1)=>1"(n)
N

(n)

N-

x() )1 N

X(-)- DfT{aoj- X)
vb Poid of T Cnplux ipnn
) av

IH +j, 24,4i
hdY(x)y0)-" Cn)
JU
Y ) - DET4n)
DET )

u
xC-), 2-
To dxC-), , chs hz
epman& X"(k) ma urd ih
Cloct N dne chm and en Rad
CYClaa Con yohm M h

n)= (n) (n)

Ca),Ao)
Cn) 1 (C)N ACCn-)

Y(x) =x() H(K)

o) TDfTY(K)
IDeT H() ?Xx()
N
X X)H)
N N
N
N ) fa
Peo
N )7(t) )Ace) i N N(0-K
-k
0
N

Af h-
1(1)
N 10) ACh-).N
N
3,(o)1, )
,Co) ,2,3,1 a
Length of the result will be equal to

3,(o)= 4 , ,2,25 the length of the larger input


sequence among the two inputs.

a) wa e

affa cA.
)doymiy dwain If length of x1(n) and
x2(n) are not equal, then
they are made equal by
N- adding zeros to the smaller
length sequence.

CCm) 7, Cn-m),
SASNJ
Tala aepoad
n3CCm))y,CCn-) n)
0 2 3 1) (42 23 1
I C1231) (3 4 22) 19
2 (I231)C23 42 22

3 CI231)C2 23y) 19

n
3, CC-m n0

o iillil
23

CC-m))
N
2
2
LoCal to lamplay
M anbcott
dumchm ad cad
Class-12

Ma trix appoach Circulant matrix.

22 3
2 2 2 19
23 2 22
2323 'TU9)
Crcle nethod
3,Cn)= 815 2, 3,1
Co) = G, 3, 2,2

CC-m),.

2 19 2

yla)-22
y6)-19
go)-1319,12, 19
doa Pr0acb

X,C)-on"--I+20 3A

X, (K) = 34 a u
We get 16 terms, group them to get

y()-, ()X,()) 4 terms. 1


19+19 22+19 3K

n) 19,19,22,/
(n)- Cn) Rn) wa
) he onain appea ch
apo a

)= 2,3,4
C, 3,
f Cr uka Conyebh
Jepm C
a domain arpoac
anpno a dA
doma

3,Co)= 2, 3,1,1S 2,), 1,,3


Corca OmvduhM
h
Min
7,Cn)-.2 , 3,4
Make length equal by adding one 0.
, Cn) s6,7
ma
Mal

7,Co) 1,2, 3,
o)-16,3,°s
f men w
,o)-,1,27
, Cn)=
a) p ralat Cmvetuhay (, n)

p Anal Cnyeubn n
Cony hm way

Cxtlas Cwwhn 3,n)


Cralas Conv stu
A) mpG
LaRCnvulwkn (X;(n)
S a,) 2 21 [1
22
1 2 2
1,0 2 2J
2,o) 20 00 2
2 0

20 -1
2
2

2
LO 2
Circulant matrix. It requires same length
which is equal to the required no. of samples

c)) for linear convolution(which is 7)


2
002I10
2 00 0 2
2 0 00 2
2 2 00 o
021I20 0
-2
O0 2 1 20
LOo 0 2 2 o

, Co)-2, 1,12,',0,0
3,o)-1,-1,1-',,00

2
|-

O2t2, -Hl, -2,0 3


H Luus () te Mloif

7,(n) ',2,5}
Class-13

,()-Ca
O (n) - J m2/m
| ) O n N-1.
C x l s mvrtuAn
hd NPo We cant use circulant matrix as
we dont know 'N'. It it easier to
solve such a problem in
frequency domain.
g (o) =
, () 3,o)
N-

3,) = ,CCm)) ,(C0-m)


N

2,to)TDfT0
C 2
3,Co)=
9
fe , te

+
N
(n)= din 2
N

X)- S 2,tn)
N N

2 N 2
0
N1 N1
(+1)
N

By using Lemma
N-
- NE(-)+N &(){
-0
NI)- Nlk+)(2

N SC-&{14)
3
X,()- N. 2Sk-i)-J0"){
2

n) = Sn N
2 0 nN

Mlhp hahm hmt It is complex convolution

DET 3,0) , ) %0®


N-
DFr 7,). ,) 2,(n)al)31
N IDFT of X2(k)

N X)

N
hnd X), ,(n).,)

a ,o) Ca) ong7.

XC) 2,Co) 8

NL
k=b
0

K ,,0,,,9,
X0)-,o),-) LsEn) *"
-
2 et
21

-1)n ,,)0
t

)
N

-.)n
N

4 8h) + Cx+) N#MMo)

, 0,0
No DET,o) 3, (n)
X) ) ,09
) 0000oy||
X,0) 0 0 0oo ô
o 0000 ol
O.0 0
O0oyoGod
0

Lx 40 0 0,0
949) 0

X-0, 1,0,0,9,9, o,?


Class-14

It says that energy content of the signal does not


axeval heor change even if the domain of representation
changes(time and frequency domain).
N
time domain energy N)

N frequency domain energy

LHS N

nan)
N- N
L
(N2KA
0
N
N-
1 x ' c ) ,n n)

N
n
x )1n)
N- N
N Ix
t Poins

6)wivny
2(0)=Sn 22

7(o) 2n (
-0,,-
N-
2
+ 2 Jus

b)x)- DT/7()

2 Jo
2) Vtiy fatval hedim

dememC (o): 1,3, 3

n) 3 , 3
2 2
E X 4++3

N20
It t2r+9 =44 Jel

x (o) 12
XU)
X() -t
-1-

T416+0t16
1
n)1,2,1,-?, 9,3 Should be solved without solving X(k)

Alo&n
Xo) 6) X(1) )X)
)Ix()
a x Cc)=(n)
20
p K=0
X(o) =
1n) =1t2t0 +3-2441à
20

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