ファイル:Window function (rectangular).png

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元のファイル(2,500 × 1,123 ピクセル、ファイルサイズ: 83キロバイト、MIME タイプ: image/png)

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概要

解説 rectangular window and frequency response
日付
原典 投稿者自身による著作物
作者 Bob K (original version), Olli Niemitalo
許可
(ファイルの再利用)
Public domain この著作物の著作権者である私は、この著作物における権利を放棄しパブリックドメインとします。これは全世界で適用されます。
一部の国では、これが法的に可能ではない場合があります。その場合は、次のように宣言します。
私は、あらゆる人に対して、法により必要とされている条件を除き、如何なる条件も課すことなく、あらゆる目的のためにこの著作物を使用する権利を与えます。
その他のバージョン
このファイルのベクター画像 (SVG) が利用できます。 使う目的に対し、元画像よりもSVGがより優れている場合、SVG画像を使用して下さい。

File:Window function (rectangular).png → File:Window function and frequency response - Rectangular.svg

ベクターグラフィックスの詳細については、コモンズのSVG変換を参照ください。
SVGのMediaWikiのサポートに関する情報もあります。

他言語
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新しいSVG画像

Source code
InfoField
The script below generates these .png images:

This script has not been tested in MATLAB. See the individual file histories for the simpler MATLAB scripts that were the basis of this script.

Generation of svg files by minor modification of the script displayed visual artifacts and renderer incompatibilities that could not be easily fixed. The current script fixes the visual artifacts in the png file as a post-processing step. The script generates a semi-transparent grid by taking a weighted average of two images, one with the grid and one without.
 
この PNG ラスター画像GNU OctaveOlli Niemitaloにより作成されました。

Matlab

function plotWindowLayer (w, N, gridded, wname, wspecifier)
 
  M=32;
  k=0:N-1;
  dr = 120;

  H = abs(fft([w zeros(1,(M-1)*N)]));
  H = fftshift(H);
  H = H/max(H);
  H = 20*log10(H);
  H = max(-dr,H);
 
  figure('Position',[1 1 1200 520])
  subplot(1,2,1)
  set(gca,'FontSize',28)
  area(k,w,'FaceColor', [0 1 1],'edgecolor', [1 1 0],'linewidth', 2)
  xlim([0 N-1])
  if (min(w) >= -0.01)
    ylim([0 1.05])
    set(gca,'YTick', [0 : 0.1 : 1])
    ylabel('amplitude','position',[-16 0.525 0])
  else
    ylim([-1 5])
    set(gca,'YTick', [-1 : 1 : 5])
    ylabel('amplitude','position',[-16 2 0])
  endif
  set(gca,'XTick', [0 : 1/8 : 1]*(N-1))
  set(gca,'XTickLabel',[' 0'; ' '; ' '; ' '; ' '; ' '; ' '; ' '; 'N-1'])
  grid(gridded)
  set(gca,'LineWidth',2)
  set(gca,'gridlinestyle','-')
  xlabel('samples')
  if (strcmp (wspecifier, ""))
    title(cstrcat(wname,' window'))
  else
    title(cstrcat(wname,' window (', wspecifier, ')'))
  endif
  set(gca,'Position',[0.08 0.11 0.4 0.8])
  set(gca,'XColor',[1 0 1])
  set(gca,'YColor',[1 0 1])
  
  subplot(1,2,2)
  set(gca,'FontSize',28)
  h = stem(([1:M*N]-1-M*N/2)/M,H,'-');
  set(h,'BaseValue',-dr)
  ylim([-dr 6])
  set(gca,'YTick', [0 : -10 : -dr])
  set(findobj('Type','line'),'Marker','none','Color',[0 1 1])
  xlim([-M*N/2 M*N/2]/M)
  grid(gridded)
  set(findobj('Type','gridline'),'Color',[.871 .49 0])
  set(gca,'LineWidth',2)
  set(gca,'gridlinestyle','-')
  ylabel('decibels')
  xlabel('bins')
  title('Frequency response')
  set(gca,'Position',[0.59 0.11 0.4 0.8])
  set(gca,'XColor',[1 0 1])
  set(gca,'YColor',[1 0 1])

endfunction

function plotWindow (w, wname, wspecifier = "", wfilespecifier = "")

  if (strcmp (wfilespecifier, ""))
    wfilespecifier = wspecifier;
  endif

  N = size(w)(2);
  B = N*sum(w.^2)/sum(w)^2   % noise bandwidth (bins), set N = 4096 to get an accurate estimate
  
  plotWindowLayer(w, N, "on", wname, wspecifier);  % "gridded" = "on"
  print temp1.png -dpng "-S2500,1165"
  close
  plotWindowLayer(w, N, "off", wname, wspecifier);  % "gridded" = "off"
  print temp2.png -dpng "-S2500,1165"
  close
% I'm not sure what's going on here, but it looks like the author might have been able
% to save himself some time by using set(gca,"Layer","top") and set(gca,"Layer","bottom").
  I = imread ("temp1.png");
  J = imread ("temp2.png");
  info = imfinfo ("temp1.png");
  w = info.Width;
  c = 1-(double(I(:,1:w/2,1))+2*double(J(:,1:w/2,1)))/(255*3);
  m = 1-(double(I(:,1:w/2,2))+2*double(J(:,1:w/2,2)))/(255*3);
  y = 1-(double(I(:,1:w/2,3))+2*double(J(:,1:w/2,3)))/(255*3);
  c = ((c != m) | (c != y)).*(c > 0).*(1-m-y);
  I(:,1:w/2,1) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0*c);
  I(:,1:w/2,2) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0.4*c);
  I(:,1:w/2,3) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0.6*c);
  c = 1-(double(I(:,w/2+1:w,1))+2*double(J(:,w/2+1:w,1)))/(255*3);
  m = 1-(double(I(:,w/2+1:w,2))+2*double(J(:,w/2+1:w,2)))/(255*3);
  y = 1-(double(I(:,w/2+1:w,3))+2*double(J(:,w/2+1:w,3)))/(255*3);
  c = ((c != m) | (c != y)).*c;
  I(:,w/2+1:w,1) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0.8710*c);
  I(:,w/2+1:w,2) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0.49*c);
  I(:,w/2+1:w,3) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0*c);
  if (strcmp (wfilespecifier, ""))
    imwrite (I, cstrcat('Window function and frequency response - ', wname, '.png'));
  else
    imwrite (I, cstrcat('Window function and frequency response - ', wname, ' (', wfilespecifier, ').png'));
  endif
  
endfunction

N=128;
k=0:N-1;

w = 0.42 - 0.5*cos(2*pi*k/(N-1)) + 0.08*cos(4*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Blackman")

w = 0.355768 - 0.487396*cos(2*pi*k/(N-1)) + 0.144232*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.012604*cos(6*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Nuttall", "continuous first derivative")

w = 1 - 1.93*cos(2*pi*k/(N-1)) + 1.29*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.388*cos(6*pi*k/(N-1)) +0.032*cos(8*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Flat top")

w = 1 - 1.93*cos(2*pi*k/(N-1)) + 1.29*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.388*cos(6*pi*k/(N-1)) +0.028*cos(8*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "SRS flat top")

w = ones(1,N);
plotWindow(w, "Rectangular")

w = (N/2 - abs([0:N-1]-(N-1)/2))/(N/2);
plotWindow(w, "Triangular")

w = 0.5 - 0.5*cos(2*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Hann")

w = 0.53836 - 0.46164*cos(2*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Hamming", "alpha = 0.53836")

alpha = 0.5;
w = ones(1,N);
n = -(N-1)/2 : -alpha*N/2;
L = length(n);
w(1:L) = 0.5*(1+cos(pi*(abs(n)-alpha*N/2)/((1-alpha)*N/2)));
w(N : -1 : N-L+1) = w(1:L);
plotWindow(w, "Tukey", "alpha = 0.5")

w = sin(pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Cosine")

w = sinc(2*k/(N-1)-1);
plotWindow(w, "Lanczos")

w = ((N-1)/2 - abs([0:N-1]-(N-1)/2))/((N-1)/2);
plotWindow(w, "Bartlett")

sigma = 0.4;
w = exp(-0.5*( (k-(N-1)/2)/(sigma*(N-1)/2) ).^2);
plotWindow(w, "Gaussian", "sigma = 0.4")

w = 0.62 -0.48*abs(k/(N-1) -0.5) +0.38*cos(2*pi*(k/(N-1) -0.5));
plotWindow(w, "Bartlett–Hann")

alpha = 2;
w = besseli(0,pi*alpha*sqrt(1-(2*k/(N-1) -1).^2))/besseli(0,pi*alpha);
plotWindow(w, "Kaiser", "alpha = 2")

alpha = 3;
w = besseli(0,pi*alpha*sqrt(1-(2*k/(N-1) -1).^2))/besseli(0,pi*alpha);
plotWindow(w, "Kaiser", "alpha = 3")

tau = N-1;
epsilon = 0.1;
t_cut = tau * (0.5 - epsilon);
T_in = abs(k - 0.5 * tau);
z_exp = ((t_cut - 0.5 * tau) ./ (T_in - t_cut) + (t_cut - 0.5 * tau) ./ (T_in - 0.5 * tau));
sigma =  (T_in < 0.5 * tau) ./ (exp(z_exp) + 1);        
w = 1 * (T_in <= t_cut) + sigma .* (T_in > t_cut);
plotWindow(w, "Planck-taper", "epsilon = 0.1")

w = 0.35875 - 0.48829*cos(2*pi*k/(N-1)) + 0.14128*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.01168*cos(6*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Blackman-Harris")

w = 0.3635819 - 0.4891775*cos(2*pi*k/(N-1)) + 0.1365995*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.0106411*cos(6*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Blackman-Nuttall")

w = 1 - 1.93*cos(2*pi*k/(N-1)) + 1.29*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.388*cos(6*pi*k/(N-1)) +0.032*cos(8*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Flat top")

tau = (N/2);
w = exp(-abs(k-(N-1)/2)/tau);
plotWindow(w, "Exponential", "tau = N/2", "half window decay")

tau = (N/2)/(60/8.69);
w = exp(-abs(k-(N-1)/2)/tau);
plotWindow(w, "Exponential", "tau = (N/2)/(60/8.69)", "60dB decay")

alpha = 2;
w = 1/2*(1 - cos(2*pi*k/(N-1))).*exp(alpha*abs(N-2*k-1)/(1-N));
plotWindow(w, "Hann-Poisson", "alpha = 2")

ソースコード
InfoField

Octave

Source code
function plotWindowLayer (w, N, gridded, wname, wspecifier)
 
  M=32;
  k=0:N-1;
  dr = 120;

  H = abs(fft([w zeros(1,(M-1)*N)]));
  H = fftshift(H);
  H = H/max(H);
  H = 20*log10(H);
  H = max(-dr,H);
 
  figure('Position',[1 1 1200 520])
  subplot(1,2,1)
  set(gca,'FontSize',28)
  area(k,w,'FaceColor', [0 1 1],'edgecolor', [1 1 0],'linewidth', 2)
  xlim([0 N-1])
  if (min(w) >= -0.01)
    ylim([0 1.05])
    set(gca,'YTick', [0 : 0.1 : 1])
    ylabel('amplitude','position',[-16 0.525 0])
  else
    ylim([-1 5])
    set(gca,'YTick', [-1 : 1 : 5])
    ylabel('amplitude','position',[-16 2 0])
  endif
  set(gca,'XTick', [0 : 1/8 : 1]*(N-1))
  set(gca,'XTickLabel',[' 0'; ' '; ' '; ' '; ' '; ' '; ' '; ' '; 'N-1'])
  grid(gridded)
  set(gca,'LineWidth',2)
  set(gca,'gridlinestyle','-')
  xlabel('samples')
  if (strcmp (wspecifier, ""))
    title(cstrcat(wname,' window'))
  else
    title(cstrcat(wname,' window (', wspecifier, ')'))
  endif
  set(gca,'Position',[0.08 0.11 0.4 0.8])
  set(gca,'XColor',[1 0 1])
  set(gca,'YColor',[1 0 1])
  
  subplot(1,2,2)
  set(gca,'FontSize',28)
  h = stem(([1:M*N]-1-M*N/2)/M,H,'-');
  set(h,'BaseValue',-dr)
  ylim([-dr 6])
  set(gca,'YTick', [0 : -10 : -dr])
  set(findobj('Type','line'),'Marker','none','Color',[0 1 1])
  xlim([-M*N/2 M*N/2]/M)
  grid(gridded)
  set(findobj('Type','gridline'),'Color',[.871 .49 0])
  set(gca,'LineWidth',2)
  set(gca,'gridlinestyle','-')
  ylabel('decibels')
  xlabel('bins')
  title('Frequency response')
  set(gca,'Position',[0.59 0.11 0.4 0.8])
  set(gca,'XColor',[1 0 1])
  set(gca,'YColor',[1 0 1])

endfunction

function plotWindow (w, wname, wspecifier = "", wfilespecifier = "")

  if (strcmp (wfilespecifier, ""))
    wfilespecifier = wspecifier;
  endif

  N = size(w)(2);
  B = N*sum(w.^2)/sum(w)^2   % noise bandwidth (bins), set N = 4096 to get an accurate estimate
  
  plotWindowLayer(w, N, "on", wname, wspecifier);  % "gridded" = "on"
  print temp1.png -dpng "-S2500,1165"
  close
  plotWindowLayer(w, N, "off", wname, wspecifier);  % "gridded" = "off"
  print temp2.png -dpng "-S2500,1165"
  close
% I'm not sure what's going on here, but it looks like the author might have been able
% to save himself some time by using set(gca,"Layer","top") and set(gca,"Layer","bottom").
  I = imread ("temp1.png");
  J = imread ("temp2.png");
  info = imfinfo ("temp1.png");
  w = info.Width;
  c = 1-(double(I(:,1:w/2,1))+2*double(J(:,1:w/2,1)))/(255*3);
  m = 1-(double(I(:,1:w/2,2))+2*double(J(:,1:w/2,2)))/(255*3);
  y = 1-(double(I(:,1:w/2,3))+2*double(J(:,1:w/2,3)))/(255*3);
  c = ((c != m) | (c != y)).*(c > 0).*(1-m-y);
  I(:,1:w/2,1) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0*c);
  I(:,1:w/2,2) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0.4*c);
  I(:,1:w/2,3) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0.6*c);
  c = 1-(double(I(:,w/2+1:w,1))+2*double(J(:,w/2+1:w,1)))/(255*3);
  m = 1-(double(I(:,w/2+1:w,2))+2*double(J(:,w/2+1:w,2)))/(255*3);
  y = 1-(double(I(:,w/2+1:w,3))+2*double(J(:,w/2+1:w,3)))/(255*3);
  c = ((c != m) | (c != y)).*c;
  I(:,w/2+1:w,1) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0.8710*c);
  I(:,w/2+1:w,2) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0.49*c);
  I(:,w/2+1:w,3) = 255*(1-c-m-y + 0*m + 0*y + 0*c);
  if (strcmp (wfilespecifier, ""))
    imwrite (I, cstrcat('Window function and frequency response - ', wname, '.png'));
  else
    imwrite (I, cstrcat('Window function and frequency response - ', wname, ' (', wfilespecifier, ').png'));
  endif
  
endfunction

N=128;
k=0:N-1;

w = 0.42 - 0.5*cos(2*pi*k/(N-1)) + 0.08*cos(4*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Blackman")

w = 0.355768 - 0.487396*cos(2*pi*k/(N-1)) + 0.144232*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.012604*cos(6*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Nuttall", "continuous first derivative")

w = 1 - 1.93*cos(2*pi*k/(N-1)) + 1.29*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.388*cos(6*pi*k/(N-1)) +0.032*cos(8*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Flat top")

w = 1 - 1.93*cos(2*pi*k/(N-1)) + 1.29*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.388*cos(6*pi*k/(N-1)) +0.028*cos(8*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "SRS flat top")

w = ones(1,N);
plotWindow(w, "Rectangular")

w = (N/2 - abs([0:N-1]-(N-1)/2))/(N/2);
plotWindow(w, "Triangular")

w = 0.5 - 0.5*cos(2*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Hann")

w = 0.53836 - 0.46164*cos(2*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Hamming", "alpha = 0.53836")

alpha = 0.5;
w = ones(1,N);
n = -(N-1)/2 : -alpha*N/2;
L = length(n);
w(1:L) = 0.5*(1+cos(pi*(abs(n)-alpha*N/2)/((1-alpha)*N/2)));
w(N : -1 : N-L+1) = w(1:L);
plotWindow(w, "Tukey", "alpha = 0.5")

w = sin(pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Cosine")

w = sinc(2*k/(N-1)-1);
plotWindow(w, "Lanczos")

w = ((N-1)/2 - abs([0:N-1]-(N-1)/2))/((N-1)/2);
plotWindow(w, "Bartlett")

sigma = 0.4;
w = exp(-0.5*( (k-(N-1)/2)/(sigma*(N-1)/2) ).^2);
plotWindow(w, "Gaussian", "sigma = 0.4")

w = 0.62 -0.48*abs(k/(N-1) -0.5) +0.38*cos(2*pi*(k/(N-1) -0.5));
plotWindow(w, "Bartlett–Hann")

alpha = 2;
w = besseli(0,pi*alpha*sqrt(1-(2*k/(N-1) -1).^2))/besseli(0,pi*alpha);
plotWindow(w, "Kaiser", "alpha = 2")

alpha = 3;
w = besseli(0,pi*alpha*sqrt(1-(2*k/(N-1) -1).^2))/besseli(0,pi*alpha);
plotWindow(w, "Kaiser", "alpha = 3")

tau = N-1;
epsilon = 0.1;
t_cut = tau * (0.5 - epsilon);
T_in = abs(k - 0.5 * tau);
z_exp = ((t_cut - 0.5 * tau) ./ (T_in - t_cut) + (t_cut - 0.5 * tau) ./ (T_in - 0.5 * tau));
sigma =  (T_in < 0.5 * tau) ./ (exp(z_exp) + 1);        
w = 1 * (T_in <= t_cut) + sigma .* (T_in > t_cut);
plotWindow(w, "Planck-taper", "epsilon = 0.1")

w = 0.35875 - 0.48829*cos(2*pi*k/(N-1)) + 0.14128*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.01168*cos(6*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Blackman-Harris")

w = 0.3635819 - 0.4891775*cos(2*pi*k/(N-1)) + 0.1365995*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.0106411*cos(6*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Blackman-Nuttall")

w = 1 - 1.93*cos(2*pi*k/(N-1)) + 1.29*cos(4*pi*k/(N-1)) -0.388*cos(6*pi*k/(N-1)) +0.032*cos(8*pi*k/(N-1));
plotWindow(w, "Flat top")

tau = (N/2);
w = exp(-abs(k-(N-1)/2)/tau);
plotWindow(w, "Exponential", "tau = N/2", "half window decay")

tau = (N/2)/(60/8.69);
w = exp(-abs(k-(N-1)/2)/tau);
plotWindow(w, "Exponential", "tau = (N/2)/(60/8.69)", "60dB decay")

alpha = 2;
w = 1/2*(1 - cos(2*pi*k/(N-1))).*exp(alpha*abs(N-2*k-1)/(1-N));
plotWindow(w, "Hann-Poisson", "alpha = 2")

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17 12 2005

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現在の版2013年2月9日 (土) 16:482013年2月9日 (土) 16:48時点における版のサムネイル2,500 × 1,123 (83キロバイト)Olli NiemitaloAntialiasing, layout changes, larger font
2005年12月17日 (土) 21:072005年12月17日 (土) 21:07時点における版のサムネイル1,038 × 419 (7キロバイト)Tiaguito~commonswikifile size. color source: http://en.wikipedia.org/wiki/Window_Function
2005年12月17日 (土) 20:482005年12月17日 (土) 20:48時点における版のサムネイル1,038 × 419 (8キロバイト)Tiaguito~commonswikisource: http://en.wikipedia.org/wiki/Window_Function author: http://en.wikipedia.org/wiki/User:Bob_K

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