<?xml version="1.0" encoding="utf-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE document PUBLIC "-//CNX//DTD CNXML 0.5 plus MathML//EN" "http://cnx.rice.edu/cnxml/0.5/DTD/cnxml_mathml.dtd">
<document xmlns="http://cnx.rice.edu/cnxml" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="nobleidentities">


  <name>Noble Identities</name>

  <metadata>
  <md:version>2.11</md:version>
  <md:created>2002/01/04</md:created>
  <md:revised>2003/01/16</md:revised>
  <md:authorlist>
      <md:author id="schniter">
      <md:firstname>Phil</md:firstname>
      
      <md:surname>Schniter</md:surname>
      <md:email>schniter@ee.eng.ohio-state.edu</md:email>
    </md:author>
  </md:authorlist>

  <md:maintainerlist>
    <md:maintainer id="jago">
      <md:firstname>Adan</md:firstname>
      
      <md:surname>Galvan</md:surname>
      <md:email>jago@rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
    <md:maintainer id="emaloney">
      <md:firstname>Erin</md:firstname>
      
      <md:surname>Maloney</md:surname>
      <md:email>emaloney@rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
    <md:maintainer id="schniter">
      <md:firstname>Phil</md:firstname>
      
      <md:surname>Schniter</md:surname>
      <md:email>schniter@ee.eng.ohio-state.edu</md:email>
    </md:maintainer>
  </md:maintainerlist>
  
  <md:keywordlist>
    <md:keyword>downsampling</md:keyword>
    <md:keyword>noble identities</md:keyword>
    <md:keyword>upsampling</md:keyword>
  </md:keywordlist>

  <md:abstract>Introduction to the topic of noble identities.</md:abstract>
</metadata>



  <content>

    <section id="section1">
      <name/>

      <para id="para0.1">
      The Noble identities (illustrated in <cnxn target="nobleidentiesfig2" strength="9"/> and <cnxn target="nobleidentiesfig1" strength="9"/>) describe 
when it is possible to reverse the order of upsampling/downsampling and filtering. 
We prove the Noble identities showing the equivalence of each pair of block diagrams.</para>
<para id="newpara"> 
The Noble identity for interpolation can be depicted as in <cnxn target="nobleidentiesfig2" strength="9"/>:
</para>

      <figure id="nobleidentiesfig2">
	<media type="image/png" src="m10432fig1.png"/>
      </figure>

      <para id="para1">

For the left side of the diagram, we have


	  <m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">Y</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:power/>
		    <m:ci>z</m:ci>
		    <m:ci>L</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>V</m:mi>
		      <m:mn>1</m:mn>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>z</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
            </m:apply>
          </m:math>
where <m:math>
        <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>V</m:mi>
		  <m:mn>1</m:mn>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>z</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">X</m:ci>
	      <m:apply>
		<m:power/>
		<m:ci>z</m:ci>
		<m:ci>L</m:ci>
	      </m:apply>
	  </m:apply>
	  </m:apply>
</m:math>

<m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">Y</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:power/>
		    <m:ci>z</m:ci>
		    <m:ci>L</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">X</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:power/>
		    <m:ci>z</m:ci>
		    <m:ci>L</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>


while for the right side,

	  <m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">Y</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>V</m:mi>
		    <m:mn>2</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:power/>
		  <m:ci>z</m:ci>
		  <m:ci>L</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
             </m:apply>
           </m:math>

where
<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>V</m:mi>
		  <m:mn>2</m:mn>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>z</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">H</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">X</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
</m:math>

<m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">Y</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:power/>
		    <m:ci>z</m:ci>
		    <m:ci>L</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">X</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:power/>
		    <m:ci>z</m:ci>
		    <m:ci>L</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>


Thus we have established the Noble identity for interpolation.

      </para>

      <para id="para2">
The Noble identity for decimation can be depicted as in <cnxn target="nobleidentiesfig1" strength="9"/>:
      </para>

      <figure id="nobleidentiesfig1">
	<media type="image/png" src="m10432fig2.png"/>
      </figure>

      <para id="sec2para1">

For the left side of the preceding diagram, we have


	  <m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">
		  <m:msub>
		    <m:mi>V</m:mi>
		    <m:mn>1</m:mn>
		  </m:msub>
		</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:ci>M</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:sum/>
		  <m:bvar><m:ci>k</m:ci></m:bvar>
		  <m:lowlimit><m:cn>0</m:cn></m:lowlimit>
		  <m:uplimit>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>M</m:ci>
		      <m:cn>1</m:cn>
		    </m:apply>
		  </m:uplimit>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">X</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:apply>
			<m:exp/>
			<m:apply>
			  <m:times/>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:imaginaryi/>
			  </m:apply>
			  <m:apply>
			    <m:divide/>
			    <m:apply>
			      <m:times/>
			      <m:cn>2</m:cn>
			      <m:pi/>
			    </m:apply>
			    <m:ci>M</m:ci>
			  </m:apply>
			  <m:ci>k</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:power/>
			<m:ci>z</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:divide/>
			  <m:cn>1</m:cn>
			  <m:ci>M</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>

<equation id="eq3">
	  <m:math display="block">
	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">Y</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci>
		  <m:ci>z</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">
		    <m:msub>
		      <m:mi>V</m:mi>
		      <m:mn>1</m:mn>
		    </m:msub>
		  </m:ci>
		  <m:ci>z</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci>
		  <m:ci>z</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:divide/>
		    <m:cn>1</m:cn>
		    <m:ci>M</m:ci>
		  </m:apply>
		  <m:apply>
		    <m:sum/>
		    <m:bvar><m:ci>k</m:ci></m:bvar>
		    <m:lowlimit><m:cn>0</m:cn></m:lowlimit>
		    <m:uplimit>
		      <m:apply>
			<m:minus/>
			<m:ci>M</m:ci>
			<m:cn>1</m:cn>
		      </m:apply>
		    </m:uplimit>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">X</m:ci>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:apply>
			  <m:exp/>
			  <m:apply>
			    <m:times/>
			    <m:apply>
			      <m:minus/>
			      <m:imaginaryi/>
			    </m:apply>
			    <m:apply>
			      <m:divide/>
			      <m:apply>
				<m:times/>
				<m:cn>2</m:cn>
				<m:pi/>
			      </m:apply>
			      <m:ci>M</m:ci>
			    </m:apply>
			    <m:ci>k</m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
		      <m:apply>
			<m:power/>
			<m:ci>z</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:divide/>
			  <m:cn>1</m:cn>
			  <m:ci>M</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:math>
</equation>

while for the right side,

<equation id="eq4">
	  <m:math display="block">

	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">Y</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>

	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:ci>M</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:sum/>
		  <m:bvar><m:ci>k</m:ci></m:bvar>
		  <m:lowlimit><m:cn>0</m:cn></m:lowlimit>
		  <m:uplimit>
		    <m:apply>
		      <m:minus/>
		      <m:ci>M</m:ci>
		      <m:cn>1</m:cn>
		    </m:apply>
		  </m:uplimit>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">
		      <m:msub>
			<m:mi>V</m:mi>
			<m:mi>z</m:mi>
		      </m:msub>
		    </m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:apply>
			<m:exp/>
			<m:apply>
			  <m:times/>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:imaginaryi/>
			  </m:apply>
			  <m:apply>
			    <m:divide/>
			    <m:apply>
			      <m:times/>
			      <m:cn>2</m:cn>
			      <m:pi/>
			    </m:apply>
			    <m:ci>M</m:ci>
			  </m:apply>
			  <m:ci>k</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:power/>
			<m:ci>z</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:divide/>
			  <m:cn>1</m:cn>
			  <m:ci>M</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
</m:apply>
</m:math>
</equation>

where

<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">
		<m:msub>
		  <m:mi>V</m:mi>
		  <m:mn>2</m:mn>
		</m:msub>
	      </m:ci>
	      <m:ci>z</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">X</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">H</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:power/>
		  <m:ci>z</m:ci>
		  <m:ci>M</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
       </m:math>

<equation id="eq4.5">
	  <m:math display="block">

	    <m:apply>
	      <m:eq/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">Y</m:ci>
		<m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:ci>M</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:sum/>
		  <m:bvar><m:ci>k</m:ci></m:bvar>
                  <m:lowlimit><m:cn>0</m:cn></m:lowlimit>
                  <m:uplimit>
                     <m:apply>
                     <m:minus/>
                       <m:ci>M</m:ci>
                       <m:cn>1</m:cn>
                     </m:apply>
                  </m:uplimit>
             <m:apply>
             <m:times/>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">X</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:apply>
			<m:exp/>
			<m:apply>
			  <m:times/>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:imaginaryi/>
			  </m:apply>
			  <m:apply>
			    <m:divide/>
			    <m:apply>
			      <m:times/>
			      <m:cn>2</m:cn>
			      <m:pi/>
			    </m:apply>
			    <m:ci>M</m:ci>
			  </m:apply>
			  <m:ci>k</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:power/>
			<m:ci>z</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:divide/>
			  <m:cn>1</m:cn>
			  <m:ci>M</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		    </m:apply>
		    <m:apply>
		      <m:ci type="fn">H</m:ci>
		      <m:apply>
			<m:times/>
			<m:apply>
			  <m:exp/>
			  <m:apply>
			    <m:times/>
			    <m:apply>
			      <m:minus/>
			      <m:imaginaryi/>
			    </m:apply>
			    <m:apply>
			      <m:divide/>
			      <m:apply>
				<m:times/>
				<m:cn>2</m:cn>
				<m:pi/>
			      </m:apply>
			      <m:ci>M</m:ci>
			    </m:apply>
			    <m:ci>k</m:ci>
			    <m:ci>M</m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
			<m:apply>
			  <m:power/>
			  <m:ci>z</m:ci>
			  <m:apply>
			    <m:divide/>
			    <m:ci>M</m:ci>
			    <m:ci>M</m:ci>
			  </m:apply>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>



	      <m:apply>
		<m:times/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci>
		  <m:ci>z</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:divide/>
		  <m:cn>1</m:cn>
		  <m:ci>M</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:sum/>
		  <m:bvar><m:ci>k</m:ci></m:bvar>
                   <m:lowlimit><m:cn>0</m:cn></m:lowlimit>
                  <m:uplimit>
                     <m:apply>
                     <m:minus/>
                       <m:ci>M</m:ci>
                       <m:cn>1</m:cn>
                     </m:apply>
                  </m:uplimit>
		  <m:apply>
		    <m:ci type="fn">X</m:ci>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:apply>
			<m:exp/>
			<m:apply>
			  <m:times/>
			  <m:apply>
			    <m:minus/>
			    <m:imaginaryi/>
			  </m:apply>
			  <m:apply>
			    <m:divide/>
			    <m:apply>
			      <m:times/>
			      <m:cn>2</m:cn>
			      <m:pi/>
			    </m:apply>
			    <m:ci>M</m:ci>
			  </m:apply>
			  <m:ci>k</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		      <m:apply>
			<m:power/>
			<m:ci>z</m:ci>
			<m:apply>
			  <m:divide/>
			  <m:cn>1</m:cn>
			  <m:ci>M</m:ci>
			</m:apply>
		      </m:apply>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      </m:apply>
	  </m:math>
</equation>

Thus we have established the Noble identity for decimation. Note
that the impulse response of
<m:math>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">H</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:power/>
		  <m:ci>z</m:ci>
		  <m:ci>L</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
</m:math>
is the <m:math><m:ci>L</m:ci></m:math>-upsampled
impulse response of
<m:math>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">H</m:ci>
		  <m:ci>z</m:ci>
	      </m:apply>
</m:math>.

      </para>
    </section>

  </content>
</document>
