<?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:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="m11077">
  <name xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">Discrete-time Filter as a Matrix Operation</name>
  <metadata xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">
  <md:version xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">2.2</md:version>
  <md:created xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">2003/03/19</md:created>
  <md:revised xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">2003/04/14</md:revised>
  <md:authorlist xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">
      <md:author xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="selesi">
      <md:firstname xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">Ivan</md:firstname>
      
      <md:surname xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">Selesnick</md:surname>
      <md:email xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">selesi@taco.poly.edu</md:email>
    </md:author>
  </md:authorlist>

  <md:maintainerlist xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">
    <md:maintainer xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="emaloney">
      <md:firstname xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">Erin</md:firstname>
      
      <md:surname xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">Maloney</md:surname>
      <md:email xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">emaloney@rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
    <md:maintainer xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="selesi">
      <md:firstname xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">Ivan</md:firstname>
      
      <md:surname xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">Selesnick</md:surname>
      <md:email xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">selesi@taco.poly.edu</md:email>
    </md:maintainer>
  </md:maintainerlist>
  
  <md:keywordlist xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">
    <md:keyword xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">allpass</md:keyword>
    <md:keyword xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">convolution</md:keyword>
    <md:keyword xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">filter</md:keyword>
    <md:keyword xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">orthogonal transformation</md:keyword>
    <md:keyword xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">Toeplitz Matrix</md:keyword>
  </md:keywordlist>

  <md:abstract xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/"/>
</metadata>

  <content xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">
    <para xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="para1">
      Consider a linear time-invariant system with impulse response
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">h</m:ci>
	  <m:ci>n</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>.
      (Is assumed in these notes that all impulses response 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">h</m:ci>
	  <m:ci>n</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math> are real-valued.) (<cnxn xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" target="fig1" strength="9"/>)
    </para>

    <figure xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="fig1">
      <media xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" type="image/png" src="sec2fig1.png"/>
    </figure>

    <para xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="para2">
      The block diagram is represented in matrix form as

      <m:math display="block">
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:vector>
	    <m:ci>⋮</m:ci>
	    <m:ci><m:msub><m:mi>y</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	    <m:ci><m:msub><m:mi>y</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	    <m:ci><m:msub><m:mi>y</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	    <m:ci><m:msub><m:mi>y</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	    <m:ci><m:msub><m:mi>y</m:mi><m:mn>4</m:mn></m:msub></m:ci>
	    <m:ci><m:msub><m:mi>y</m:mi><m:mn>5</m:mn></m:msub></m:ci>
	    <m:ci><m:msub><m:mi>y</m:mi><m:mn>6</m:mn></m:msub></m:ci>
	    <m:ci>⋮</m:ci>
	  </m:vector>
	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:matrix>
	      <m:matrixrow>
		<m:ci>⋱</m:ci><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/>
	      </m:matrixrow>
	      <m:matrixrow>
		<m:ci>⋱</m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:mphantom/>
	      </m:matrixrow>
	      <m:matrixrow>
		<m:ci>⋱</m:ci> 
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:mphantom/>
	      </m:matrixrow>
	      <m:matrixrow>
		<m:ci>⋱</m:ci> 
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:cn>0</m:cn><m:mphantom/>
	      </m:matrixrow>
	      <m:matrixrow>
		<m:ci>⋱</m:ci> 
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:mphantom/>
	      </m:matrixrow>
	      <m:matrixrow>
		<m:mphantom/>
		<m:cn>0</m:cn>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci>⋱</m:ci> 
	      </m:matrixrow>
	      <m:matrixrow>
		<m:mphantom/>
		<m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci>⋱</m:ci> 
	      </m:matrixrow>
	      <m:matrixrow>
		<m:mphantom/>
		<m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn>
		<m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
		<m:ci>⋱</m:ci> 
	      </m:matrixrow>
	      <m:matrixrow>
		<m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/>
		<m:ci>⋱</m:ci> 
	      </m:matrixrow>
	    </m:matrix>
	    <m:vector>
	      <m:ci>⋮</m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mn>4</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mn>5</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>x</m:mi><m:mn>6</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci>⋮</m:ci>
	    </m:vector>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math> where
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	  <m:matrix>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:cn>0</m:cn><m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:mphantom/>
	      <m:cn>0</m:cn>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:mphantom/>
	      <m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:mphantom/>
	      <m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	    </m:matrixrow>
	  </m:matrix>
	</m:apply>
      </m:math>
    </para>

    <para xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="para3">
      The vectors are of infinite length.  The matrix has infinitely
      many rows and infinitely many columns.  We can write convolution
      as a matrix-vector multiplication:

      <m:math display="block">
	<m:apply>
	 <m:ci> <m:mo>⇔</m:mo></m:ci>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply> 
	      <m:ci type="fn">y</m:ci>
	      <m:ci>n</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/>
	      <m:apply> 
		<m:ci type="fn">h</m:ci>
		<m:ci>n</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply> 
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:ci>n</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>

	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci>y</m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci>Q</m:ci>
	      <m:ci>x</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>

      where <m:math><m:ci type="matrix">Q</m:ci></m:math> is the
      convolution matrix.  The matrix <m:math><m:ci type="matrix">Q</m:ci></m:math> is also called the
      <term xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">Toeplitz</term> matrix - a Toeplitz matrix is constant
      along its diagonals.  Note that the impulse response
      <m:math><m:apply><m:ci type="fn">h</m:ci>
      <m:ci>n</m:ci></m:apply></m:math> appears in each column of the
      matrix <m:math><m:ci type="matrix">Q</m:ci></m:math>.
    </para>

    <para xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="para4">
      What is the transpose of the linear time-invariant system with
      impulse response 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">h</m:ci>
	  <m:ci>n</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>?  Usually, we do not think about the transpose of a
      system.  However, we can derive the transpose of the system by
      using the matrix representation.  We just need to look at the
      transpose of the matrix <m:math><m:ci type="matrix">Q</m:ci></m:math>.  The columns of <m:math><m:ci type="matrix">Q</m:ci></m:math> are the rows of
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:transpose/>
	  <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>, so
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:transpose/>
	  <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math> has the following form:

      <m:math display="block">
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:transpose/>
	    <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:matrix>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:cn>0</m:cn><m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>3</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:mphantom/>
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:mphantom/>
	      <m:cn>0</m:cn>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:mphantom/>
	      <m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:mphantom/>
	      <m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn><m:cn>0</m:cn>
	      <m:ci><m:msub><m:mi>h</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:ci>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	    </m:matrixrow>
	    <m:matrixrow>
	      <m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/><m:mphantom/>
	      <m:ci>⋱</m:ci> 
	    </m:matrixrow>
	  </m:matrix>
	</m:apply>
      </m:math>

      We can observe that 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:transpose/>
	  <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math> is again a convolution matrix (it is constant along the 
      diagonals).  So 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:transpose/>
	  <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math> represents a linear time-invariant system. The impulse 
      response of this system can be found by looking at the columns of 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:transpose/>
	  <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>, 
      which we see is the flipped version of 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">h</m:ci>
	  <m:ci>n</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>.  Therefore, 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:transpose/>
	  <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math> represents convolution by 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">h</m:ci>
	  <m:apply>
	    <m:minus/>
	    <m:ci>n</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>. (<cnxn xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" target="fig2" strength="9"/>)
    </para>
 
    <figure xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="fig2">
      <media xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" type="image/png" src="sec2fig2.png"/>
    </figure>

    <para xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="para5">

      <m:math display="block">
	<m:apply>
	  <m:ci><m:mo>⇔</m:mo></m:ci>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci>y</m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:ci>Q</m:ci>
	      <m:ci>x</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">y</m:ci>
	      <m:ci>n</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">h</m:ci>
		<m:ci>n</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">x</m:ci>
		<m:ci>n</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>

      <m:math display="block">
	<m:apply>
	  <m:ci><m:mo>⇔</m:mo></m:ci>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:ci>z</m:ci>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:transpose/>
		<m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	      </m:apply>
	      <m:ci>y</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">z</m:ci>
	      <m:ci>n</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">h</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:ci>n</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">y</m:ci>
		<m:ci>n</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>

      Can the filter 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">h</m:ci>
	  <m:ci>n</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>
      represent an <emphasis xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">orthogonal</emphasis> transformation?
      Equivalently, is it possible that
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:transpose/>
	  <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math> is the inverse of <m:math><m:ci type="matrix">Q</m:ci></m:math>? If
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:apply>
	      <m:transpose/>
	      <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:ci type="matrix">I</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>, 
      then 
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:ci>z</m:ci>

	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:apply>
	      <m:transpose/>
	      <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:ci>y</m:ci>
	  </m:apply>

	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:apply>
	      <m:transpose/>
	      <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:ci type="matrix">Q</m:ci>
	    <m:ci>x</m:ci>
	  </m:apply>

	  <m:apply>
	    <m:times/>
	    <m:ci type="matrix">I</m:ci>
	    <m:ci>x</m:ci>
	  </m:apply>

	  <m:ci>x</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math> or 

      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">z</m:ci>
	    <m:ci>n</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">x</m:ci>
	    <m:ci>n</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>. But 

      <equation xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="eq1">
	<m:math>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">z</m:ci>
	      <m:ci>n</m:ci>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">h</m:ci>
		<m:apply><m:minus/><m:ci>n</m:ci></m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">y</m:ci>
		<m:ci>n</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>

	    <m:apply>
	      <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">h</m:ci>
		<m:apply><m:minus/><m:ci>n</m:ci></m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">h</m:ci>
		  <m:ci>n</m:ci>
		</m:apply>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">x</m:ci>
		  <m:ci>n</m:ci>
		</m:apply>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	</m:math>
      </equation>

      so <m:math>
	<m:apply>
	  <m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">z</m:ci>
	    <m:ci>n</m:ci>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">x</m:ci>
	    <m:ci>n</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math> only if

      <m:math display="block">
	<m:apply><m:eq/>
	  <m:apply>
	    <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">h</m:ci>
	      <m:apply><m:minus/><m:ci>n</m:ci></m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">h</m:ci>
	      <m:ci>n</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  <m:apply>
	    <m:ci type="fn">δ</m:ci>
	    <m:ci>n</m:ci>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>
    </para>

    <para xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" id="para6">
      Note that

      <m:math display="block">
	<m:apply>
	  <m:ci><m:mo>⇔</m:mo></m:ci>
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:csymbol definitionURL="http://cnx.rice.edu/cd/cnxmath.ocd#convolve"/>       
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">h</m:ci>
		<m:apply><m:minus/><m:ci>n</m:ci></m:apply>
	      </m:apply>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">h</m:ci>
		<m:ci>n</m:ci>
	      </m:apply>
	    </m:apply>
	    <m:apply>
	      <m:ci type="fn">δ</m:ci>
	      <m:ci>n</m:ci>
	    </m:apply>
	  </m:apply>
	  
	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply><m:ci type="fn">H</m:ci><m:apply><m:divide/><m:cn>1</m:cn><m:ci>z</m:ci></m:apply></m:apply> 
	      <m:apply><m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>z</m:ci></m:apply> 
	    </m:apply>
	    <m:cn>1</m:cn>
	  </m:apply>

	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:times/>
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">H</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:minus/>
		  <m:apply>
		    <m:exp/>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:imaginaryi/>
		      <m:ci>ω</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply> 
	      <m:apply>
		<m:ci type="fn">H</m:ci>
		<m:apply>
		  <m:exp/>
		  <m:apply>
		    <m:times/>
		    <m:imaginaryi/>
		    <m:ci>ω</m:ci>
		  </m:apply>
		</m:apply>
	      </m:apply> 
	    </m:apply>
	    <m:cn>1</m:cn>
	  </m:apply>

	  <m:apply>
	    <m:eq/>
	    <m:apply>
	      <m:power/>
	      <m:apply>
		<m:abs/>
		<m:apply>
		  <m:ci type="fn">H</m:ci>
		  <m:apply>
		    <m:exp/>
		    <m:apply>
		      <m:times/>
		      <m:imaginaryi/>
		      <m:ci>ω</m:ci>
		    </m:apply>
		  </m:apply>
		</m:apply> 
	      </m:apply>
	      <m:cn>2</m:cn>
	    </m:apply>
	    <m:cn>1</m:cn>
	  </m:apply>
	</m:apply>
      </m:math>

      That means <m:math> <m:apply><m:ci type="fn">H</m:ci><m:ci>z</m:ci></m:apply> </m:math> must be an
      <term xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/">allpass system</term>. <emphasis xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/"> The only orthonormal LTI
      systems are allpass systems. </emphasis> But they provide no
      frequency selective filtering - the allpass filter does not
      provide a subband decomposition of the signal
      <m:math>
	<m:apply>
	  <m:ci type="fn">x</m:ci>
	  <m:ci>n</m:ci>
	</m:apply>
      </m:math>.
    </para>

  </content>
</document>
