一种时间-频率域信号处理的多窗口函数选择方法技术

一种时间-频率域信号处理的多窗口函数选择方法。包括如下步骤：<1>选择多个不同的小波变换（WAVELET）或者短时傅里叶变换（STFT）窗口函数并计算WAVELET变换或者STFT变换；<2>对变换产生的系数集合按照WAVELET变换窗口函数选择判据或者STFT变换窗口函数选择判据进行判断，确定最优窗口函数，基于最优窗口函数的变换结果即为最优结果;<3>如果需要改变WAVELET变换或者STFT变换结果的频率范围，则按新的频率范围重复上述步骤1和2重新选择最优窗口函数及其变换结果。本发明专利技术的方法的有益效果在于：不仅能够为不同信号的时间-频率域变换选择最优的窗口函数，并且能够在时间-频率域的频率范围变动时自动选择最优的窗口函数。

【技术实现步骤摘要】
一种时间-频率域信号处理的多窗口函数选择方法
本专利技术涉及一种时间-频率域信号处理方法，特别是涉及一种时间-频率域信号处理的多窗口函数选择方法，属于信号处理

技术介绍
对信号的时间-频率域分析得到了广泛的应用。最常用的将信号从时间域变换到时间-频率域的方法为小波变换(WaveletTransform)和短时傅里叶变换(STFT)，这些方法的一个共同特点是有许多不同的窗口函数(也称基函数，母函数或父函数)可选，属于“多窗口函数”的时间-频率域分析方法，其特点为针对不同信号采用不同的窗口函数做时间-频率域变换会有不同的变换效果。许多研究围绕为不同信号的时间-频率域变换选择最优窗口函数而展开，并且收到了积极的效果。一旦选定了最优窗口函数，就通过计算机软件对信号进行基于选定窗口函数的时间-频率域变换进而分析或处理，分析或处理过程中选定的窗口函数不再变动。然而实际应用中，我们往往需要在信号处分析或处理过程中改变时间-频率域的频率范围，以便更好地观察信号在不同频率范围中的表现。例如，在更窄的频率范围内观察信号在时间-频率域中的细节。这时，原先选择的窗口函数可能不再最优。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的上述不足，提出一种新的时间-频率域信号处理的多窗口函数选择方法，不仅能够为不同信号的时间-频率域变换选择最优的窗口函数，并且能够在时间-频率域的频率范围变动时自动选择最优的窗口函数。有许多不同类型的小波变换方法。无论采用哪种小波变换，其变换结果都产生系数集合。我们希望这种小波变换后形成的系数集合包含的背景噪声(小数值的系数)要小，并且将系数集合内的背景噪声对系数最大值的比例作为与小波变换方法无关的窗口函数选择判据：对于m行，n列的小波变换系数集合，其系数为Ci(i＝1,2,...,mXn)。采用j个不同的窗口函数wj(j＝1,2,...,J)对信号做小波变换得到j个不同的系数集合Cj,i。我们定义判据(1)其中Cj,i为采用第j个窗口函数计算获得的小波变换系数绝对值集合Mj＝MAX(Cj,i)i＝1,2,...,m×n为采用第j个窗口函数计算获得的小波变换系数集合Ci,j的系数最大值计算所有j个窗口函数的小波变换并且按照以上判据(1)进行判别，其中具有最小Cratio结果的窗口函数是最优窗口函数，采用最优窗口函数的WAVELET变换结果为最优变换结果。由于上述对最优窗口函数的选择只对WAVELET变换产生的系数集合的系数属性进行判断，与具体采用什么形式的WAVELET变换无关，因此适用于各种形式的WAVELET变换的窗口函数选择。有许多不同类型的STFT变换方法。无论采用哪种STFT变换，其变换结果都产生系数集合。根据STFT变换对信号的奇异性识别主要取决于变换结果系数集合中的大系数而且系数集合的背景噪声较小的特点，我们制定以下与STFT变换方法无关的窗口函数选择判据：对于m行，n列的STFT变换系数集合，其系数为Ci(i＝1,2,...,mXn)。采用j个不同的窗口函数wj(j＝1,2,...,J)对信号做STFT变换得到j个不同的系数集合Cj,i。我们定义判据(2)其中Cj,i为采用第j个窗口函数计算获得的STFT变换系数绝对值集合TH＝K(MAX(Cj,i)j＝1,2,...,Ji＝1,2,...，m×n)0＜K＜1为所有系数集合的最大值乘以小于1的系数K计算所有j个窗口函数的STFT变换并且按照以上判据(2)进行判别，其中具有最大CTH结果的窗口函数是最优窗口函数，采用最优窗口函数的STFT变换结果为最优变换结果。由于上述对最优窗口函数的选择只对STFT变换产生的系数集合的系数属性进行判断，与具体采用什么形式的STFT变换无关，因此适用于各种形式的STFT变换的窗口函数选择。本专利技术提出一种时间-频率域信号处理的多窗口函数选择方法，包括以下步骤：1、选择多个不同的WAVELET变换或者STFT变换窗口函数，计算基于不同窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换；2、对基于不同窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换的系数集合按照WAVELET变换窗口函数选择判据或者STFT变换窗口函数选择判据进行判断，确定最优窗口函数，基于最优窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换结果即为最优结果；3、如果需要改变WAVELET变换或者STFT变换结果的频率范围，则按新的频率范围重复上述步骤1和2重新选择最优窗口函数和基于该最优窗口函数的变换结果。有益效果与在先技术相比，本专利技术的方法的有益效果在于：现有的“多窗口函数”的时间-频率域分析方法的窗口函数优选技术，缺乏定量并且普遍适用的选择判据，而且无法对信号处理过程中的频率范围变动做出响应，无法保持窗口函数始终最优。本专利技术提出的时间-频率域信号处理的多窗口函数选择方法，不仅能够为不同信号的时间-频率域变换选择最优的窗口函数，并且能够在时间-频率域的频率范围变动时自动选择最优的窗口函数。由于本专利技术方法只对时间-频率域变换系数集合进行评估，与信号属性以及时间-频率域变换方法无关，因此现有各种“多窗口函数”的时间-频率域分析方法都能够通过应用本专利技术方法保持窗口函数最优，达到较好的信号时间-频率域变换和分析或处理结果。附图说明图1是本专利技术方法的实施步骤流程图。图2图3为本专利技术实施例1的原始信号及其小波变换结果示意图。图4图5为本专利技术实施例2的原始信号及其短时傅里叶变换结果示意图。具体实施方式以下结合附图1对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术一种时间-频率域信号处理的多窗口函数选择方法的流程图。本专利技术一种时间-频率域信号处理的多窗口函数选择方法，其具体实施包括下列步骤:1、选择多个不同的WAVELET变换或者STFT变换窗口函数，计算基于不同窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换；2、对基于不同窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换的系数集合按照WAVELET变换窗口函数选择判据(1)或者STFT变换窗口函数选择判据(2)进行判断，确定最优窗口函数，基于最优窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换结果即为最优结果；3、如果需要改变WAVELET变换或者STFT变换结果的频率范围，则按新的频率范围重复上述步骤1和2重新选择最优窗口函数和基于该最优窗口函数的变换结果。以下结合图2-图5通过实施例进一步说明本专利技术方法的工作原理。实施例1图2和图3说明本专利技术方法的实施例1。医学数据库PhysioBank的记录数据mgh222.dat包含了一组ICU数据，其中的信号4如图2上图所示。用根据判据公式(1)和(2)开发的医学信号分析软件对该信号作连续小波变换(CWT)分析。被分析的信号采样频率为360Hz，CWT变换默认时间-频率域的时间范围为信号原有时间范围，频率范围为0-1/2采样频率，即0Hz-180Hz。根据本专利技术方法步骤1，软件首先选择8个不同的WAVELET变换窗口函数，计算基于不同窗口函数的CWT变换；然后根据步骤2，对基于不同窗口函数的CWT变换的系数集合按照WAVELET变换窗口函数选择判据公式(1)进行判断，确定ComplexHermitian窗口函数为最优，并且将基于该窗口函数的CWT变换结果显示在图2下图。为了进一步观察本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时间‑频率域信号处理的多窗口函数选择方法，其特征在于该方法包括如下步骤：<1>选择多个不同的小波变换(WAVELET)或者短时傅里叶变换(STFT)窗口函数，计算基于不同窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换；<2>对基于不同窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换的系数集合按照WAVELET变换窗口函数选择判据或者STFT变换窗口函数选择判据进行判断，确定最优窗口函数，基于最优窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换结果即为最优结果；<3>如果需要改变WAVELET变换或者STFT变换结果的频率范围，则按新的频率范围重复上述步骤1和2重新选择最优窗口函数和基于该最优窗口函数的变换结果。

【技术特征摘要】
1.一种时间-频率域信号处理方法，其特征在于，其中的多窗口函数选择方法包括如下步骤：<1>选择多个不同的小波变换WAVELET或者短时傅里叶变换STFT窗口函数，计算基于不同窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换；<2>对基于不同窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换的系数集合按照WAVELET变换窗口函数选择判据或者STFT变换窗口函数选择判据进行判断，确定最优窗口函数，基于该最优窗口函数的WAVELET变换或者STFT变换结果即为最优结果；<3>如果需要改变WAVELET变换或者STFT变换结果的频率范围，则按新的频率范围重复上述步骤1和2重新选择最优窗口函数和基于该最优窗口函数的变换结果；所述的WAVELET变换窗口函数选...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴伟，
申请(专利权)人：吴伟，
类型：发明
国别省市：浙江;33