波形的精确测量制造技术

一种用于计算机控制的数字信号处理的机器实现的方法，包括从数据存储或者从模拟信号的转换获得数字信号，以及从该数字信号确定测量矩阵。每个测量矩阵具有多个单元，每个单元具有与时间片的频率槽中的信号能量相对应的振幅。每个测量矩阵中的沿着时间片和/或频率槽的具有最大振幅的单元被识别为极大值单元。在时间和频率上重合的极大值被识别，并构建表示重合极大值的被称为“精确测量矩阵”的相关极大值矩阵，以及将相邻的被标记的极大值连接成部分链。如果仅构建了一个MM，识别多个类型的极大值以产生精确测量矩阵。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及波形和复合波形的时间-频率-振幅的分析与测量。注意的是词“信号”是更常用的词“波形”的通用同义词，本文中两者可以替换使用。复合波形包含混合在一起的多个波形(或信号)。虽然本文中大多数指的是声频范围，但是用于本专利技术的目的的波形不限于任何特定的频率范围或者复合状态。
技术介绍
给定的复合波形，期望能够精确的测量波形和其组成，该复合波形可能是由多个源所引起的。当波形包括在时间和频率上叠加的由不同源所产生的信号、低能信号被高能信号所遮盖、在频率上快速变化、和/或在振幅上快速变化时，难于进行该测量。如果这些波形能够被更精确的测量和分析，将大大的增加我们理解它们包含什么以及如何改变它们的能力。 波形的分析通常在时间和频率范围中完成。通常，这些波形首先被数字捕获为根据时间的振幅采样，然后使用一系列变换来测量信号，在一矩阵中显示结果。已经开发出各种技术来从时序数据中提取频率/振幅信息。然而，表示频率和振幅如何随着时间变化是个挑战，尤其是当有突变的频率和/或振幅变化、或者来自于多个源的信号占据了相同的时间和频率区域时。用于获得时间、频率和振幅信息的一个常规变换是离散傅里叶变换(DFT)。不幸的是，从DFT的大小(尺寸)获得的频率和时间分辨率之间有折衷。通过DFT所检查的时间窗口与其尺寸成比例。因此，与小尺寸的DFT相比，大尺寸的DFT检查较大的时间窗口。较大时间窗口使得大尺寸DFT变慢以对动态变化做出反应。相反的，大尺寸DFT将频率范围切成非常小的片。通过DFT测量的最大频率是数位信号的采样率的一半。尺寸X的DFT将从O到最大值的频率范围分成X/2等份的“槽(bins) ”。因此，DFT中每个频率槽的大小等于两倍的采样率除以其尺寸。因此，较大尺寸的DFT具有较高频率分辨率但是较低的时间分辨率。因此，较大尺寸的DFT具有较高频率分辨率但是较低的时间分辨率。由于这一折中，操作人员寻求改进的DFT或者其他替代方法以精确的表示动态的、时变的波形，且同时具有良好的时间分辨率和频率分辨率。光谱、离散小波变换、布赖特-维格纳、伽柏以及窗口技术仅是用于试图创建更精确的在时间、频率和振幅方面变化的动态信号的时间-频率表示的一些技术。每个技术具有其自己的优势和弱点计算复杂性(即处理负担)、伪像/失真、时间精确度和分辨率、频率精确度和分辨率、以及振幅精确度和分辨率。本专利技术不应当与模糊相似的但是复杂程度较低的被称为光谱相关的结合多个FT数据的形式相混淆。现有技术中建立的光谱相关，计算相同大小的FT，FT数据不是同时获取的。因此，与本专利技术相反，光谱相关不具有同时改善时间和频率分辨率和精确度的优点。其还污染了随着时间的信息，而这是本技术所要设计避免的。专利技术人已经公开了多个专利，这些专利通过引用而被并入本文。它们是快速发现基波的方法，美国专利6766288 BI ;修改复杂波形的谐波量的方法，美国专利7003120BI ;以及信号撕裂方法，美国专利6798886 BI。2008年11月26日提交的临时专利申请61/119198也通过引用而被并入本文。
技术实现思路
本专利技术包含一种用于数字信号处理的机器实现的方法，包括从模拟信号的转换或者从数据存储中获得数字信号；构建一个或多个测量矩阵(MM)，该测量矩阵中包含含有特定的时间和频率的振幅的单元；在这些矩阵中基于单元振幅的比较而标记极大值；以及关联这些极大值以当多个极大值在时间和频率上都一致时找到相关极大值。然后生成了具有被标记出的相关极大值的被称为精确测量矩阵(PMM)的新的矩阵。(注意所有这些极大值为局部极大值，但是为了简洁，我们仅称它们为“极大值”。它们还可以是全局极大值， 但是在本文中并不妨碍。)如果仅构建了一个MM，则识别多种类型的极大值以生成PPM。每个测量矩阵通常通过使用例如快速傅里叶变换(FFT)对输入信号进行重复转换而产生。每个转换表示输入信号中的被称为时间片的时间的一部分，并产生一行单元，每个单元对应于被称为频率槽的频率范围，。每个单元被表示其对应的频率槽/时间片的信号强度的振幅所占据。识别并标记出每个测量矩阵中的沿着每个时间片和/或频率槽的具有极大值振幅的单元。可以使用许多识别极大值的方法，产生了许多类型的极大值。在时间和频率上相对应的不同矩阵中的和/或不同类型的极大值被标记在被称为“精确测量矩阵”的新矩阵中。然后将PMM中邻近的相关极大值连接在一起成为部分链。获得、确定、识别、选择、标记和关联是通过机器实现的。极大值单元是通过比较相邻单元的振幅或者通过比较其他的特别相关的单元的振幅而识别出的。如果单元的振幅大于某些相邻单元的振幅，则该单元被确定为简单极大值单元。其它类型的极大值(下文中定义)包括关联“小兄弟”极大值、角度极大值和窃贼极大值。如果对于相同的时间片和频率槽建立了多个极大值(在不同的MM中和/或在相同的MM/单元中的多个类型的极大值)，那么该极大值相对应，并且根据特定的测试标准，在PMM中的对应的单元可以被标记为相关极大值。PMM中的每个单元中的振幅为初始MM中的对应单元的值的函数(例如加权平均数)。术语本文中使用了下列术语。FT :傅里叶变换-用于计算波形频谱的振幅的方法。DFT :离散傅里叶变换-用于计算离散(数字化)波形的频谱的振幅的方法。DFT输出可以是复数或者恰好是实数的振幅。本专利技术的许多优选实施方式仅需要实数振幅。除非明确说成是复数，本文中所有提及的DFT为具有实数输出的DFT。FFT :快速傅里叶变换-快速运行的DFT方法，该方法如此流行以至于其名字通常用作与DFT同义。本文中DFT和FFT可交换使用。FIR:有限脉冲响应-本文中，FIR指的是FIR滤波。FIR的集合可以产生与从具有实数振幅输出的FFT所产生的时间和频率信息相类似的时间和频率信息。IIR:无限脉冲响应-本文中，IIR指的是IIR滤波。IIR的集合可以产生与从具有实数振幅输出的FFT所产生的时间和频率信息相类似的时间和频率信息。窗口 在傅里叶变换(或者等同技术)中使用的时间部分。在DFT中，窗口大小(采样中)被认为是DFT的尺寸。例如，如果信号被用8000采样每秒进行数字化，尺寸为4000的DFT将对4000采样的数据(半秒)起作用。窗口技术流行的DFT技术并非对窗口内的采样全部相同处理的。例如，尺寸为4000的简单DFT将仅转换4000采样。利用窗口技术，4000采样将被调成分配较多的权重给中间的采样，分配较少的权重给在开始和结束的采样。窗口技术被设计来减少DFT的频率响应中的旁瓣/伪影。dB :分贝-在例如声学与电子测量和计算中使用的测量值的对数比率。dBFS :全尺度dB-与在数字表示中的最大峰值有关的DB。 时间片时间的一部分。时间片可以例如通过对数据的特定时间窗口运行FFT来表示。然而，窗口要比该表示的时间片大得多并且位于时间片的正中。时间片的大小是通过连续的FFT运行之间的间隔所确定，而不是窗口的大小。对于每秒8000采样的数字化信号，如果每隔8采样运行一次新的FFT，则时间片为8采样(I毫秒)宽。FFT窗口可以是4000采样(半秒或者500时间片)宽。频率槽小范围的频率(例如1702-1704HZ)单元矩阵中的单元。通常，单元表示时间片中的频率槽并包含dB本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于数字信号处理的机器实现的方法，该方法包括 从数据存储或者从接受自模拟源的或者通过物理模拟装置捕获的物理模拟信号的变换获得数字波形信号； 从所述数字波形确定两个或多于两个的測量矩阵，每个矩阵包含多个单元，每个单元表示对应的时间片和频率槽，并具有与该频率槽和时间片的信号能量相对应的振幅； 在每个测量矩阵中基于它们具有的局部极大值振幅识别各种类型的极大值単元； 从多个测量矩阵中识别在时间和频率上重合的相关极大值作为极大值単元或者从相同的単元/矩阵内识别多个类型的极大值作为极大值单元； 构建表示所述相关极大值的精确测量矩阵；以及 存储、传输和/或显示所述精确測量矩阵； 其中获得、确定、识别、构建、存储、传输和显示是通过机器实现的。2.根据权利要求I所述的方法，其中如果单元为振幅大于相同的频率槽中的两个相邻単元的振幅的时间峰简单极大值，则该単元被确定为局部极大值。3.根据权利要求2所述的方法，其中如果单元为振幅大于相同的时间片中的两个相邻単元的振幅的频率峰简单极大值，则该単元被确定为局部极大值。4.根据权利要求I所述的方法，其中如果单元为振幅大于相同的时间片中的两个相邻単元的振幅的频率峰简单极大值，则该単元被确定为局部极大值。5.根据权利要求2、3或4所述的方法，其中小兄弟被认为是极大值単元。6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其中角度极大值単元被认为是极大值単元。7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的方法，其中窃贼极大值单元被认为是极大值单J Li ο8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其中各种类型的极大值被认为是相同权重并仅被识别为极大值。9.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其中各种类型的极大值的权重不同，且每个类型的极大值被単独追踪。10.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的方法，其中定义了多个包含多种类型的极大值的组，其中每个组中的多种类型的极大值被认为具有相同权重，但是不同组的权重不同，且根据组单独追踪极大值。11.根据权利要求I所述的方法，其中，如果测量矩阵的大部分単元具有对应的时间片和对应的频率槽的极大值単元，那么宣布相关极大值，且在精确测量矩阵中的对应单元被识别为相关极大值。12.根据权利要求I所述的方法，其中，如果测量矩阵的两个或更多个単元的具体组合为对应的时间片和对应的频率槽的极大值単元，宣布相关极大值，且在精确测量矩阵中的对应单元被识别...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·里德·史密斯，杰克·W·史密斯逝世，弗雷德里克·M·斯雷，
申请(专利权)人：保罗里德史密斯吉塔尔斯股份合作有限公司，
类型：发明
国别省市：