一种一维数据的包络提取方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种一维数据的包络提取方法及系统，所述方法包含：设置尺度参数、包络幅度阈值、最大循环次数和最少极值点数参数；获取一维数据幅度大于包络幅度阈值的初步极大值点集合，依据最大循环次数或最少极值点数作为循环终止条件并以初步极大值点集合为输入采用若干次循环逐步优化寻找一维数据包络的极大值点；其中，每次循环中任意两个极值点之间的横坐标距离大于尺度参数时，则保留该两极值点及横坐标位于该两个极值点间的上次循环输出的若干极值点作为极大值点，否则仅保留该两个极值点作为极大值点；且每次循环均保留初步极大值点集合的两端的端值；优化两端端值的步骤；采用插值法在上述获取的节点间进行插值得到一维数据的包络。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提出了一种针对一维数据的包络提取方法，适用于一维连续数据的包络提取，具体涉及一种一维数据的包络提取方法及系统。
技术介绍
一维数据的包络信息表现了数据变化的趋势，反映了数据中的低频信息。包络在大量工程领域得到了广泛的研究和应用。已有的较为通用的包络提取方法有低通滤波法、短时能量法和解析信号法等。基于经典的幅度调制解调技术，低通滤波法是将数据先进行半波整流或全波整流，再经过低通滤波，得到数据的包络。这种包络提取方法最为常用。短时能量法是提前设定时间窗，让数据通过时间窗，计算每个时间窗内数据的均方根值，得到数据的包络。解析信号法是先通过对数据进行希尔伯特变换，得到解析信号，然后计算解析信号的幅度，得到数据的包络。然而以上方法各有利弊:低通滤波法可以通过选择不同的截止频率来影响包络的变化快慢，但依赖于滤波器的设计，不同设计者设计的滤波器在阶数和形式上会有不同；短时能量法可以通过选择不同的窗长度来影响包络的变化快慢，而与低通滤波法的共同缺点是不能确保准确捕捉数据的主要极值点，在时间上有延迟或超前；解析信号法在数学上有严谨的表达形式，但解析信号的幅度并不是在任何情况下都可以看做包络，物理意义不明确，该方法不能通过设定参数来影响包络的变化快慢。上面在分析三种常用方法利弊时，把包络的变化快慢作为包络提取评价的重要指标，这种说法虽然在不严谨，但有较强的实用性。本专利技术将提出一种新的包络提取方法，该方法通过设定一个尺度参数来控制包络的变化快慢，能够准确捕捉数据中的主要极大值点，通过端点处理和三次样条插值得到包络曲线。该方法只需要使用者选择合适的尺度参数，即可得到较为理想的包络，通过尺度参数限定了包络的频率范围，该包络可以较好得表现数据变化的趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为克服现有技术在一维数据的包络提取方法的缺陷提供一种包络提取方法及系统，用于一维数据的包络提取，即本专利技术提供了一维数据的包络提取方法及系统。为实现上述目的本专利技术提供了一种一维数据的包络提取方法，该方法将包络的变化快慢作为包络提取的指标，所述方法包含:步骤101)用于设置某一长度的尺度参数、包络幅度阈值、最大循环次数和最少极值点数参数的步骤；步骤102)获取一维数据幅度大于包络幅度阈值的初步极大值点集合，依据最大循环次数或最少极值点数作为循环终止条件并以初步极大值点集合为输入采用若干次循环逐步优化寻找一维数据包络的极大值点；其中，每次循环首先采用极大值定义从上次循环结束输出的极值点集合中进一步选取极大值点，如果进一步选取的极大值点中任意两个极值点之间的横坐标距离大于尺度参数时，则保留该两极值点及横坐标位于该两个极值点间的上次循环输出的若干极值点作为本次循环输出的极大值点，否则仅保留该两个极值点作为本次循环输出的极大值点；所述每次循环均保留初步极大值点集合的两端的端值作为极大值点；步骤103)用于获取优化的端点极值点的步骤，从而完成一维数据的包络的极大值点的提取；步骤104)采用三次样条插值法对提取所有的一维数据的包络的极大值点进行插值，连成光滑曲线得到一维数据的包络。其中，所述尺度参数的单位为一维数据的横坐标的单位。上述技术方案中，所述保留的若干极值点的具体数目受限于设置的间隔参数，SP保留的相邻极值点对应的横坐标的间隔大于设置的间隔参数；其中，所述间隔参数为尺度参数与某个正整数相除的结果。优化的，所述方法还包含:用于对一维数据进行加噪处理的步骤。可选的，所述尺度参数为某一长度的时间参数。当所述尺度参数为某一长度的时间参数，所述步骤103)进一步包含:分别在两端极值点对应的时刻两端各取两点，并分别延长至待提取的一维数据的时间两端，若在端点上延长线上的点对应幅度值大于待提取的一维数据的起始端或终止端点对应的幅度值时，则取延长线上的幅度值为一维数据包络上的优化的端点极值点，否则取待提取一维数据的端点处的幅度值为一维数据包络上的优化的端点极值点。基于上述方法本专利技术还提供一种一维数据的包络提取系统，该系统将包络的变化快慢作为包络提取的指标，所述系统包含:参数设置模块，用于设置尺度参数、包络幅度阈值、最大循环次数和最少极值点数参数；一维数据包络极值点获取模块，用于获取一维数据幅度大于包络幅度阈值的初步极大值点集合，依据最大循环次数或最少极值点数作为循环终止条件并以初步极大值点集合为输入采用若干次循环逐步优化寻找一维数据包络的极大值点；其中，每次循环首先采用极大值定义从上次循环结束输出的极值点集合中进一步选取极大值点，如果进一步选取的极大值点中任意两个极值点之间的横坐标距离大于尺度参数时，则保留该两极值点及横坐标位于该两个极值点间的上次循环输出的若干极值点作为本次循环输出的极大值点，否则仅保留该两个极值点作为本次循环输出的极大值点；所述每次循环均保留初步极大值点集合的两端的端值作为极大值点；确定一维数据包络端点的幅度值的模块，用于获取待提取的一维数据包络的起始端和终止端的幅度值；和插值模块，用于基于一维数据包络极值点获取模块输出的极值点及确定一维数据包络端点的幅度值的模块输出的起始端和终止端的幅度值采用三次样条插值法得到光滑一维数据包络。上述技术方案中，所述保留的若干极值点的具体数目受限于设置的间隔参数，SP保留的极值点对应的横坐标的间隔大于设置的间隔参数的极值点；其中，所述间隔参数为尺度参数与某个正整数相除的结果。优化的，所述系统还包含加噪模块，用于对待提取的一维数据进行加噪处理。可选的，所述所述尺度参数为某一长度的时间参数。当所述所述尺度参数为某一长度的时间参数，所述确定一维数据包络端点的幅度值的模块分别在一维数据包络极值点获取模块每次循环保留的两端的极值点对应的时刻两端各取两点，并分别延长至待提取的一维数据的时间两端，若在端点上延长线上的点对应的幅度值大于待提取的一维数据的起始端或终止端点对应的幅度值时，则取延长线上的幅度值为一维数据包络上的优化的端点极值点，否则取待提取一维数据的端点处的幅度值为一维数据包络上的优化的端点极值点。本专利技术中在实际应用中不限制所处理的一维数据包络的幅度值一定是时域数据，即上述“时间尺度参数”也可以表示除时间以外的其他物理量，如频率尺度参数等。且本专利技术中的时间参数尺度可以是常数，也可以是变量，根据实际需求来确定。与现有技术相比，本专利技术的技术优势在于:1、通过循环求极大值的方法准确地提取出一维数据包络中的主要极大值点；2、通过尺度参数来控制包络的变化快慢；3、通过加噪模块避免了 “静音区”对包络的影响。采用上述技术方案获取的一维数据包络的极值点能够很好得表现一维数据变化的趋势，且通过时间尺度参数限定了包络的频率范围，有较强的实用性。附图说明图1为本专利技术的一维数据的包络提取方法总体框图；图2为本专利技术的循环极值模块流程图；图3为本专利技术的极值计算和选取模块流程图；图4为本专利技术的局部极值选取流程图；图5为本专利技术实施实例测试中的待处理数据1:低音提琴的两个声音的时域数据；图6为本专利技术实施实例测试中对数据I进行包络提取的结果例图，其中ts设置为0.26秒的常数；图7为本专利技术实施实例测试中对数据I进行包络提取的结果例图，与图6数据处理不同的是，图7为不采用加噪模块的处理结果；图8为本专利技术实施实例测试中的待处理数据2:成年男子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一维数据的包络提取方法，该方法将包络的变化快慢作为包络提取的指标，所述方法包含：步骤101)用于设置某一长度的尺度参数、包络幅度阈值、最大循环次数和最少极值点数参数的步骤；步骤102)获取一维数据幅度大于包络幅度阈值的初步极大值点集合，依据最大循环次数或最少极值点数作为循环终止条件并以初步极大值点集合为输入采用若干次循环逐步优化寻找一维数据包络的极大值点；其中，每次循环首先采用极大值定义从上次循环结束输出的极值点集合中进一步选取极大值点，如果进一步选取的极大值点中任意两个极值点之间的横坐标距离大于尺度参数时，则保留该两极值点及横坐标位于该两个极值点间的上次循环输出的若干极值点作为本次循环输出的极大值点，否则仅保留该两个极值点作为本次循环输出的极大值点；所述每次循环均保留初步极大值点集合的两端的端值作为极大值点；步骤103)用于获取优化的端点极值点的步骤，从而完成一维数据的包络的极大值点的提取；步骤104)采用三次样条插值法对提取所有的一维数据的包络的极大值点进行插值，连成光滑曲线得到一维数据的包络。其中，所述尺度参数的单位为一维数据的横坐标的单位；所述某一长度的尺度参数具体长度可调。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯海泓，原猛，孟庆林，赵建平，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：