[发明专利]使用反卷积和窗的精确波形测量

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年9月1日提交的序列号为61/379100的美国申请和2009年11月12日提交的申请号为PCT/US2009/064120的PCT专利申请的优先权的权益，其内容通过引用而整体合并于此。

技术领域

本发明涉及波形和复合波形的时间-频率-幅度分析和测量。应注意词语“信号”为更通用的“波形”的流行同义词且此处二者可互换地使用。复合波形包括混合在一起的多个波形(或信号)。虽然本文多数指的是音频范围，但用于本发明的目的的波形并不限于任何特定的频率范围或组成。任何将测量波形/信号作为其处理的一部分的技术可通过该机器和处理得以辅助。

背景技术

给定复合波形，期望准确地测量波形及其分量，这些分量可能是由多个源生成的。这在波形包括以下内容时难以进行：由不同源产生的在时间和频率中叠加的信号，被较高能量信号遮盖的低能量信号，频率的快速变化，和/或幅度的快速变化。如果这些波形可被更准确地测量和分析，则将大大提高我们理解这些波形包含什么以及如何对其进行分离和/或修改的能力。

传统上在时域和频域中完成波形的分析。通常，这些波形首先被数字地捕获作为时间上的幅度样本，随后使用一系列变换来测量信号，其结果被显示在时间、频率和幅度矩阵中。已经开发了多种技术以从时间序列数据提取时间/频率/幅度信息。然而，表示频率和幅度如何相对于时间变化可能是有挑战的，特别是当存在陡峭的频率和/或幅度变化或来自多个源的信号占据相同的时间和频率区域时。

用于获得时间、频率和幅度信息的一种通常变换是离散傅立叶变换(DFT)。不幸地，在由DFT的大小(尺寸)导致的频率分辨率和时间分辨率之间存在折衷。由DFT检查的时间窗与其尺寸成比例。因此，与小尺寸DFT相比，大尺寸DFT检测更大的时间窗。该更大的时间窗使得大尺寸DFT对动态变化反应很慢。

反之，大尺寸DFT将频率范围划分为更精细片段。通过DFT测量的最大频率为数字化的信号的采样率的一半。尺寸X的DFT将从0至最大值的频率范围划分为X/2个相等尺寸的“点（bin）”。因此，在DFT中每一个频率点的大小等于采样率除以DFT的尺寸的结果的两倍。

因此，较大尺寸的DFT具有较高的频率分辨率但时间分辨率较低。较小尺寸的DFT具有较高的时间分辨率但频率分辨率较低。由于这一折衷，专业人员寻找改变的DFT或其它替代方法以在时间和频率上均具有良好分辨率的情况下准确地表示动态时变波形。精确测量矩阵(PMM)(US专利申请No.PCT/US2009//064120)就是这样一种方法。本发明扩展了该PMM方法。

快速傅立叶变换(FFT)典型地用于执行卷积和反卷积。卷积定理表示在合适的条件下两个函数或卷积的傅立叶变换是这些函数的傅立叶变换的逐点乘积。通常对两个函数进行变换、乘积以及反变换比执行蛮力卷积更简单(或更快速)。更重要的一点是，在反卷积时使用卷积定理是非常简单和快速的。蛮力反卷积包括求解N个未知数的N个方程。对两个函数进行变换、除法以及反变换容易得多。蛮力反卷积不仅计算起来困难，甚至可能是不可能的。在蛮力反卷积数字序列时，结果通常是不稳定的。因此在实践中，实际上总是使用变换进行反卷积。

本发明人已获得多项专利授权，其通过引用而合并于此。它们是：Fast Find Fundamental Method，U.S.专利号6,766,288B1；Method of Modifying Harmonic Content of a Complex Waveform,U.S.专利号7,003,120B1；以及Method of Signal Shredding,U.S.专利号6,798,886B1。2009年11月12日提交的申请No.PCT/US2009/064120也通过引用而合并于此。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于数字信号处理的由机器实现的方法，包括：从模拟信号的转换或从数据存储器获得数字信号；构建MM(根据专利申请No.PCT/US2009/064120)，MM包括含有针对特定时间和频率的幅度的、具有标记的相互关联最大值的单元。

根据所公开的实施例，提供一种构建MM的新方式，其使用FFT的时间反卷积并使用特别地设计成便于时间反卷积的窗函数。可以非周期的方式执行FFT来减少人为现象并进一步便于反卷积。这些反卷积的FFT可单独用作MM或可与(反卷积的或未反卷积的)其它FFT相互关联以产生PMM。

附图说明

图1示出根据本发明的示意性实施例的用于形成PMM的原理图。