[发明专利]用于分析信号、提供瞬时频率和短时傅里叶变换的方法以及用于分析信号的设备

说明书

背景技术

从音频信号(特别是音乐信号和语音信号)中提取信息的方法变得日益重要。尤其是，这些方法被被用于越来越多的应用中，例如：语音识别、音乐信号分析、具有语音信号的电话应用的业务信号的检测(在英语文献中为DTMF)。

更确切地说，这些应用包括提取频域信息(通常：从信号中提取的窄频带的振幅与振幅演化)的步骤，随后是使用该频域信息(经常作为主要信息)的识别或辨别步骤。这两个步骤使用不同的技术：第一步骤使用信号处理，第二步骤使用模式识别。提取频域信息的步骤经常是通过滑动傅里叶变换(TFG：STFT，短时傅里叶变换，法语为《Transformée de Fourier Glissantes》)实施。

在本文中，在频域信息提取步骤期间收集的信息的性质与丰富度对随后的识别或辨别步骤起到非常显著的作用，因此对作为整体应用的性能起到非常显著的作用。

目前音频信号处理主要是通过并行运行的音频滤波器组(根据音码器(英文术语词汇《vocoder》)的原理)，或等效地通过加窗傅里叶变换(对先前被乘以窗的信号进行操作)完成的。音频信号可已进行了滤波操作，该滤波操作的目的在于消除频率或增强频率，例如对于将被处理的信号来增强高频和/或限制频带宽度。另一方面，这些处理对通常的音频信号进行处理而不对信号做任何频率修改。

因此，这些处理对声频频带的一部分进行操作，该声频频带的一部分包括允许语音识别或来源辨别的信息的主要部分，即包括从300Hz至3200Hz的频带(电话频带)。频域信息由时域窗得到，其中时域窗持续时间约为10到20毫秒，在该持续时间期间音频信号被假定是稳定的(或准稳定的)。

该稳定或准稳定的假定被大体上遵守，但是阻止了看清信号是稳定(或准稳定)的期间的周期之间的过渡。

与在提取频率期间收集的每个频率相关的信息是与以下有关的频率和振幅信息：

a)一组预定的频率(实际上频带具有以该组预定频率为中心的预定宽度)

b)给定的时间窗，其通常进行不连续的变化

识别或辨别步骤通常使用这个事实，即在给定的瞬间或在连续的瞬间期间，一组限定明确的频率一起出现。

从这个角度来看，以下因素特别重要：

a)检测频率的精度(频带宽度以每个预定频率为中心)是重要的参数：至少对于低频，特别是约低于800赫兹的频率，重要的是以最可能的振幅与相位的精度得知这些频率

b)与因此被检测的每个频率相关的信息的丰富度(例如：振幅，瞬时频率，信息在时间上的变化)

本发明的目的是以简单经济的方式获得与频率相关的这种信息，并且连续地获得这种信息。

这种频域信息可改进包括该频率提取步骤的应用的性能。

可有利地是获得与滑动傅里叶变换(STFT)相关的信息、以及瞬时频率和振幅信息。实际上，有利的是在一些应用中能得到被分析信号的合成，特别是在被分析信号已经进行了频域变换之后，并且STFT可逆性的条件是已知的。

已知的是分析STFT对信号的影响的一种方法是实施STFT与使信号通过本发明准许的通带滤波器组是相当的。然后注意本发明可以被置于STFT可逆的条件中。

最后注意到，根据之前观察(根据该观察本发明允许进行可逆STFT)，可以使用本发明执行Hilbert变换。

对于本发明能够处理的电信号，我们发现音频信号是传感器(CA)产生的电信号的特例，并表示在物理媒介中传播的物理波。作为这种波的示例，其包括：声波，电磁波，震波，超声波，除空气之外的媒介(水、人或动物体)中的声波。

在本发明的范围内，将特别关注传感器(CA)产生的信号，即称为《实》的电信号，与称为《复》的信号相对，该复信号是指实信号的结合。

发明目的

本发明的目的是能够从信号中进行提取，该信号例如是传感器(CA)产生的并表示物理波的音频信号或电信号：

a)时间-频率分析，其数量和质量比得上由再分配方法(法语为《méthode de la réallocation》)获得的数量和质量(参照图1与图2)

b)与被分析信号同步

c)使用低成本计算平台并可以制造嵌入式设备与独立设备

d)哪个可以与滑动傅里叶变换的经典分析相比？

发明内容