Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Уақыт-жиілік бейнелеуі (TFR) – сигналдың (уақыттың функциясы ретінде қарастырылатын) уақыт және жиілік бойынша көрсетілуі. Уақыт-жиілік талдау – TFR арқылы ұсынылған уақыт-жиілік доменіне жасалатын талдау. Бұл көбінесе "Уақыт-Жиілік Бөлісуі" деп аталатын, TFD деп қысқартылатын формула қолдану арқылы қол жеткізіледі. TFR көбінесе уақыт және жиілік бойынша күрделі мәнді өрістер болып табылады, онда өрістің модулі амплитуданы немесе "энергия тығыздығын" (уақыт және жиілік бойынша орташа квадраттың концентрациясы) көрсетеді, ал өрістің аргументі фазаны көрсетеді.
A time–frequency representation (TFR) is a view of a signal (taken to be a function of time) represented over both time and frequency. Time–frequency analysis means analysis into the time–frequency domain provided by a TFR. This is achieved by using a formulation often called "Time–Frequency Distribution", abbreviated as TFD. TFRs are often complex valued fields over time and frequency, where the modulus of the field represents either amplitude or "energy density" (the concentration of the root mean square over time and frequency), and the argument of the field represents phase.
Негізгі фактілер және мотивация
Уақыттың функциясы ретінде сигнал, уақытты толық ажырату қабілетіне ие бейнелеу ретінде қарастырылуы мүмкін. Ал, сигналдың Фурье түрлендірілімінің (ФТ) амплитудасы, тамаша спектрлік ажыратымдылыққа ие, бірақ уақыт туралы ешқандай ақпаратты қамтамайды, себебі ФТ амплитудасы жиілік құрамын көрсетеді, бірақ сигналдағы әртүрлі оқиғалардың қай уақытта орын алғанын көрсетпейді. Уақыт-жиілік түрлендірілімдері (TFR) осы екі бейнелеу арасындағы байланыс құралы болып табылады, өйткені олар бір уақытта уақыт және спектрлік ақпаратты ұсынады. Сондықтан, TFR-лер уақыт өзгеретін бірнеше жиіліктерді қамтитын сигналдарды бейнелеу және талдау үшін пайдалы.
A signal, as a function of time, may be considered as a representation with perfect time resolution. In contrast, the magnitude of the Fourier transform (FT) of the signal may be considered as a representation with perfect spectral resolution but with no time information because the magnitude of the FT conveys frequency content but it fails to convey when, in time, different events occur in the signal. TFRs provide a bridge between these two representations in that they provide some temporal information and some spectral information simultaneously. Thus, TFRs are useful for the representation and analysis of signals containing multiple time varying frequencies.
ТФР және ТФД-ны қалыптастыру
TFR (немесе TFD) бір түрін сигналдың өзін өзімен көбейту арқылы, әр уақыт мезгілінде әртүрлі бағытта кеңейту арқылы құруға болады. Мұндай бейнелеулер мен формулалар квадраттық немесе "билинеарлық" TFR немесе TFD (QTFR немесе QTFD) деп аталады, себебі бейнелеу сигнал бойынша квадраттық болып келеді (қараңыз: Билинеарлық уақыт-жиілік үлестірімі). Бұл формуланы алғаш рет 1932 жылы Эжен Вигнер кванттық механика саласында сипаттады, ал кейін 1948 жылы Виль оны жалпы TFR ретінде қайта тұжырымдап, қазір Вигнер-Виль үлестірімі деп танылатын нәрсені жасады. Вильдің формуласы Вильдің еңбегінде анықталған аналитикалық сигналды қолдану қажеттігін көрсетті, осылайша бейнелеу ретінде және практикалық талдау үшін оның тиімділігі қамтамасыз етілді. Бүгінгі күні QTFR-ге спектрограмма (қысқа уақыттық Фурье түрлендіруінің квадраттық шамасы), скалеграмма (Wavelet түрлендіруінің квадраттық шамасы) және тегістелген псевдо-Вигнер үлестірімі кіреді. Квадраттық TFR бір мезгілде толық уақыттық және жиіліктік ажыратымдылықты ұсынса да, трансформациялардың квадраттық сипаты "қиылысқан терминдер" деп аталатын арқауларды тудырады. TFD және TFR-дің билинеарлық құрылымынан туындаған қиылысқан терминдер кейбір қолданымдарда, мысалы, жіктеуде пайдалы болуы мүмкін, себебі олар тану алгоритміне қосымша мәліметтер береді. Дегенмен, кейбір басқа қолданымдарда бұл қиылысқан терминдер кейбір квадраттық TFR-лерге кедеріл келтіруі мүмкін және оларды азайту қажет. Мұны істеудің бір жолы – сигналды басқа функциямен салыстыру. Мұндай нәтижелер сызықтық TFR деп аталады, өйткені бейнелеу сигнал бойынша сызықтық болып табылады. Мұндай бейнелеудің мысалы – терезеленген Фурье түрлендіруі (сонымен қатар қысқа уақыттық Фурье түрлендіруі деп те аталады), ол сигналды терезе функциясымен модуляциялау арқылы локализациялайды, содан кейін терезе аймағындағы сигналдың жиілік құрамын алу үшін Фурье түрлендіруін орындайды.
One form of TFR (or TFD) can be formulated by the multiplicative comparison of a signal with itself, expanded in different directions about each point in time. Such representations and formulations are known as quadratic or "bilinear" TFRs or TFDs (QTFRs or QTFDs) because the representation is quadratic in the signal (see Bilinear time–frequency distribution). This formulation was first described by Eugene Wigner in 1932 in the context of quantum mechanics and, later, reformulated as a general TFR by Ville in 1948 to form what is now known as the Wigner–Ville distribution, as it was shown in that Wigner's formula needed to use the analytic signal defined in Ville's paper to be useful as a representation and for a practical analysis. Today, QTFRs include the spectrogram (squared magnitude of short time Fourier transform), the scaleogram (squared magnitude of Wavelet transform) and the smoothed pseudo Wigner distribution. Although quadratic TFRs offer perfect temporal and spectral resolutions simultaneously, the quadratic nature of the transforms creates cross terms, also called "interferences". The cross terms caused by the bilinear structure of TFDs and TFRs may be useful in some applications such as classification as the cross terms provide extra detail for the recognition algorithm. However, in some other applications, these cross terms may plague certain quadratic TFRs and they would need to be reduced. One way to do this is obtained by comparing the signal with a different function. Such resulting representations are known as linear TFRs because the representation is linear in the signal. An example of such a representation is the windowed Fourier transform (also known as the short time Fourier transform) which localises the signal by modulating it with a window function, before performing the Fourier transform to obtain the frequency content of the signal in the region of the window.
Толқындық трансформациялар
Толқындық трансформациялар, әсіресе үздіксіз толқындық трансформация, сигналды уақыт және жиілік бойынша локалданылған толқындық функциялар арқылы кеңейтеді. Осылайша, сигналдың толқындық трансформациясы уақыт және жиілік тұрғысынан да бейнеленуі мүмкін. Толқындық трансформациядан TFR құруға қолданылатын уақыт, жиілік және амплитуда ұғымдары бастапқыда интуитивті жолмен дамытылды. 1992 жылы стационарлық фаза жуықтауына негізделген осы қатынастардың сандық туындысы жарияланды.
Wavelet transforms, in particular the continuous wavelet transform, expand the signal in terms of wavelet functions which are localised in both time and frequency. Thus the wavelet transform of a signal may be represented in terms of both time and frequency. The notions of time, frequency, and amplitude used to generate a TFR from a wavelet transform were originally developed intuitively. In 1992, a quantitative derivation of these relationships was published, based upon a stationary phase approximation.
Сызықтық каноникалық түрлендіру
Сызықтық каноникалық түрлендірулер – симплектикалық форманы сақтайтын уақыт-жиілік өкілдігінің сызықтық түрлендірулері. Оларға Фурье түрлендіруі, бөлшекті Фурье түрлендіруі және басқалары кіреді, сонымен қатар оларды жалпылайды, осылайша осы түрлендірулердің уақыт-жиілік саласындағы әсері тұрғысынан біртұтас көрініс береді.
Linear canonical transformations are the linear transforms of the time–frequency representation that preserve the symplectic form. These include and generalize the Fourier transform, fractional Fourier transform, and others, thus providing a unified view of these transforms in terms of their action on the time–frequency domain.