專利名稱：一種一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了一種針對一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法，適用于一維連續(xù)數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取，具體涉及一種一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)信息表現(xiàn)了數(shù)據(jù)變化的趨勢，反映了數(shù)據(jù)中的低頻信息。包絡(luò)在大量工程領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。已有的較為通用的包絡(luò)提取方法有低通濾波法、短時能量法和解析信號法等。基于經(jīng)典的幅度調(diào)制解調(diào)技術(shù)，低通濾波法是將數(shù)據(jù)先進行半波整流或全波整流，再經(jīng)過低通濾波，得到數(shù)據(jù)的包絡(luò)。這種包絡(luò)提取方法最為常用。短時能量法是提前設(shè)定時間窗，讓數(shù)據(jù)通過時間窗，計算每個時間窗內(nèi)數(shù)據(jù)的均方根值，得到數(shù)據(jù)的包絡(luò)。解析信號法是先通過對數(shù)據(jù)進行希爾伯特變換，得到解析信號，然后計算解析信號的幅度，得到數(shù)據(jù)的包絡(luò)。然而以上方法各有利弊:低通濾波法可以通過選擇不同的截止頻率來影響包絡(luò)的變化快慢，但依賴于濾波器的設(shè)計，不同設(shè)計者設(shè)計的濾波器在階數(shù)和形式上會有不同；短時能量法可以通過選擇不同的窗長度來影響包絡(luò)的變化快慢，而與低通濾波法的共同缺點是不能確保準(zhǔn)確捕捉數(shù)據(jù)的主要極值點，在時間上有延遲或超前；解析信號法在數(shù)學(xué)上有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋磉_形式，但解析信號的幅度并不是在任何情況下都可以看做包絡(luò)，物理意義不明確，該方法不能通過設(shè)定參數(shù)來影響包絡(luò)的變化快慢。上面在分析三種常用方法利弊時，把包絡(luò)的變化快慢作為包絡(luò)提取評價的重要指標(biāo)，這種說法雖然在不嚴(yán)謹(jǐn)，但有較強的實用性。本發(fā)明將提出一種新的包絡(luò)提取方法，該方法通過設(shè)定一個尺度參數(shù)來控制包絡(luò)的變化快慢，能夠準(zhǔn)確捕捉數(shù)據(jù)中的主要極大值點，通過端點處理和三次樣條插值得到包絡(luò)曲線。該方法只需要使用者選擇合適的尺度參數(shù)，即可得到較為理想的包絡(luò)，通過尺度參數(shù)限定了包絡(luò)的頻率范圍，該包絡(luò)可以較好得表現(xiàn)數(shù)據(jù)變化的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)在一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法的缺陷提供一種包絡(luò)提取方法及系統(tǒng)，用于一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取，即本發(fā)明提供了一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法及系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明提供了一種一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法，該方法將包絡(luò)的變化快慢作為包絡(luò)提取的指標(biāo)，所述方法包含:步驟101)用于設(shè)置某一長度的尺度參數(shù)、包絡(luò)幅度閾值、最大循環(huán)次數(shù)和最少極值點數(shù)參數(shù)的步驟；步驟102)獲取一維數(shù)據(jù)幅度大于包絡(luò)幅度閾值的初步極大值點集合，依據(jù)最大循環(huán)次數(shù)或最少極值點數(shù)作為循環(huán)終止條件并以初步極大值點集合為輸入采用若干次循環(huán)逐步優(yōu)化尋找一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的極大值點；其中，每次循環(huán)首先采用極大值定義從上次循環(huán)結(jié)束輸出的極值點集合中進一步選取極大值點，如果進一步選取的極大值點中任意兩個極值點之間的橫坐標(biāo)距離大于尺度參數(shù)時，則保留該兩極值點及橫坐標(biāo)位于該兩個極值點間的上次循環(huán)輸出的若干極值點作為本次循環(huán)輸出的極大值點，否則僅保留該兩個極值點作為本次循環(huán)輸出的極大值點；所述每次循環(huán)均保留初步極大值點集合的兩端的端值作為極大值點；步驟103)用于獲取優(yōu)化的端點極值點的步驟，從而完成一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)的極大值點的提?。徊襟E104)采用三次樣條插值法對提取所有的一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)的極大值點進行插值，連成光滑曲線得到一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)。其中，所述尺度參數(shù)的單位為一維數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)的單位。上述技術(shù)方案中，所述保留的若干極值點的具體數(shù)目受限于設(shè)置的間隔參數(shù)，SP保留的相鄰極值點對應(yīng)的橫坐標(biāo)的間隔大于設(shè)置的間隔參數(shù)；其中，所述間隔參數(shù)為尺度參數(shù)與某個正整數(shù)相除的結(jié)果。優(yōu)化的，所述方法還包含:用于對一維數(shù)據(jù)進行加噪處理的步驟?？蛇x的，所述尺度參數(shù)為某一長度的時間參數(shù)。當(dāng)所述尺度參數(shù)為某一長度的時間參數(shù)，所述步驟103)進一步包含:分別在兩端極值點對應(yīng)的時刻兩端各取兩點，并分別延長至待提取的一維數(shù)據(jù)的時間兩端，若在端點上延長線上的點對應(yīng)幅度值大于待提取的一維數(shù)據(jù)的起始端或終止端點對應(yīng)的幅度值時，則取延長線上的幅度值為一維數(shù)據(jù)包絡(luò)上的優(yōu)化的端點極值點，否則取待提取一維數(shù)據(jù)的端點處的幅度值為一維數(shù)據(jù)包絡(luò)上的優(yōu)化的端點極值點?；谏鲜龇椒ū景l(fā)明還提供一種一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取系統(tǒng)，該系統(tǒng)將包絡(luò)的變化快慢作為包絡(luò)提取的指標(biāo)，所述系統(tǒng)包含:參數(shù)設(shè)置模塊，用于設(shè)置尺度參數(shù)、包絡(luò)幅度閾值、最大循環(huán)次數(shù)和最少極值點數(shù)參數(shù)；一維數(shù)據(jù)包絡(luò)極值點獲取模塊，用于獲取一維數(shù)據(jù)幅度大于包絡(luò)幅度閾值的初步極大值點集合，依據(jù)最大循環(huán)次數(shù)或最少極值點數(shù)作為循環(huán)終止條件并以初步極大值點集合為輸入采用若干次循環(huán)逐步優(yōu)化尋找一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的極大值點；其中，每次循環(huán)首先采用極大值定義從上次循環(huán)結(jié)束輸出的極值點集合中進一步選取極大值點，如果進一步選取的極大值點中任意兩個極值點之間的橫坐標(biāo)距離大于尺度參數(shù)時，則保留該兩極值點及橫坐標(biāo)位于該兩個極值點間的上次循環(huán)輸出的若干極值點作為本次循環(huán)輸出的極大值點，否則僅保留該兩個極值點作為本次循環(huán)輸出的極大值點；所述每次循環(huán)均保留初步極大值點集合的兩端的端值作為極大值點；確定一維數(shù)據(jù)包絡(luò)端點的幅度值的模塊，用于獲取待提取的一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的起始端和終止端的幅度值；和插值模塊，用于基于一維數(shù)據(jù)包絡(luò)極值點獲取模塊輸出的極值點及確定一維數(shù)據(jù)包絡(luò)端點的幅度值的模塊輸出的起始端和終止端的幅度值采用三次樣條插值法得到光滑一維數(shù)據(jù)包絡(luò)。
上述技術(shù)方案中，所述保留的若干極值點的具體數(shù)目受限于設(shè)置的間隔參數(shù)，SP保留的極值點對應(yīng)的橫坐標(biāo)的間隔大于設(shè)置的間隔參數(shù)的極值點；其中，所述間隔參數(shù)為尺度參數(shù)與某個正整數(shù)相除的結(jié)果。優(yōu)化的，所述系統(tǒng)還包含加噪模塊，用于對待提取的一維數(shù)據(jù)進行加噪處理。可選的，所述所述尺度參數(shù)為某一長度的時間參數(shù)。當(dāng)所述所述尺度參數(shù)為某一長度的時間參數(shù)，所述確定一維數(shù)據(jù)包絡(luò)端點的幅度值的模塊分別在一維數(shù)據(jù)包絡(luò)極值點獲取模塊每次循環(huán)保留的兩端的極值點對應(yīng)的時刻兩端各取兩點，并分別延長至待提取的一維數(shù)據(jù)的時間兩端，若在端點上延長線上的點對應(yīng)的幅度值大于待提取的一維數(shù)據(jù)的起始端或終止端點對應(yīng)的幅度值時，則取延長線上的幅度值為一維數(shù)據(jù)包絡(luò)上的優(yōu)化的端點極值點，否則取待提取一維數(shù)據(jù)的端點處的幅度值為一維數(shù)據(jù)包絡(luò)上的優(yōu)化的端點極值點。本發(fā)明中在實際應(yīng)用中不限制所處理的一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的幅度值一定是時域數(shù)據(jù)，即上述“時間尺度參數(shù)”也可以表示除時間以外的其他物理量，如頻率尺度參數(shù)等。且本發(fā)明中的時間參數(shù)尺度可以是常數(shù)，也可以是變量，根據(jù)實際需求來確定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢在于:1、通過循環(huán)求極大值的方法準(zhǔn)確地提取出一維數(shù)據(jù)包絡(luò)中的主要極大值點；2、通過尺度參數(shù)來控制包絡(luò)的變化快慢；3、通過加噪模塊避免了 “靜音區(qū)”對包絡(luò)的影響。采用上述技術(shù)方案獲取的一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的極值點能夠很好得表現(xiàn)一維數(shù)據(jù)變化的趨勢，且通過時間尺度參數(shù)限定了包絡(luò)的頻率范圍，有較強的實用性。


圖1為本發(fā)明的一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法總體框圖；圖2為本發(fā)明的循環(huán)極值模塊流程圖；圖3為本發(fā)明的極值計算和選取模塊流程圖；圖4為本發(fā)明的局部極值選取流程圖；圖5為本發(fā)明實施實例測試中的待處理數(shù)據(jù)1:低音提琴的兩個聲音的時域數(shù)據(jù)；圖6為本發(fā)明實施實例測試中對數(shù)據(jù)I進行包絡(luò)提取的結(jié)果例圖，其中ts設(shè)置為
0.26秒的常數(shù)；圖7為本發(fā)明實施實例測試中對數(shù)據(jù)I進行包絡(luò)提取的結(jié)果例圖，與圖6數(shù)據(jù)處理不同的是，圖7為不采用加噪模塊的處理結(jié)果；圖8為本發(fā)明實施實例測試中的待處理數(shù)據(jù)2:成年男子用漢語普通話說出的“大聲”一詞的時域數(shù)據(jù)；圖9為本發(fā)明實施實例測試中對數(shù)據(jù)2進行包絡(luò)提取的結(jié)果例圖，其中ts設(shè)置為
0.01秒的常數(shù)；圖10為本發(fā)明實施實例測試中對數(shù)據(jù)2進行包絡(luò)提取的結(jié)果例圖，其中ts設(shè)置為0.03秒的常數(shù)。圖11為本發(fā)明實施實例測試中對數(shù)據(jù)3:正常心音數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取結(jié)果例圖，其中ts設(shè)置為0.05秒的常數(shù)。
圖12為本發(fā)明實施實例測試中對數(shù)據(jù)4:患有二尖瓣狹窄患者心音數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取結(jié)果例圖，其中ts設(shè)置為0.05秒的常數(shù)。圖13為本發(fā)明實施實例測試中對數(shù)據(jù)5:患有主動脈瓣關(guān)閉不全患者心音數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取結(jié)果例圖，其中ts設(shè)置為0.05秒的常數(shù)。圖14為本發(fā)明實施實例測試中對數(shù)據(jù)6:某海域26小時連續(xù)測量的溫度數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取結(jié)果例圖，其中ts設(shè)置為1000秒的常數(shù)。圖15為本發(fā)明實施實例測試中對數(shù)據(jù)7:痙攣患者發(fā)作時腦電圖某電極采集數(shù)據(jù)包絡(luò)提取結(jié)果例圖，其中ts設(shè)置為1.3秒的常數(shù)。
具體實施例方式為了驗證本發(fā)明方法的可行性和有效性，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。本具體實施例將采用如圖8所示的數(shù)據(jù)I做具體說明，圖8所示的一維數(shù)據(jù)包絡(luò)為“時間-幅度”的一維包絡(luò)。即以下實施例將尺度參數(shù)設(shè)定為時間尺度參數(shù)，依據(jù)時間尺度參數(shù)作為包絡(luò)提取的指標(biāo)。其中，本發(fā)明技術(shù)方案要求一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)有較為明確的物
理意義。本實施實例提供一種包絡(luò)提取系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括參數(shù)設(shè)置模塊，加噪模塊，循環(huán)極值模塊，端點處理模塊和數(shù)據(jù)插值模塊。參數(shù)設(shè)置模塊1，用于設(shè)置時間尺度ts、局部時間尺度tsl、包絡(luò)幅度閾值thres、最大循環(huán)次數(shù)NLoop和最少極值點數(shù)NPeak等參數(shù)；加噪模塊2，在數(shù)據(jù)中加入幅度很小的隨機噪聲，使得提取出的包絡(luò)更加合理，本模塊為可選模塊，數(shù)據(jù)中存在“靜音區(qū)”等異常情況時本模塊有明顯效果；循環(huán)極值模塊3，計算數(shù)據(jù)中幅度大于thres的極大值點，然后在所得極大值點中進一步尋找極大值點，循環(huán)計算極大值，循環(huán)次數(shù)由NLoop決定,但當(dāng)極大值點數(shù)小于Npeak時，循環(huán)被迫終止。在這個循環(huán)中若發(fā)現(xiàn)相鄰極點時間距離大于ts時，則保留兩個極點間的部分?jǐn)?shù)據(jù)點，保留的依據(jù)是相鄰數(shù)據(jù)間隔大于tsl (建議ts/10 < tsl < ts/3)。其中極值計算和局部數(shù)據(jù)選取被稱為極值計算和選取模塊；端點處理模塊4，用于起始端和終止端數(shù)據(jù)的處理。循環(huán)極值模塊的輸出數(shù)據(jù)兩端各取兩點，并分別延長至原始數(shù)據(jù)的時間兩端，若在端點上延長線上的數(shù)據(jù)大于原始數(shù)據(jù)的端點數(shù)據(jù)，則取延長線上的數(shù)據(jù)為有效端點，否則取原始數(shù)據(jù)的端點數(shù)據(jù)為有效端點。數(shù)據(jù)插值模塊5，用于將端點處理模塊的輸出數(shù)據(jù)進行插值。采用三次樣條插值法，得到數(shù)據(jù)包絡(luò)。如圖8所示為待提取包絡(luò)的數(shù)據(jù)I。數(shù)據(jù)I是低音提琴的兩個聲音。用于包絡(luò)提取的系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。首先，進入?yún)?shù)設(shè)置模塊1，設(shè)置時間尺度ts = 0.26秒，局部時間尺度tsl =ts/4,包絡(luò)幅度閾值thres = O、最大循環(huán)次數(shù)NLoop = 20和最少極值點數(shù)NPeak = 5 ；然后，將待提取低音提琴的兩個聲音輸入加噪模塊2，生成以數(shù)據(jù)最大幅度的1%。為最大幅度的隨機噪聲；其次，將加噪以后的一維數(shù)據(jù)輸入循環(huán)極值模塊3進行一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)的極值點的獲取，詳細(xì)流程圖如圖2所示，具體步驟描述如下:為了描述循環(huán)極值模塊3的循環(huán)選取優(yōu)化的極值點的過程，做出如下假設(shè):設(shè)置如下常數(shù):時間尺度參數(shù)ts，間隔參數(shù)tsl，最大循環(huán)次數(shù)NLoop，最少極值點數(shù)參數(shù)NPeak，包絡(luò)幅度閾值thres以及數(shù)據(jù)一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)持續(xù)的總時長T ;將上次循環(huán)的輸出結(jié)果表示為(xk，tk)，其中tk為極值點(即一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)幅度值)xk對應(yīng)的橫坐標(biāo)值；并創(chuàng)建循環(huán)計數(shù)器k并將k賦值為I。循環(huán)極值模塊3首先從加噪模塊2接收的一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)中選取所有幅度值大于設(shè)置的包絡(luò)幅度閾值的所有幅度值形成初步極值點集合，并將這些點用(xk，tk)集合進行表示，所述Xk為一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的幅度值，tk與Xk —一對應(yīng)表示幅度值Xk對應(yīng)的橫坐標(biāo)值，在該實施實例中tk為幅度值對應(yīng)的時刻。同時將幅度值Xk中小于包絡(luò)幅度閾值thres的的數(shù)值都設(shè)置為thres。然后進入循環(huán)17在每次循環(huán)開始時，先判斷循環(huán)計數(shù)器k是否小于等于最大循環(huán)次數(shù)NLoop，若判斷為“否”則終止循環(huán)，將當(dāng)前時刻的xk和tk作為輸出參數(shù)xk”和tk”輸出；若判斷為“是”，則輸入?yún)?shù)進入極值計算和選取模塊6。極值計算和選取模塊6的輸出量主要是新的xk和tk，圖中分別用xk’和tk’表示。對xk’的個數(shù)Nk進行判斷。若判斷為“否”，則另循環(huán)計數(shù)器k加1，即k = k+Ι，且將xk’和tk’作為下一次循環(huán)的輸入?yún)?shù)xk和tk，然后繼續(xù)下一次循環(huán)；若判斷為“是”，則終止循環(huán)，將當(dāng)前時刻的xk’和tk’作為輸出參數(shù)xk”和tk”輸出。其中，在所有循環(huán)程序中均保留初步極值點集合的端值作為極值點，該端值即滿足大于包絡(luò)幅度閾值的幅度值在該一維數(shù)據(jù)包絡(luò)上出現(xiàn)的最早和最晚時刻對應(yīng)的幅度值。再其次，采用上述循環(huán)策略后逐步尋找到所有的優(yōu)化一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的極大值點，將這些所有極大值點中包含的兩頭端值輸入端點處理模塊，該模塊在該兩頭端值的兩端各取兩點，并分別延長至原始數(shù)據(jù)的時間兩端，若在端點上延長線上的數(shù)據(jù)大于原始數(shù)據(jù)的端點數(shù)據(jù)，則取延長線上的數(shù)據(jù)為有效端點，否則取原始數(shù)據(jù)的端點數(shù)據(jù)為有效端點。處理得到的數(shù)據(jù)如圖6中的小圓圈代表的點所示。最后，將端點處理后的數(shù)據(jù)及獲取的所有優(yōu)化一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的極大值點輸入數(shù)據(jù)插值模塊，該模塊采用三次樣條插值方法插值到與待提取的一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)持續(xù)的時間T相同的長度，恢復(fù)出連續(xù)光滑的原始一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)，如圖6中明顯的黑線所示。其中極值計算和選取模塊6的詳細(xì)流程如圖3所示，詳細(xì)處理步驟為:輸入?yún)?shù)為當(dāng)前循環(huán)次數(shù)k，上次循環(huán)的結(jié)果xk，tk和常數(shù)ts，tsl以及數(shù)據(jù)總時長T。最終計算得到計算和選取得到的極點坐標(biāo)index,進一步得到xk’和tk’。第一步進入極大值坐標(biāo)計算7。xk中比前一個數(shù)值大且大于等于后一個數(shù)值的數(shù)據(jù)點為極大值點，遍歷xk的所有數(shù)據(jù)點，得出xk中極大值點的坐標(biāo)indexO。第二步進入開始部分的局部處理8。設(shè)置臨時變量Λ為indexO中第一個點對應(yīng)的時間tk(indeX0(l))與原始數(shù)據(jù)的時間原點的時間間隔，通常原始數(shù)據(jù)的時間原點為時間O點，故Δ = tk (indexO (1))-0 = tk (indexO (I))。然后判斷Δ是否小于時間尺度ts,若判斷為“是”則直接進入模塊14，若判斷為“否”，則把xk中第一個極大值點前的所有數(shù)據(jù)點帶進入局部極值選取模塊11，局部極值選取依據(jù)一定的原則對indexOd)以前的極大值進行篩選保留，然后后再進入模塊14。
第三步進入中間部分的局部處理9。首先設(shè)置一個臨時循環(huán)計數(shù)器m，初始值為2，表示第2個極大值點。然后進入循環(huán)。在每次循環(huán)開始時，判斷m是否小于極大值點的個數(shù)，即indexO的長度，即圖中模塊14。若模塊14判斷為“是”，則使臨時變量Λ等于indexO中第m個極大值點和第m_l個極大值點的時間間隔，即Δ = tk (indexO (m))-tk (indexO (m-Ι))。然后判斷Δ是否小于ts。若判斷為“是”，則使臨時循環(huán)計數(shù)器m加1，即m = m+1，返回模塊14。若判斷為“否”，則把xk中第m-Ι個和第m個極大值點間的所有數(shù)據(jù)點帶進入局部極值選取模塊12。局部極值選取依據(jù)一定的原則對index (η)和indexO (m)之間的極大值進行篩選保留。然后使臨時循環(huán)計數(shù)器m加I,即m = m+1,返回模塊14,即進入下一次循環(huán)判斷。若模塊14判斷為“否”，則進入第四步。第四步進入結(jié)束部分的局部處理10。處理流程與第二步類似，先設(shè)置臨時變量Λ等于indexO中最后一個極大值點對應(yīng)的時間tk (indexO (m))與原始數(shù)據(jù)的時間終點的時間間隔，g卩Λ = T-tk (indexO (m))，然后判斷Λ是否小于時間尺度ts，若判斷為“是”則模塊6處理結(jié)束，若判斷為“否”，則把xk中第一個極大值點前的所有數(shù)據(jù)點帶進入局部極值選取模塊13，局部極值選取依據(jù)一定的原則對indexOd)以前的極大值進行篩選保留，然后模塊6處理結(jié)束。模塊6處理結(jié)束后，indexO對應(yīng)的極大值點和每次局部極值選取后保留的中間點的數(shù)值和時間一起構(gòu)成新的xk’和tk’，作為模塊6的輸出參數(shù)。其中局部極值選取模塊11、12、13為三個相同的模塊，詳細(xì)處理流程如圖4所示。詳細(xì)說明:輸入?yún)?shù)為tk，tsl和上次循環(huán)得到的局部極大值點。首先設(shè)置臨時循環(huán)計數(shù)器j，初始值為2，表示首先判斷輸入的局部極大值點中的第2個點。然后進入循環(huán)。每次循環(huán)開始時，先判斷循環(huán)計數(shù)器j是否小于輸入的局部極大值點的數(shù)據(jù)長度，即模塊15。若模塊15判斷為“是”，則判斷當(dāng)前點與上一個保留點的時間間隔和與輸入數(shù)據(jù)的終點間的時間間隔是否都大于tsl，若判斷為“是”則保留該點，然后j加1，并進入下一次循環(huán)，否則直接j加1，并進入下一次循環(huán)。若模塊15判斷為“否”則直接輸出，輸出參數(shù)為輸入的局部極大值點和循環(huán)中的保留點。以上為本發(fā)明的一個具體實施實例，下面繼續(xù)展示其他實例。圖6和圖7所示均為測試中對數(shù)據(jù)I進行包絡(luò)提取的結(jié)果例圖，圖7與圖6數(shù)據(jù)處理不同的是，圖7為不采用加噪模塊的處理結(jié)果，而圖6為采用了加噪模塊的處理。由于數(shù)據(jù)I中在兩個聲音中間存在一段“靜音區(qū)”，即數(shù)據(jù)值為0，如果不采用加噪模塊則會出現(xiàn)如圖7所示中間的明顯誤差。而采用了加噪模塊的包絡(luò)提取，如圖6所示，效果明顯好轉(zhuǎn)。在實際使用本發(fā)明時，建議默認(rèn)采用加噪模塊。圖8為待處理數(shù)據(jù)2，是成年男子用漢語普通話說出的“大聲”一詞的時域數(shù)據(jù)。圖9和圖10為對數(shù)據(jù)2進行包絡(luò)提取的結(jié)果，得到圖9和圖10的兩個處理的ts設(shè)置分別為0.01秒和0.03秒的常數(shù)，其他參數(shù)完全相同。從圖中可以看出，ts = 0.03秒的圖10的包絡(luò)比ts = 0.01秒的圖9的包絡(luò)更加平緩，說明時間尺度ts可以用來對包絡(luò)的平緩程度進行控制。在實際使用本發(fā)明進行數(shù)據(jù)包絡(luò)提取時，時間尺度不一定設(shè)置為常數(shù)，也可以在不同的時間選擇不同的時間尺度，但這要求使用者對數(shù)據(jù)有更加豐富的先驗知識。圖11，圖12和圖13所示分別為利用本發(fā)明提取的正常，患有二尖瓣狹窄和主動脈瓣關(guān)閉不全患者的心音包絡(luò)。通過三組心音數(shù)據(jù)包絡(luò)對比，可以對測試者心臟狀況進行評估，表明本發(fā)明可以用于心音檢測領(lǐng)域，可以為進一步的心臟疾病診斷打下基礎(chǔ)。圖14，圖15分別為溫度包絡(luò)和腦電包絡(luò)，運用本發(fā)明在對兩個不同領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)包絡(luò)進行提取，獲得數(shù)據(jù)中緩變的低頻成分，可為各領(lǐng)域工作者數(shù)據(jù)分析提供相應(yīng)的條件。最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法，該方法將包絡(luò)的變化快慢作為包絡(luò)提取的指標(biāo)，所述方法包含: 步驟101)用于設(shè)置某一長度的尺度參數(shù)、包絡(luò)幅度閾值、最大循環(huán)次數(shù)和最少極值點數(shù)參數(shù)的步驟； 步驟102)獲取一維數(shù)據(jù)幅度大于包絡(luò)幅度閾值的初步極大值點集合，依據(jù)最大循環(huán)次數(shù)或最少極值點數(shù)作為循環(huán)終止條件并以初步極大值點集合為輸入采用若干次循環(huán)逐步優(yōu)化尋找一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的極大值點；其中，每次循環(huán)首先采用極大值定義從上次循環(huán)結(jié)束輸出的極值點集合中進一步選取極大值點，如果進一步選取的極大值點中任意兩個極值點之間的橫坐標(biāo)距離大于尺度參數(shù)時，則保留該兩極值點及橫坐標(biāo)位于該兩個極值點間的上次循環(huán)輸出的若干極值點作為本次循環(huán)輸出的極大值點，否則僅保留該兩個極值點作為本次循環(huán)輸出的極大值點；所述每次循環(huán)均保留初步極大值點集合的兩端的端值作為極大值點； 步驟103)用于獲取優(yōu)化的端點極值點的步驟，從而完成一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)的極大值點的提取； 步驟104)采用三次樣條插值法對提取所有的一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)的極大值點進行插值，連成光滑曲線得到一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)。
其中，所述尺度參數(shù)的單位為一維數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)的單位；所述某一長度的尺度參數(shù)具體長度可調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法，其特征在于，所述保留的若干極值點的具體數(shù)目受限于設(shè)置的間隔參數(shù)，即保留的相鄰極值點對應(yīng)的橫坐標(biāo)的間隔大于設(shè)置的間隔參數(shù)； 其中，所述間隔參數(shù)為尺度參數(shù)與某個正整數(shù)相除的結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法，其特征在于，所述方法還包含:用于對一維數(shù)據(jù)進行加噪處理的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法，其特征在于，所述尺度參數(shù)為某一長度的時間參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法，其特征在于，所述步驟103)進一步包含: 分別在兩端極值點對應(yīng)的時刻兩端各取兩點，并分別延長至待提取的一維數(shù)據(jù)的時間兩端，若在端點上延長線上的點對應(yīng)幅度值大于待提取的一維數(shù)據(jù)的起始端或終止端點對應(yīng)的幅度值時，則取延長線上的幅度值為一維數(shù)據(jù)包絡(luò)上的優(yōu)化的端點極值點，否則取待提取一維數(shù)據(jù)的端點處的幅度值為一維數(shù)據(jù)包絡(luò)上的優(yōu)化的端點極值點。
6.一種一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取系統(tǒng)，該系統(tǒng)將包絡(luò)的變化快慢作為包絡(luò)提取的指標(biāo)，所述系統(tǒng)包含: 參數(shù)設(shè)置模塊，用于設(shè)置尺度參數(shù)、包絡(luò)幅度閾值、最大循環(huán)次數(shù)和最少極值點數(shù)參數(shù)； 一維數(shù)據(jù)包絡(luò)極值點獲取模塊，用于獲取一維數(shù)據(jù)幅度大于包絡(luò)幅度閾值的初步極大值點集合，依據(jù)最大循環(huán)次數(shù)或最少極值點數(shù)作為循環(huán)終止條件并以初步極大值點集合為輸入采用若干次循環(huán)逐步優(yōu)化尋找一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的極大值點；其中，每次循環(huán)首先采用極大值定義從上次循環(huán)結(jié)束輸出的極值點集合中進一步選取極大值點，如果進一步選取的極大值點中任意兩個極值點之間的橫坐標(biāo)距離大于尺度參數(shù)時，則保留該兩極值點及橫坐標(biāo)位于該兩個極值點間的上次循環(huán)輸出的若干極值點作為本次循環(huán)輸出的極大值點，否則僅保留該兩個極值點作為本次循環(huán)輸出的極大值點；所述每次循環(huán)均保留初步極大值點集合的兩端的端值作為極大值點； 確定一維數(shù)據(jù)包絡(luò)端點的幅度值的模塊，用于獲取待提取的一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的起始端和終止端的幅度值； 插值模塊，用于基于一維數(shù)據(jù)包絡(luò)極值點獲取模塊輸出的極值點及確定一維數(shù)據(jù)包絡(luò)端點的幅度值的模塊輸出的起始端和終止端的幅度值采用三次樣條插值法得到光滑一維數(shù)據(jù)包絡(luò)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一維數(shù)據(jù)包絡(luò)提取系統(tǒng)，其特征在于，所述保留的若干極值點的具體數(shù)目受限于設(shè)置的間隔參數(shù)，即保留的極值點對應(yīng)的橫坐標(biāo)的間隔大于設(shè)置的間隔參數(shù)的極值點； 其中，所述間隔參數(shù)為尺度參數(shù)與某個正整數(shù)相除的結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一維數(shù)據(jù)包絡(luò)提取系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包含加噪模塊，用于對待提取的一維數(shù)據(jù)進行加噪處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一維數(shù)據(jù)包絡(luò)提取系統(tǒng)，其特征在于，所述所述尺度參數(shù)為某一長度的時間參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一維數(shù)據(jù)包絡(luò)提取系統(tǒng)，其特征在于，所述確定一維數(shù)據(jù)包絡(luò)端點的幅度值的模塊分別在一維數(shù)據(jù)包絡(luò)極值點獲取模塊每次循環(huán)保留的兩端的極值點對應(yīng)的時刻兩端各取 兩點，并分別延長至待提取的一維數(shù)據(jù)的時間兩端，若在端點上延長線上的點對應(yīng)的幅度值大于待提取的一維數(shù)據(jù)的起始端或終止端點對應(yīng)的幅度值時，則取延長線上的幅度值為一維數(shù)據(jù)包絡(luò)上的優(yōu)化的端點極值點，否則取待提取一維數(shù)據(jù)的端點處的幅度值為一維數(shù)據(jù)包絡(luò)上的優(yōu)化的端點極值點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)提取方法及系統(tǒng)，所述方法包含設(shè)置尺度參數(shù)、包絡(luò)幅度閾值、最大循環(huán)次數(shù)和最少極值點數(shù)參數(shù)；獲取一維數(shù)據(jù)幅度大于包絡(luò)幅度閾值的初步極大值點集合，依據(jù)最大循環(huán)次數(shù)或最少極值點數(shù)作為循環(huán)終止條件并以初步極大值點集合為輸入采用若干次循環(huán)逐步優(yōu)化尋找一維數(shù)據(jù)包絡(luò)的極大值點；其中，每次循環(huán)中任意兩個極值點之間的橫坐標(biāo)距離大于尺度參數(shù)時，則保留該兩極值點及橫坐標(biāo)位于該兩個極值點間的上次循環(huán)輸出的若干極值點作為極大值點，否則僅保留該兩個極值點作為極大值點；且每次循環(huán)均保留初步極大值點集合的兩端的端值；優(yōu)化兩端端值的步驟；采用插值法在上述獲取的節(jié)點間進行插值得到一維數(shù)據(jù)的包絡(luò)。
文檔編號H03H17/02GK103178806SQ20111043887
公開日2013年6月26日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者馮海泓, 原猛, 孟慶林, 趙建平 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所