Главная » Просмотр файлов » Short-Time Fourier Analysis

Short-Time Fourier Analysis (779447), страница 2

Файл №779447 Short-Time Fourier Analysis (Mertins - Signal Analysis (Revised Edition)) 2 страницаShort-Time Fourier Analysis (779447) страница 22017-12-27СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

For a given window y ( t ) ,(7.32) representsa linear set of equations for determining g ( t ) . However,here, as with Shannon’s sampling theorem,a minimal sampling rate mustbe guaranteed, since (7.32) can be satisfied only for [35, 7212057.2. Discrete-Time SignalsUnfortunately, for critical sampling, that is for T W A = 27r, and equal analysisand synthesis windows, it is impossible to have both a goodtimeandagoodfrequency resolution. If y ( t ) = g ( t ) is a window that allows perfectreconstruction with critical sampling, then either A, or A, is infinite.

Thisrelationship isknown as the Balian-Low theorem[36]. It shows that it isimpossible to construct an orthonormal short-time Fourier basis where thewindow is differentiable and has compact support.7.2Discrete-Time SignalsThe short-time Fourier transform of a discrete-time signal x(n) is obtainedby replacing the integration in (7.1) by a summation. It is then givenby[4, 119, 321Fz(m,ejw)= C x ( n )r*(n- m ~e-jwn.)(7.34)nHere we assume that the sampling rate of the signal is higher (by the factorN E W) than the rate used for calculating the spectrum.

The analysis andsynthesis windows are denoted as y* and g, as in Section 7.1; in the followingthey aremeant to be discrete-time. Frequency W is normalized to thesamplingfrequency.In (7.34) we must observethat the short-time spectrumis a function of thediscrete parameter m and the continuous parameter W . However, in practiceone would consider only the discrete frequencieswk= 2nIc/M,k = 0 , .

. . , M -(7.35)1.Then the discrete values of the short-time spectrum can be given byX ( m ,Ic) =c).(Xy*(n - m N ) W E ,(7.36)nwhereX ( m ,k ) = F:(,,2Q)(7.37)andW M = e- j 2 ~ / M(7.38)Synthesis. As in (7.31), signal reconstruction from discrete values of thespectrum can be carried out in the formg(.)=ccccM-lm=-mk=OX ( m ,Ic) g(. - m N ) WGkn.(7.39)206Chapter 7. Short-Time Fourier AnalysisThe reconstruction is especially easy for the case N = 1 (no subsampling),because then all PR conditions are satisfied for g(n) = dnO t)G ( e J w )= 1and any arbitrary length-M analysis window ~ ( nwith) $0) = l / M [4, 1191.The analysis and synthesis equations (7.36) and (7.39) then becomeX ( m ,k ) =cr*(n).(X-m) WE(7.40)nandcM-lqn)=X ( n , k ) W&?(7.41)k=OThis reconstruction method is known as spectral summation.

The validity of?(n)= z(n) provided y(0) = 1/M can easily be verified by combining theseexpressions.Regarding the design of windows allowing perfect reconstruction in thesubsampled case, the reader is referred to Chapter 6. As wewill see below,the STFT may be understood as a DFT filter bank.Realizations using Filter Banks. The short-timeFourier transform, whichhas beendefined as theFourier transform of a windowed signal, can berealizedwith filter banks as well.

The analysis equation (7.36) can be interpreted asfiltering the modulated signals z(n)W& with a filterh(n) = r*(-n).(7.42)The synthesis equation (7.39) can be seen as filtering the short-time spectrumwith subsequent modulation. Figure 7.7 shows the realization of the shorttime Fourier transform by means of a filter bank. The windows g ( n ) and r(n)typically have a lowpass characteristic.Alternatively, signal analysis and synthesis can be carried out by meansof equivalent bandpass filters. By rewriting (7.36) aswe see that the analysis can also be realized by filtering the sequence ).(Xwith the bandpass filtershk(lZ) = y*(-n) WGk",and by subsequent modulation.k = 0,. .

. , M - 1(7.44)2077.3. Spectral Subtraction based on the STFTFigure 7.7. Lowpass realization of the short-time Fourier transform.Rewriting (7.39) asccM-I--k(n-mN)(7.45)m=-cc k=Oshows that synthesis canbeachievedwithmodulatedfilters as well. Toaccomplish this, first the short-time spectrum is modulated, then filteringwith the bandpass filtersgk(n) = g ( n )wi-kn,L = 0,.

. . , M-1,(7.46)takes place; see Figure 7.8.We realize thattheshort-timeFourier transformbelongs to the classof modulated filter banks. On the other hand, it has been introduced as atransform, which illustrates the close relationship between filter banks andshort-time transforms.The most efficient realization of the STFTis achieved when implementingit as a DFT polyphase filter bank as outlined in Chapter 6.7.3 Spectral Subtraction based on the STFTInmanyreal-wordsituationsoneencounterssignals distorted by additivenoise. Several methods areavailable for reducing the effect of noise in a more orless optimal way. For example, in Chapter 5.5 optimal linear filters that yielda maximum signal-to-noise ratio were presented.

However, linear methods areChapter 7. Short-Time Fourier Analysis208Figure 7.8. Bandpass realization of the short-time Fourier transform.not necessarily the optimal ones, especially if a subjective signal quality withrespect to human perception is of importance. Spectral subtraction is a nonlinear method for noise reduction, which is very well suited for the restorationof speech signals.We start with the modelwhere we assume that the additive noise process n(t) is statistically independent of the signal ~ ( t Assuming).that the Fourier transform of y ( t ) exists, wehaveY ( w )= X ( w ) N(w)(7.48)+in the frequency domain.

Due to statistical independence between signal andnoise, the energy density may be written as(7.49)If we now assume that E { IN(w)12} is known, the least squares estimate forIX(w)I2 can be obtained aslX(412= IY(w)I2 - E { I N ( w ) 1 2 )*(7.50)Inspectralsubtraction,oneonlytriesto restorethemagnitudeof thespectrum, while the phase is not attached.

Thus, the denoised signal is givenin the frequency domain asX ( w ) = IR(w)I L Y ( w ) .(7.51)7.3. Spectral Subtraction based on the STFT209Keeping the noisy phase is motivated by the fact that the phase is of minorimportance for speech quality.So far, the time dependence of the statistical properties of the signaland the noise process hasnotbeenconsidered. Speech signals are highlynonstationary, but within intervals of about 20 msec, the signal propertiesdo not change significantly, and the assumption of stationarity is valid on ashort-time basis. Therefore, one replaces the above spectra by the short-timespectra computed by the STFT. Assuming a discrete implementation, thisyieldsY ( m ,k ) = X ( m ,k ) N ( m ,k ) ,(7.52)+is the STFT ofwhere m is the time and k is the frequency index. Y(m,k)Y (m).Instead of subtracting an average noise spectrum E { I N ( w ) I 2 } ,one triesto keep track of the actual (time-varying) noise process.

This can for instancebe done by estimating the noise spectrum in the pauses of a speech signal.Equations (7.50) and (7.51) are then replaced byl X ( m 7 k ) 1 2= IY(m,k)12 - p v ( G k ) l 2(7.53)X ( m , k ) = I X ( m ,k)l L Y ( m ,k ) ,(7.54)andhwhere IN(m,k)I2 is the estimated noise spectrum.Y (m,k ) l2 Since it cannot beassured that the short-time spectrasatisfy IIN(m,k)I2 > 0, V m , k , one has to introduce further modifications such asclipping. Several methods for solving this problem and for keeping track ofthe time-varying noise have been proposed. For more detail, the reader isreferred to [12, 50, 51, 60, 491.

Finally, note that a closely related technique,known as wavelet-based denoising, will be studied in Section 8.10.h.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
964,53 Kb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6384
Авторов
на СтудИзбе
308
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее