STFT에서 창 길이를 어떻게 최적화합니까?


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나는 많은 EEG 신호를 가지고 있으며 STFT (Short Time Fourier Transform)와 같은 선형 방법을 사용하여 분석하고 싶습니다. STFT에서, 분석 윈도우 길이를 어떻게 최적화하여 각 분석 윈도우의 주파수 스펙트럼을 적절한 방식으로 반영 할 수 있습니까?


무언가를 최적화하려면 객관적인 척도가 필요합니다. 귀하의 질문은 실제로 "최적의"창 길이를 측정하는 방법을 말하지 않습니다. 주파수 스펙트럼을 "적절한 방식으로"반영한다는 것은 무슨 뜻입니까?
Jason R

@Maen : EEG 신호를 분석하여 신호로 무엇을 하시겠습니까?
스리 람

투표와 최고의 답변 유효성 검사가 필요합니다
Laurent Duval

답변:


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이것이 푸리에 변환의 고전적인 "불확실성 원리"입니다. 시간에 높은 해상도 또는 주파수의 높은 해상도를 동시에 가질 수는 없습니다. 창 길이를 사용하면 둘 사이를 교환 할 수 있습니다.

EEG 신호에서 10ms의 해상도로 "이벤트"를 감지하려면이 길이가 창 길이 여야합니다. 이것은 약 100Hz의 주파수 분해능을 제공합니다.


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최적의 창 길이는 응용 프로그램에 따라 다릅니다. 보다 정확한 시간 도메인 정보가 필요한 응용 프로그램 인 경우 창의 크기를 줄이십시오. 응용 프로그램에서 주파수 도메인 정보를 더 구체적으로 요구하면 창의 크기를 늘리십시오. 힐 마르가 언급했듯이, Uncertainty Principle다른 선택의 여지가 없습니다. 한 번에 두 도메인 모두에서 완벽한 해상도를 얻을 수는 없습니다. 한 도메인에서만 다른 해상도 (시간 및 주파수 도메인) 또는 중간 해상도에서 비용이 들지 않고 두 도메인 모두에서 완벽한 해상도를 얻을 수 있습니다.

STFT에 대해 구체적으로 요청했기 때문에 이것이 귀하의 질문에 답변되는지 여부는 모르겠습니다. wavelet transforms신호의 정보를 얻는 데 사용할 수 있습니다 . Wavelet transforms여러 창 해상도에서 신호를 분석하여 훨씬 더 넓은 범위의 해상도를 제공합니다.


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나는 EEG를 모르지만 STFT를 사용할 때 기본적인 (문제를 말해야 할 수도 있습니다) 문제는 적절한 창 길이를 선택하는 것입니다. 뇌파가주기적이고 기본 및 고조파를 해결하려면 '긴'창을 사용해야합니다. 대신 일부 이벤트의 발생 또는 존재를 감지하거나 스펙트럼 범위에 더 관심이있는 경우 '짧은'창을 사용할 수 있습니다.


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시간-주파수 분석 또는 필터 뱅크에서 창을 최적화 하는 데 많은 시간을 보냈습니다 . 감지, 노이즈 제거, 신호 분리를 위해 이들을 최적화 할 수 있습니다. 응용 분야에 따라 매우 다릅니다. 시간-주파수 분석은 일반적으로 중복되므로 분석 또는 합성 창 최적화는 다른 작업입니다. 그리고 창 디자인에서 하나의 매개 변수의 길이 만 지정하십시오.

이산화 된 최적의 공식화가 연속적인 시간 영역의 경우보다 훨씬 복잡하기 때문에 문제는 훨씬 더 복잡합니다 (예 : 현지화 된 시간-주파수 성분을위한 최적의 집중된 가버 변환 참조 ).

그래서 현재의 실제 경험 법칙은 다음과 같습니다. 창 모양과 길이는 괜찮은 것처럼 보입니다. 그런 다음 길이가 두 배 반인 두 개의 창으로 분석을 반복하고 결과를 결합하십시오.


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일반적으로 넓은 창 크기는 더 나은 주파수 해상도를 제공하지만 시간 해상도는 좋지 않으며 그 반대도 마찬가지입니다. 내 C ++ 코드에서 5kHz 및 22050Hz의 샘플링 속도로 사인파의 스펙트로 그램을 생성 한이 예를 살펴보십시오.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

위의 스펙트로 그램은 2048 샘플의 윈도우 크기와 1024 샘플의 오버랩을가집니다.

이 스펙트로 그램을보십시오 :

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

이것은 512 샘플의 창 크기와 256 샘플의 겹침을 가지고 있습니다.

차이점을 볼 수 있습니까? 첫 번째는 두 번째보다 주파수 해상도가 더 좋습니다. 그러나 두 번째는 첫 번째와 비교할 때 시간 해상도가 더 좋습니다. 따라서 창 크기 선택은 응용 프로그램에 따라 다릅니다. 피치를 추적하기 위해 음성 샘플을 다루는 경우 더 큰 창 크기를 선택하는 것이 적절합니다.


단순한 사인파는 주파수 분해능을 설명하는 데 좋지 않습니다. 스위프 사인도 더 좋습니다.
jojek

당신에 따르면 어떤 입력이 좋을까요?
vishnu

나는 이미 위에서 언급했다.
jojek

스위프 사인을 의미합니까?. 사용할 수있는 다른 종류의 신호가 있습니까? 스펙트로 그램에 대한 프레젠테이션이 있고 슬라이드에 대한 좋은 내용을 슬라이드에 표시하고 싶습니다. 어떤 팁을 주셔서 감사합니다 :)
vishnu
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