Спосіб гомоморфної ідентифікації сигналів

Спосіб гомоморфної ідентифікації сигналів в заданій послідовності взаємозв'язаних операцій перетворення сигналу, за яким проводять низькочастотну фільтрацію сигналу в смузі частот аналізу, розділяють сигнал на сегменти аналізу однакової тривалості, узгодженої з інтервалом кореляції сигналу, формують на кожному сегменті аналізу значення дискретних часових відліків миттєвої щільності потужності сигналу шляхом застосування аналого-цифрового перетворення з частотою дискретизації за часом, узгодженою зі смугою час C2 2 (19) 1 3 87924 4 стичних, біомедичних, сейсмічних, ультразвукових) залежностями квантилів абсолютних значень гоі визначення статистичних характеристик значень моморфних функцій еталонних (зразкових, типогомоморфних функцій в діапазоні частот спектру вих) реалізацій гомоморфних функцій бази даних сигналу, що ідентифікується, є спосіб-прототип, в на основі відомих критеріїв узгодження [4]. якому в заданій послідовності виконують взаємоРішення поставленого завдання досягається зв'язані операції перетворення сигналу: проводять тим, що в заданій способом-прототипом послідовнизькочастотну фільтрацію сигналу в смузі частот ності взаємозв'язаних операцій здійснюють переаналізу; розділяють сигнал на сегменти аналізу творення сигналу, що досліджується: проводять однакової тривалості, узгодженої з інтервалом низькочастотну фільтрацію сигналу в смузі частот кореляції сигналу; формують на кожному сегменті аналізу; розділяють сигнал на сегменти аналізу аналізу значення дискретних часових відліків митоднакової тривалості, узгодженої з інтервалом тєвої щільності потужності сигналу шляхом застокореляції сигналу; формують на кожному сегменті сування стандартного аналого-цифрового переаналізу значення дискретних часових відліків миттворення з частотою дискретизації за часом, тєвої щільності потужності сигналу шляхом застоузгодженою зі смугою частот аналізу спектру, та сування стандартного аналого-цифрового перекроком квантування за рівнем, узгодженим з дитворення з частотою дискретизації за часом, намічним діапазоном амплітуд; здійснюють станузгодженою зі смугою частот аналізу спектру, та дартне логарифмічне перетворення значень миткроком квантування за рівнем, узгодженим з дитєвої щільності потужності сигналу по всім намічним діапазоном амплітуд; здійснюють стансегментам аналізу; формують на кожному сегменті дартне логарифмічне перетворення значень митаналізу дискретні відліки гомоморфної функції тєвої щільності потужності сигналу по всім сигналу шляхом застосування стандартного диссегментам аналізу; формують на кожному сегменті кретного перетворення Фур'є на сегментах; видіаналізу дискретні відліки поточної гомоморфної ляють модульні значення дискретних відліків пофункції шляхом застосування стандартного дисточних гомоморфних функцій сигналів по кретного перетворення Фур'є на сегментах; видісегментах аналізу; визначають статистичні харакляють модульні значення дискретних відліків потеристики (гістограми функцій розподілу або щільточних гомоморфних функцій сигналу по ності розподілу ймовірностей, оцінки середніх і сегментах аналізу; для кожної частоти гомоморфдисперсій) модульних значень гомоморфних фунної функції сигналу формують варіаційні ряди по кцій по всім сегментам аналізу для кожної частоти сегментах модульних значень дискретних відліків спектру сигналу; порівнюють отримані статистичні гомоморфної функції; для кожного варіаційного характеристики (гістограми функцій розподілу або ряду абсолютних значень відліків виділяють кванщільності розподілу ймовірностей, оцінки середніх тилі; формують залежності виділених квантилів від і дисперсій) гомоморфної функції сигналу, що додискретних значень частоти гомоморфної функції сліджується, по відомим критеріям узгодженості, сигналу; порівнюють отримані залежності квантинаприклад Колмогорова, з відповідними статистилів гомоморфної функції сигналу по відомим кричними характеристиками (гістограмами функцій теріям узгодженості, наприклад Колмогорова, з розподілу або щільності розподілів ймовірностей, відповідними залежностями квантилів гомоморфоцінками середніх і дисперсій) еталонних (зразконих функцій еталонних (зразкових, типових) реалівих, типових) реалізацій гомоморфних функцій зацій гомоморфних функцій бази даних. бази даних [2,3]. На Фіг.1 наведено структурну схему пристрою Основною причиною зниження ефективності гомоморфної ідентифікації сигналів (мовних, гідвідомих систем, що реалізують способи гомоморроакустичних, біомедичних, сейсмічних, ультрафної ідентифікації сигналів (мовних, гідроакустичзвукових) шляхом порівняння залежностей кванних, біомедичних, сейсмічних, ультразвукових), є тилів варіаційних рядів абсолютних значень те, що такі сигнали є випадковим нестаціонарним відліків поточної гомоморфної функції сигналу для процесом зі змінною дисперсією і складною форкожної частоти гомоморфної функції з аналогічнимою поточної гомоморфної функції. В результаті ми залежностями квантилів еталонних гомоморфцього, багатовимірні функції щільності розподілу них функцій бази даних, який реалізує об'єкт, що ймовірностей миттєвих модульних значень дисзаявляється - спосіб гомоморфної ідентифікації кретних відліків поточної гомоморфної функції сигсигналів, де позначено: налу на сегментах аналізу не є гаусовськими та є 1 - блок низькочастотної фільтрації сигналу в багатомодальними, що істотно ускладнює застосмузі частот аналізу; сування відомих статистичних критеріїв узгоджен2 - блок сегментації сигналу на сегменти ананя і знижує ймовірність несхибної ідентифікації лізу однакової тривалості, узгодженої з інтервалом [1,2]. кореляції сигналу; В основу винаходу «Спосіб гомоморфної іден3 - блок аналого-цифрового перетворення ситифікації сигналів» поставлено завдання підвигналу з частотою дискретизації за часом, узгоджещення ефективності відомих систем гомоморфної ною зі смугою частот аналізу спектру, та кроком ідентифікації сигналів (мовних, гідроакустичних, квантування за рівнем, узгодженим з динамічним біомедичних, сейсмічних, ультразвукових) шляхом діапазоном амплітуд; порівняння залежностей від частоти гомоморфної 4 - блок цифрового стандартного логарифмічфункції сигналу квантилів (квартилів, децилів, ного перетворення значень миттєвої щільності процентилів) варіаційних рядів по всіх сегментах потужності сигналу по всім сегментам аналізу сиганалізу поточних абсолютних значень гомоморфналу, що досліджується; ної функції сигналу на сегментах з відповідними 5 87924 6 5 - блок формування дискретних відліків потокцій бази даних, а вихід підключений до входу чної гомоморфної функції шляхом застосування блоку 12 гомоморфної ідентифікації сигналу за стандартного дискретного перетворення Фур'є на наслідками статистичного порівняння різниць відсегментах аналізу; повідних залежностей на основі критерію узгодже6 - блок виділення абсолютних значень відліків ності Колмогорова, вихід якого є виходом пригомоморфної функції сигналу на сегментах аналістрою гомоморфної ідентифікації сигналів зу; (мовних, гідроакустичних, біомедичних, сейсміч7 - блок формування варіаційних рядів виділених, ультразвукових) в цілому. них абсолютних значень по сегментах аналізу для З виходу блоку 1 фільтрації нижніх частот в кожної частоти гомоморфної функції сигналу; смузі частот аналізу сигнал поступає на вхід блоку 8 - блок виділення квантилів варіаційних рядів 2 сегментації сигналу на сегменти аналізу однакоабсолютних значень дискретних відліків гомоморвої тривалості, узгодженої з інтервалом кореляції фної функції сигналу по сегментах; сигналу, з виходу блоку 2 сигнал по сегментам 9 - блок формування залежностей квантилів подається на вхід блоку 3 аналого-цифрового певід дискретних значень частоти гомоморфної фунретворення з частотою дискретизації за часом, кції сигналу; узгодженою зі смугою частот аналізу спектру, та 10 - блок порівняння залежностей квантилів кроком квантування за рівнем, узгодженим з дигомоморфної функції сигналу, що досліджується, намічним діапазоном амплітуд сигналу на кожному та відповідних залежностей квантилів гомоморфсегменті аналізу. Сигнал, що досліджується, в циних функцій еталонних (зразкових, типових) реаліфровому вигляді з виходу блоку 3 подається на зацій гомоморфних функцій бази даних; вхід блоку 4 цифрового стандартного логарифміч11 - блок еталонних залежностей квантилів ного перетворення значень миттєвої щільності гомоморфних функцій еталонних (зразкових, типопотужності сигналу на сегментах аналізу; значення вих) реалізацій гомоморфних функцій бази даних; кожного сегменту сигналу з виходу блоку 4 посту12 - блок гомоморфної ідентифікації сигналу пають на вхід блоку 5 формування дискретних за наслідками статистичного порівняння залежновідліків поточної гомоморфної функції, з виходу стей квантилів гомоморфної функції сигналу, що блоку 5 дискретний сигнал подається до входу досліджується, та залежностей квантиліветалонблоку 6 виділення абсолютних значень дискретних них (зразкових, типових) реалізацій гомоморфних відліків поточної гомоморфної функції сигналу на функцій бази даних на основі відомого критерію сегментах аналізу. З виходу блоку 6 сигнал у виузгодженості Колмогорова. гляді залежностей дискретних значень гомоморфВихід блоку 1 низькочастотної фільтрації сигної функції по сегментах аналізу подається на вхід налу в смузі частот аналізу, вхід якого є входом блоку 7 формування варіаційних рядів по сегменпристрою, через послідовно з'єднанні блок 2 сегтах аналізу для кожної частоти гомоморфної фунментації сигналу на сегменти аналізу однакової кції сигналу, що досліджується, а з виходу блоку 7 тривалості, узгодженої з інтервалом кореляції сигвпорядковані по зростанню значення залежності налу, блок 3 аналого-цифрового перетворення гомоморфної функції у вигляді варіаційних рядів відліків миттєвої щільності потужності сигналу з надходять на вхід блоку 8 виділення квантилів частотою дискретизації за часом, узгодженою зі сформованих варіаційних рядів абсолютних знасмугою частот аналізу спектру, та кроком квантучень дискретних відліків поточної гомоморфної вання за рівнем, узгодженим із динамічним діапафункції по сегментах як порядкових статистик визоном амплітуд на кожному сегменті аналізу, блок біркового розподілу ймовірностей абсолютних 4 цифрового стандартного логарифмічного перезначень дискретних відліків поточної гомоморфної творення значень миттєвої щільності потужності функції для кожної частоти гомоморфної функції сигналу по всім сегментам аналізу сигналу, блок 5 сигналу. Виділені значення квантилів з виходу формування дискретних відліків поточної гомомоблоку 8 поступають на вхід блоку 9 формування рфної функції, шляхом застосування стандартного залежності квантилів гомоморфної функції від часдискретного перетворення Фур'є на сегментах тоти гомоморфної функції сигналу по кожному сеаналізу, блок 6 виділення абсолютних значень гменту аналізу, з виходу якого сигнал, у вигляді дискретних відліків гомоморфної функції сигналу залежностей квантилів від частоти гомоморфної на сегментах аналізу, блок 7 формування варіафункції, подається на перший вхід блоку 10 порівційних рядів виділених абсолютних значень по няння залежності квантилів гомоморфної функції сегментах аналізу для кожної частоти гомоморфсигналу та відповідних залежностей квантилів гоної функції сигналу, блок 8 виділення квантилів моморфних функцій еталонних (зразкових, типоваріаційних рядів абсолютних значень гомоморфвих) реалізацій гомоморфних функцій бази даних, ної функції по сегментах аналізу, блок 9 формущо поступають на його другий вхід з виходу блоку вання залежностей квантилів від дискретних зна11 еталонних залежностей квантилів гомоморфних чень частоти гомоморфної функції сигналу функцій еталонних (зразкових, типових) реалізацій підключений до першого входу блоку 10 порівнянгомоморфних функцій бази даних. Вихідний сигня залежностей квантилів гомоморфної функції нал блоку 10 у вигляді різниць залежностей квансигналу і відповідних залежностей квантилів етатилів сигналу та відповідних залежностей квантилонних (зразкових, типових) реалізацій гомоморфлів гомоморфних функцій еталонних (зразкових, них функцій бази даних, до другого входу якого типових) реалізацій гомоморфних функцій бази підключений вихід блоку 11 еталонних залежносданих подається на вхід блоку 12 гомоморфної тей квантилів гомоморфних функцій еталонних ідентифікації сигналу за наслідками статистичного (зразкових, типових) реалізацій гомоморфних фунаналізу різниць залежностей квантилів гомоморф 7 87924 8 ної функції сигналу, що ідентифікується, та відпонезалежно від негаусовського характеру багатовідних залежностей квантилів гомоморфних функвимірних функцій розподілу вибіркових значень цій еталонних (зразкових, типових) реалізацій госпектру сигналів, що досліджуються (мовних, гідмоморфних функцій бази даних на основі відомого роакустичних, біомедичних, сейсмічних, ультракритерію узгодженості Колмогорова. Вихід блоку звукових), істотно підвищується ефективність за12 є виходом пристрою гомоморфної ідентифікації стосування критерію узгодженості Колмогорова, сигналів в цілому. орієнтованого на статистичну ідентифікацію норНа Фіг.2 наведена залежність квартилів поточмально розподілених випадкових величин що, ної гомоморфної функції еталонного сигналу №1 зрештою, підвищує ймовірність вірної ідентифікації на прикладімовного сигналу бази даних, сигналу. на Фіг.3 наведена залежність квартилів поточКомплексне використання перерахованих відної гомоморфної функції еталонного сигналу №2 мітних особливостей та пов'язаних з ними позитина прикладі мовного сигналу, відмінного від етавних ефектів дозволяють забезпечити підвищення лонного сигналу №1, бази даних. ефективності гомоморфної ідентифікації сигналів На Фіг.4 наведена залежність квартилів гомо(мовних, гідроакустичних, біомедичних, сейсмічморфної функції сигналу №3 на прикладі мовного них, ультразвукових) шляхом порівняння залежносигналу, джерело якого ідентифікується. Зіставстей квантилів (квартилів, децилів, процентилів) лення різниць наведених залежностей квартилів варіаційних рядів гомоморфної функції від дискрегомоморфної функції від дискретних значень частних значень частоти поточної гомоморфної функтоти поточної гомоморфної функції мовного сигнації по всіх сегментах аналізу сигналу, що ідентифілу та еталонних (зразкових, типових) реалізацій кується, з відповідними залежностями квантилів гомоморфних функцій бази даних вказує на налевід цих же значень частоти гомоморфних функцій жність мовного сигналу, що ідентифікується, доеталонних (зразкових, типових) реалізацій гомостовірно встановленому джерелу сигналу №1, морфних функцій бази даних на основі відомих залежність квартилів поточної гомоморфної функкритеріїв узгодженості. ції еталонного сигналу №1 зображено на Фіг.2. Джерела інформації Використання більш інформативних залежностей 1. Рабинер Л.Р. Шафер P.B. Цифровая обраквантилів (децилів та процентилів) дозволяє підботка речевых сигналов: Пер. с англ. / Под ред. вищити ймовірність вірної ідентифікації сигналів М.В. Назарова и Ю.Н. Прохорова. - М.: Радио и (мовних, гідроакустичних, біомедичних, сейсмічсвязь, 1981. -495 с, ил. них, ультразвукових). 2. Стивен В. Смит. Научно - техническое рукоУ зв'язку з тим, що квантилі варіаційних рядів водство по цифровой обработке сигналов, 2-е абсолютних значень дискретних відліків поточних издание: Пер. с англ. / Под ред. В.Н. Покровский и гомоморфних функцій сигналів (мовних, гідроакусВ.И. Силантьев. - СП.: "АВТЕКС", 2001. - 395 с, ил. тичних, біомедичних, сейсмічних, ультразвукових) 3. Zilovic M.S. Ramachandrane P.R. Mammone по сегментах, як порядкові статистики вибіркового R.J. Speaker identification based on the use of robust розподілу ймовірностей абсолютних значень дисcepstral feature obtained from pole-zero transfer funcкретних відліків поточних гомоморфних функцій tion. IEEE Trans. Speech Audio Processing. 1995. для кожної частоти дискретної гомоморфної функ4. Дейвуд Дж. Порядковые статистики: Пер. с ції сигналу розподіляються по нормальному закону англ. - Μ.: Мир, 1989. - 540 с, ил. 9 87924 10 11 Комп’ютерна верстка Литвиненко Л.Г. 87924 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601