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數(shù)學心

第三百九十九章 希爾伯特變換(傅立葉變換)

數(shù)學心 蔡澤禹 1486 2021-01-01 22:53:22

  在數(shù)學與信號處理的領域中,一個實值函數(shù)的希爾伯特變換(Hilbert transform)——在此標示為H——是將信號s(t)與1/(πt)做卷積,以得到s'(t)。

  因此,希爾伯特變換結果s'(t)可以被解讀為輸入是s(t)的線性時不變系統(tǒng)(linear time invariant system)的輸出,而此系統(tǒng)的脈沖響應為1/(πt)。

  這是一項有用的數(shù)學,用在描述一個以實數(shù)值載波做調(diào)制的信號之復數(shù)包絡(complex envelope),出現(xiàn)通訊理論中發(fā)揮著重要作用.

  希爾伯特對奈奎斯特說:“對于信號的處理,我們雖說知道用傅立葉分析,但是我們需要用快速的方法來進行傅立葉分析?!?p>  奈奎斯特說:“數(shù)據(jù)是離散的,所以我們有辦法來快速的計算頻譜的概率?!?p>  希爾伯特說:“需要做一種變化,讓這個過程快速而穩(wěn)定。”

  奈奎斯特說:“有什么更好的辦法嗎?”

  希爾伯特說:“求信號的包絡線,讓包絡線來反應頻譜的信息?!?p>  奈奎斯特說:“那用什么辦法來求?”

  希爾伯特說:“當然是用積分法,積分的圖形不就是信號的包絡線嗎?”

  奈奎斯特說:“都是離散的點,如何使用積分?”

  希爾伯特說:“卷積,對應時間值就是信號前幾個值的相加,而形成一種新函數(shù)?!?p>  奈奎斯特說:“可是,這樣越加越大呀!”

  希爾伯特說:“每加一段,都要減去一個平均值。”

  奈奎斯特說:“聽起來倒是有有趣方法,就是需要考慮初始值了,這肯定對實驗結果影響大?!?p>  1998年,Norden E. Huang(黃鍔:中國臺灣海洋學家)等人提出了經(jīng)驗模態(tài)分解方法,并引入了Hilbert譜的概念和Hilbert譜分析的方法,美國國家航空和宇航局(NASA)將這一方法命名為Hilbert-Huang Transform,簡稱HHT,即希爾伯特-黃變換。

  黃鍔自從研究出希爾伯特黃變換之后,就開始直接拿自己的這套算法做實驗,看看自己的這套算法是不是真的管用。

  首先,他找到了十幾個人,讓這個十幾個人各自說話,讓聲音變得嘈雜無比,之后黃鍔把這些嘈雜的聲音收集起來,變成數(shù)據(jù)信號,然后用自己的這個算法看能不能區(qū)分嘈雜聲音里的這十幾個人。

  發(fā)現(xiàn)可以區(qū)分開來。

  之后讓這些聲音信號變得粗糙一些,這樣占用的數(shù)據(jù)會少些,看看能不能識別出這十幾個人來。如果聲音粗糙的情況下,還能識別出來,就說明這個算法是很強大的。

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