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加伯轉換
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加伯轉換數學定義
根據高斯函數會從兩側遞減的性質,我們可以將上式進一步化簡:
讓積分範圍不是無限大,有利於實作。
加伯轉換為何選擇高斯函數作為窗函數
- 高斯函數為傅立葉轉換的特徵函數,因此經過轉換後其性質不變。因此可讓加伯變換後在時間軸和頻率軸的性質相互對稱。
加伯轉換加伯變換的一般化
改變高斯函數的寬度,和改變方形窗函數短時距傅立葉變換的效果類似。若選取較大的
,高斯窗函數較窄,則時間軸有較高的分辨率,頻率軸的分辨率會下降。反之,若選取較小的
,高斯窗函數較寬,則時間的分辨率下降,頻率軸的分辨率會上升。雖然還是有兩軸之間的分辨率的犧牲,但比起其他無法滿足測不準原理下限的窗函數,加伯變換的兩軸還是能相對維持較高的分辨率。
加伯轉換離散Gabor變換
Gabor表示的離散版本
類似於DFT(離散傅立葉變換),獲得分成N個離散分區的頻域。然後,這N個頻譜分區的逆變換導致時間窗的N值y(k),其由N個樣本值組成。對於具有N個樣本值的整個M時間窗口,每個信號y(k)包含K = N·M個樣本值:(離散Gabor表示)
根據上面的等式,N·M係數
對應於信號的樣本值K的數量。
對於過採樣
設置為
與N '> N,其導致離散Gabor表示的第二和中的N'> N個求和係數。在這種情況下,獲得的Gabor係數的數量將是M·N'> K.因此,可獲得比樣本值更多的係數,因此將實現冗餘表示。
加伯轉換應用例子
Gabor變換的主要應用用於時頻分析。以下面的等式為例。當t≤0時,輸入信號具有1Hz頻率分量,當t> 0時,輸入信號具有2Hz頻率分量
但如果可用的總帶寬是5Hz,則除了x(t)之外的其他頻帶被浪費。通過應用Gabor變換進行時頻分析,可以知道可用帶寬,並且可以將這些頻帶用於其他應用並節省帶寬。右側圖片顯示輸入信號x(t)和Gabor變換的輸出。正如我們所期望的那樣,頻率分佈可以分為兩部分。一個是t≤0而另一個是t> 0.白色部分是x(t)佔用的頻帶,不使用黑色部分。注意,對於每個時間點,存在負(上白部分)和正(下白部分)頻率分量。
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