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  • 短时傅里叶变换原理解

      前一段时间项目需要学习了短时傅里叶变换,今天我来总结一下现阶段对短时傅里叶变换的理解。

      短时傅里叶变换是最常用的一种时频分析方法,它通过时间窗内的一段信号来表示某一时刻的信号特征。在短时傅里叶变换过程中,窗的长度决定频谱图的时间分辨率和频率分辨率,窗长越长,截取的信号越长,信号越长,傅里叶变换后频率分辨率越高,时间分辨率越差;相反,窗长越短,截取的信号就越短,频率分辨率越差,时间分辨率越好,也就是说短时傅里叶变换中,时间分辨率和频率分辨率之间不能兼得,应该根据具体需求进行取舍。

      简单来说,短时傅里叶变换就是先把一个函数和窗函数进行相乘,然后再进行一维的傅里叶变换。并通过窗函数的滑动得到一系列的福利也变化结果,将这些结果排开便得到一个二维的表象。

      短时傅里叶变换的公式为

    其中Z(t)为源信号,g(t )为窗函数。

      为方便计算机处理,一般把信号进行离散化处理,具体公式为

      短时傅里叶变换的编程思路如下:

      1.第一步,确定相关参数。主要包括原信号,窗函数,窗长,重叠点数,采样频率,傅里叶点数等。

       其中傅里叶点数主要用于在傅里叶变换过程中使用,当信号长度小于傅里叶点数时,系统会自动进行补零,然后再进行快速傅里叶变换。

      2.第二步,计算把源信号和窗函数转换为列向量。计算信号长度,并根据信号长度nx、窗长WinLen以及重叠点数noverlap计算出窗滑动的次数n,也就是指后面把源信号分成列时信号的列数。

       n=fix((nx-noverlap)/(WinLen-noverlap))

      3.把每次窗函数滑动所选取的信号表示为列,确定每一列的值,得到一个列数为n,行数为WinLen的矩阵Fig。

       colindex = (0:(t-1))*(WinLen-noverlap);
       rowindex = (1:WinLen)';

       xin = zeros(frame_length,t);
       xin(:) = x(rowindex(:,ones(1,t))+colindex(ones(WinLen,1),:));

      4.把转换为列向量的窗函数扩展为n列的矩阵w,并对矩阵Fig和w进行点乘,并对点乘的结果进行快速傅里叶变换,得到时频矩阵。

      xin = win(:,ones(1,t)).*xin;

      5.根据时频矩阵,输出频谱图。

      以上就是我对短时傅里叶变换实现过程的理解,后面如果有新的理解,我会继续修改进行完善!

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