这个方程如何对应于平滑?

信息处理 语音识别 平滑 演讲
2022-01-18 00:22:18

请帮助我理解数据的平滑。这是对我之前在此处发布的问题的跟进特别是 Junuxx 的最佳答案,他说平滑函数 f(x) 的方法是:

f[t]=0.1f[t1]+0.8f[t]+0.1f[t+1]

在这里我们可以看到,对于 f[x] 中的每个点,我们对该点及其两个相邻点进行加权平均,以获得 f[t] 的平滑版本,称为 $f'[t]美元。

一篇关于语音增强的论文解释了以下形式的方程

y[i]=a[i]y[i1]+(1[i])x[i]

帮助我们将 y 的值作为 x 的递归平滑。这里 a[i] 充当平滑参数,它本身计算为

a[i]=α+(1α)p[i]

其中 p[i] 在别处计算,alpha 是一个常数。y[i]a[i]x[i] 都是具有 i 个元素的数组。

如何将 y[i] 的方程与 f[t] 的方程联系起来?它们都用于平滑数据,但是 f[t] 的方程包含 f[x] 本身的数组中连续点的加权平均值,而 y[i] 的方程不包含连续数据x[i] 的积分。我们如何将这个方程理解为对 x 中的数据进行平滑处理?

如果在断章取义时这个问题不相关,那么我很乐意提供更多细节。

1个回答

您给出的第一个方程是低通 FIR 滤波器的差分方程,或具有持续时间有限的脉冲响应的线性滤波器。我会用不同的方式写它(以便它在时间和因果上明确离散):

fs[n]=0.1f[n2]+0.8f[n1]+0.1f[n]

fs[n] is the smoothed version of the discrete-time input sequence f[n], generated by passing f[n] through an FIR filter with the coefficients [0.1,0.8,0.1]. The frequency response of this filter is as follows:

在此处输入图像描述

事实证明,它不是一个非常好的低通滤波器。顾名思义,低通滤波器应该通过低频内容,同时去除高频内容。这提供了您正在寻找的“平滑”动作,因为“锯齿状”、非平滑特征与高频相关,因为它们随时间迅速变化。

您的第二个方程是低通IIR 滤波器的一个示例,它是一种线性滤波器,其脉冲响应的持续时间是无限的。滤波器的差分方程为:

y[n]=αy[n1]+(1α)x[n]

其中 $x[n]$ 是过滤器输入,$y[n]$ 是过滤器输出。这种类型的滤波器通常用作低复杂度的低通滤波器,通常称为泄漏积分器它因其简单的实现、低计算复杂度和可调性而受到青睐:它的截止频率取决于 $\alpha$ 的值。$\alpha$ 可以在区间 $[0,1)$ 上取值。$\alpha = 0$ 根本不产生过滤(输出等于输入);随着$\alpha$ 的增加,滤波器的截止频率降低。您可以将 $\alpha = 1$ 视为截止频率无限低(滤波器输出始终为零)的边界情况。x[n] is the filter input and y[n] is the filter output. This type of filter is often used as a low-complexity lowpass filter and is often called a α. α can take on values on the interval [0,1). α=0 yields no filtering at all (the output is equal to the input); as α increases, the cutoff frequency of the filter decreases. You can think of α=1 as a boundary case where the cutoff frequency is infinitely low (the filter output is zero for all time).

例如,如果$\alpha = 0.8$,则滤波器的频率响应如下:α=0.8, the frequency response of the filter is as follows:

在此处输入图像描述

这是比您的 FIR 示例更好的过滤器;它在频带的上端产生了更好的频率衰减。尽管通过查看差分方程可能并不明显(因为从滤波器输出返回到其输入的反馈),但由于其低通特性,它有效地对输入进行了平滑处理。我不确定此描述是否对您的应用程序特别有意义,但这些是非常基本的信号处理概念;对介绍性 DSP 文本的一些研究可以帮助填补空白。

编辑:根据要求,这是一个在同一轴上显示两个响应的图,说明了 FIR 示例滤波器提供的相对较差的衰减:

在此处输入图像描述