我可以在频域中对信号进行平方以降低噪声吗?

信息处理 傅里叶变换 去噪
2022-02-06 16:10:43

假设这是我测量的 FFT:

在此处输入图像描述

你可以看到有一个清晰的峰值,其余的是噪音。我想减少噪音,所以我对 FFT 求平方并对其进行归一化:

在此处输入图像描述

峰值现在更加清晰,因此(相对)噪声已经降低,但代价是也改变了非噪声信号。现在更容易识别频率峰值,当然我们可以使用大于 2 的幂来增加这种效果。

有没有套路?这个常用吗?我想主要问题是信号受到影响。

3个回答

对信号进行平方等于将其与自身相乘。

频域中的乘法是时域中的卷积。

因此,您将时域中的信号与其时间倒数相关联。除了一类非常特殊的信号(即,它们自己的时间倒数的信号)之外,我认为这不会产生有益的影响。

您首先忘记了为什么对 SNR 感兴趣。这不是为了 SNR 本身。它来自假设您的信号基本上没有受到伤害,但覆盖有附加噪声。你打破了这个假设。

此外,效果纯粹是光学的。你知道,正数平方是一个单调的操作。因此,如果您需要找到比其他东西“明显更大”的东西,您也可以使用原始图表来做到这一点。

然而,调整 Y 轴以能够发现幅度非常不同的信号是一件很常见的事情:对于 PSD 样式的图,您通常不会以线性比例查看 abs(spectrum),而是将其转换为dB,这是一个对数刻度;事实上,它因此与你的多项式尺度完全相反,但它对现实世界的信号更有用。

在某些情况下,您可以对时间信号进行平方(例如,以便轻松恢复 BPSK 信号的时间),但是从我的脑海中,我想不出任何可以使用平方 DFT 的地方;如果我们知道信号具有时间反比部分并且正在寻找它,则可能会很有用。

请注意,Laurent 正确地指出“平方”是一个不精确的术语,在复杂的意义上,您通常会将其用作“与复共轭相乘”,但这并没有太大的区别。

除了@Marcus Müller 所写将信号与噪声分开,或减少噪声因此,应用任何严格单调的函数将导致双射,具有唯一定义的新颖阈值,因为您将有一个双射。由于它是唯一定义的,理论上这对您没有多大帮助。你只是以一种可逆的方式“扩张”你的轴。τff(τ)y

另外,从 SNR 的角度来看,您处理的信号和噪声不同。因此,您将无法比较 SNR。正如您所说:“信号受到影响”。

在实践中,这样的转换可以帮助一点点,对于已经说过的可视化,或者当系数之间的相对比例不方便时。但是您应该注意何时,在您的情况下您看不到,因为x由@Gilles回答)。f(x)>xf(x)<xxx2x[0,1]

请记住,信号处理技术变得更加有用,因为信号电平在某种程度上低于噪声。然后,仅仅平方可能会造成很大的伤害。

然而,平方函数可以帮助推导出一些计算(估计量),因为结果与能量是同质的,在正交变换下保持不变,并且有时在该域中设计一些信号或噪声估计量,通常带有额外的分布假设。例如,参见 具有超高斯先验的幅度平方 DFT 系数的 MMSE 估计(摘要):

我们提出了两个最小均方误差 (MMSE) 频域估计器,它们是被加性噪声降级的干净语音信号的平方幅度。这些估计器是在假设干净语音的 DFT(离散傅立叶变换)系数最好由 Gamma 概率分布函数 (pdf) 而非普通高斯 pdf 建模的情况下推导出来的。扰动噪声的统计数据在一种情况下是高斯 pdf,在另一种情况下是拉普拉斯 pdf。估计器在实验评估中用作降噪滤波器。我们与先前导出的估计器进行比较,该估计器使用高斯 pdf 作为语音和噪声系数的 pdf。

补充@Marcus Müller 所说的话;看到你的 FFT 幅度是而你的噪声值小于将结果平方确实确实使这些值平方。小于的值的平方甚至比值本身还要小。这给您减轻噪音的视觉印象。数学上:111

x2<x0<x<1

在这种情况下,您的噪声值。您的信号值被归一化为接近一,平方一给您,(仅适用于)。但是,如果信号和噪声的值大于,则平方后的视觉印象会有所不同。 1x2=xx=0x=11