Спектрограмма

[Алексей1153++]

Подскажите нормальную литературу на русском языке или вкратце объясните физическую суть спектрограммы звукового файла

а то находится всё такое заумное и только в виде формул. Я никак не могу в суть въехать

а задача - разобрать WAV файл (это я смог, там несложно), а потом пи помощи БПФ нужно получить спектрограмму. Цель - в некоторой записи у них там появился какой-то левый сигнал, его и надо выцепить

[Ochkarik]

сигнал можно представить в виде суммы каких то функций.
в случае БПФ - идет представление в виде суммы набора синусов-косинусов кратных частот(периода) с заданными амплитудами и фазами.
массив значений амплитуд этих синусов/косинусов для такого представления и является амплитудным спектром)

каждый спектральный отсчет отражает "вес" синусоиды данной частоты в исходном суммарном сигнале)



Добавлено через 4 минуты и 36 секунд:
например разложение для прямоугольного сигнала
(по трем синусоидам, So - синусоида с нулевой частотой то есть константа)
соответственно говорят, что спектр такого сигнала состоит из энного числа гармоник.

[Алексей1153++]

эту часть я понимаю- с этим ещё в универе познакомился

только такой момент: набор сэмплов в файле - это последовательность амплитуд, каждая за небольшой отрезочек времени, так ? То есть, если их рядом нарисовать, получится (условно) ступенчатая цифровая синусоида

вопрос: как из этого получить спектрограмму , как ещё отобразить и как анализировать увиденное на ней ?

Добавлено через 3 минуты и 25 секунд:
к примеру, вот он в какой-то программе смотрел спектр. И я там вижу линии - как это читать ? Как это строить ?

[Dale]

задача - разобрать WAV файл (это я смог, там несложно), а потом пи помощи БПФ нужно получить спектрограмму.

Слишком тернистый путь выбрали, тем более для звукового файла. Достаточно установить какой-нибудь звуковой редактор профессионального уровня (например, CoolEdit или его наследников, как там они сейчас называются). Там есть опция - можно выделить мышкой фрагмент и построить его спетрограмму.

Цель - в некоторой записи у них там появился какой-то левый сигнал, его и надо выцепить

Без проблем, при помощи CoolEdit я легко решал подобные задачи. Например, я налаживал AVR для системы IP-телефонии, и некоторые клиенты жаловались, что нажимали кнопки на аппарате, а срабатывали неправильные опции меню. Я попросил их понажимать кнопки поочередно от 0 до 9 на своем аппарате, записал сигнал в звуковой файл, проанализировал и увидел, что в спектре, помимо "правильных" частот DTMF, есть много лишней грязи, которая сбивала с толку программу распознавания тонального набора (дешевые китайские аппараты в то время часто грешили этим, в последнее время с подобной проблемой уже не сталкивался).
 

только такой момент: набор сэмплов в файле - это последовательность амплитуд, каждая за небольшой отрезочек времени, так ? То есть, если их рядом нарисовать, получится (условно) ступенчатая цифровая синусоида

Если интересует теория - то вкратце начать можно отсюда, а далее по ссылкам. Вся цифровая обработка сигналов (и звука в частноти) строится на оцифровке выборок и дальнейшей их обработке. Впрочем, если нужно лишь решить конкретную задачу, закапываться в теорию не обязательно, достаточно взять готовый инструмент (см. выше).

вопрос: как из этого получить спектрограмму ,

См. выше.

как ещё отобразить

См. выше.

и как анализировать увиденное на ней ?

А вот это уже творческий процесс, готовый рецепт заочно дать не могу.

[Алексей1153++]

Dale, дык, в том и дело, что я в этом не силён Может быть ты человеку поможешь, если не сложно ? Очень уж ему надоть. Не бесплатно, само собой. Если согласишься, напиши ЛС, а там разберёмся

[Ochkarik]

последняя картинка эт не совсем спектр. это ... называют по разному, я привык к называнию сонограмма (еще зовут спектрограммой). (по англицки waterfalls)
по вертикали отложено время,
по горизонтали - частота.
цветовой гаммой -амплитуда. (в данном случае - в желтый большая амплитуда, в синий - меньшая)

файл разбивается на пачки длинной N.
от каждой берется БПФ длиной N
 (сигнал действительный - спектр симметричный, отображается половина полученной после БПФ пачки): каждая строка - пачка преобразования.

[Алексей1153++]

каждая строка - пачка преобразования.

то есть, вся эта сонограмма получается шириной в условные N единиц времени, а строки пикселов, растущие вверх, строятся как развёртка луча ЭЛТ ?  как бы переносятся

[Ochkarik]

ну в данном случае сигнал действительный - спектр будет симметричный. поэтому ширина N/2

Добавлено через 6 минут и 24 секунды:
только ширина это уже не время а спектральные отсчеты
с шагом частоты между точками по горизонтали... dF = Fдискретизации/N [Гц]
а по вертикали шаг строчек =  N/Fдискретизации [сек]

PS частоты от 0 до  Fдискретизации/2 [Гц]

PPS полная длина по вертикали(времени) = Lотсчетов файла/N/Fдискретизации [сек]

PPPS N - степень двойки, 1024, 2048 и т.д. при использовании БПФ

[Алексей1153++]

аааа, мой моск )

а как оно так точно по вертикали синхронизируется ?

[Ochkarik]

что значит точно?

[Алексей1153++]

вертикальные линии - прямые получились на рисунке. Как этого добиваются ? Мне почему-то кажется, что всегда наклонные должны бы выходить. Но вижу, что это не так

[Ochkarik]

просто исходный сигнал такой.
то что ты видишь вертикальные линии - означает что в сигнале в течении всего файла постоянно присутствуют компоненты с одной частотой и почти неизменной амплитудой(громкостью)

ну это как нажали на фортепьяно одну клавишу "Ля" средней октавы... одна нота - одна частота(грубо).
пока она громко звучит - в сигнале присутствует частотная составляющая с частотой 440Гц и некоторой амплитуды(яркости)
как только она начинает затихать - амплитуда падает(частота не меняется) - яркость пропадет)

[Алексей1153++]

кажись , понемногу доходит )) А косая линия -это, выходит, и есть тот таинственный сигнал, причём он не постоянный, а , вроде, краткий импульс

[Dale]

Алексей1153++, а чего нам по личкам прятаться, вроде ничего плохого не затеваем. Выкладывайте запись, будем смотреть. Если помеха монохромная, то можем попробовать вырезать узкополосным заградительным фильтром (например, параметрическим эквалайзером). Или, если у парней есть нормальная аппаратура, тогда подскажу им настройки, как эту помеху задавить на уровне железа.

[Алексей1153++]

Dale, я ему ссылку на эту тему дал. Пусть сам расскажет, что ему надо , а мне, похоже, без стакана кефира не разобраться нифига ))

[Ochkarik]

вот та галочка?)
это сигнал, частота которого линейно уменьшается по времени. от высокой частоты в сторону низкой и обратно)

ее надо выделить из помех?)

[Алексей1153++]

видимо да

ждём автора всей затеи

[RXL]

"Галочка" - это сигнал с качающейся  частотой. Таких ровных в природе не встречается - сигнал явно искусственного происхождения. Обычно получают частотной модуляцией. Например, воздействием НЧ сигнала на запертый диод (не обязательно варикап), включенный в ВЧ колебательный контур. Подавить такой сигнал полосовым фильтром не выйдет - проще подавить модулирующий сигнал или нарушить условия модуляции.

[Ochkarik]

RXL, чего гадать, надо подробностей дождаться)
что за сигнал, каковы его параметры, что с ним надо сделать...
какие его параметры необходимо выделить, какие требования к обнаружению.
ну и что за среда распространения сигнала...

мне он пока напоминает ЛЧМ радиозонд в полосе пары МГц. если это так- то ничего "левого" в нем нет)))
и если это так - то файл видимо в комплексной форме записан.

[afess]

Всем привет! Пишет автор затеи, по которой ведется разговор. Постараюсь максимально описать свою задачу:
Есть wav файл с высокой частотой дискретизации (около 2 млн.) http://narod.ru/disk/38033302001/documents.zip.html (91 мб).
Этот файл записывался с программы "Perseus", которая работает вкупе с одноименным приемником радио эфира в диапазоне от 2 до 40 Мгц (вроде бы).
Сигнал писался на частоте 9 Мгц. На данном файле проскочил сигнал с ЛЧМ (короткая волна, она самая галочка на картинке выше), вероятно посланного из какой-то точки земного шара, отразившегося от ионосферы и попавшего в зону приема.
Нужно написать программу на С++ под QT, которая сможет прочитать этот wav файл и отобразить и отобразить его частотный спектр Быстрого Преобразования Фурье (БПФ),
подобными возможностями обладает программа Adobe Audition (картинка — это как раз wav файл открытый в этой программе в частотном спектре).
Это первый этап моей работы, а в последующие как раз и надо будет работать над определением параметров таких вот сигналов — строить ионограммы по этим сигналам, прослеживать куда этот сигнал направлялся и разработать алгоритм местоопределения передатчиков сигналов ЛЧМ.

[Finch]

afess, Я насколько знаю, точную точку передатчика узнают по трем пеленгам вынесенным на достаточно большие растояния. А у тебя еше отраженный (считай, хорошо искаженный) сигнал. И не факт, что можно даже уловить направление даже с узконаправленной антенной.

[RXL]

Если нужна теория, рекомендую: http://www.dspguide.com/pdfbook.htm
Книга уже много лет пополняется и бесплатно доступна в виде pdf.

Дискретное преобразование Фурье берет на вход N семплов и дает на выход N/2+1 комплексных чисел, где каждое число отображает амплитуду и фазу для данной частоты (амплитуда, умноженная на cos и sin для фазы сигнала на данной частоте в начале семпла). Частота для числа - Fsample/n, где n = 1..N/2. Дополнительное число сверх N/2 дает амплитуду постоянной составляющей. Примерно так.

Для поиска Фурье может и не потребоваться. Возможно можно обойтись сверткой (convolution).

[afess]

Спасибо, DSP guide — очень полезное руководство, я нашел на русском языке, может кому-нибудь понадобится DSP_Guide_Перевод М.Ф.Козлова.zip