Brevet FR2601164A1 — publié le 19880108

i. " Procédé pour la détermination de la variation en fonction du temps de plusieurs raies spectrales d'évolutions de signaux." __________________5 L'invention concerne la mesure de la position en fréquence de plusieurs raies spectrales dans la représentation spectrale d'évolutions de signaux, principalement lorsqu'a lieu une variation de la position en fréquence des raies spectrales en fonction du temps, par exemple 10 par modulation de fréquence. L'invention peut être appliquée dans le diagnostic technologique, par exemple dans des examens de rotation, dans l'analyse de la parole et dans îes secteurs de la médecine, par exemple dans la rééducation d'handicapés de la voie ou de la parole. Pour la détermination de la variation en fonction du temps de plusieurs raies spectrales, on connait l'analyse de Fourier pour des intervalles de temps successifs (par exemple dans l'appareil 2031 de la firme BrUel et Kjaer). L'utilisation de l'analyse de Fourier pour 20 intervalles de temps successifs est effectuée jusqu'à présent avec N données de mesure, toutes les N données de mesure étant éventuellement multipliées, avant la transformation, par des fonctions fenêtre spéciales, par exemple par une fonction de Haning, afin de diminuer les effets de troncature. Par suite des N données de mesure, 2. dans un temps de balayage donné tA; la résolution de la fréquence est: f = 1/NtA Pour les basses fréquences K/NtA (K = 1,2...) il y a par conséquent une grande erreur relative, qui empêche dans cette zone une détermination exacte de la variation en fonction du temps de la position en fréquence de-raies spectrales. Malgré une grossière résolution de la fré10 quence a f, l'exactitude avec laquelle sont déterminées les raies spectrales pourrait être supérieure à la résolution de la fréquence à condition que soit présent un signal sensiblement périodique dont la période de base soit entièrement couverte par N données de mesure. Si les N 15 données de mesure couvrent plus ou moins qu'un multiple de la période de base, on aboutit aux effets de troncature connus, qui,non seulement provoquent des erreurs d'amplitude mais produisent aussi des raies spectrales supplémentaires dans le spectre de Fourier. D'après la publication de Auth 20 W.; Lacroix A.: "Dreidimensionale Darstellung von Sprachgrundfrequenzsynchron berechneten Sprach-Spektrogrammen" (Représentation tridimensionnelle de spectrogrammes de parole calculés de façon synchrone par rapport à la fréquence de base de la parole), NTZ, H. 10 (1971) p. 502-507, on sait, par conséquent, effectuer la transformation de Fourier avec un ensemble de N valeurs qui recouvrent toujours une période de base ou un multiple de celle-ci. De cette fa7on, malgré une grossière résolution de la fréquence, il en résulte pour des segments de signaux de courte durée une gran30 de exactitude des raies spectrales déterminées à l'intérieur du cadre de fréquence tilf. L'inconvénient réside dans le fait que le nombre M doit prendre également des valeurs continues pour des variations continues de la période de base, et, par conséquent, il n'est pas possible d'appliquer 35 directement l'algorithme de la rapide transformation de 26011-64 3.- Fourier, car celui-ci ne permet pas une variation continue du nombre des points. Afin de mettre néanmoins à profit, pour la détermination spectrale de segments de signaux de courte durée, les avantages liés à la rapidité de la rapide transformation de Fourier, conformément à la publication de Schafer, R.W., Rabiner L.R; "Digital representation of Speech Signals; (représentation numérique de signaux de parole), Proceedings of the IEEE, volume 63, no 4, Avril 1975, pages 662-677, 10 à l'intérieur de la période de base, on complète avec la valeur 0 le nombre de points de mesure à autant de points qu'il le faut, jusqu'à ce que soit atteint le nombre N qui est nécessaire pour une rapide transformation de Fourier, Cela présente toutefois l'inconvénient que cela conduit 15 à une convolution de la fonction de fenêtre (par exemple fonction de Hanning dans la publication de Schafer avec N-M zéros supplémentaires) par les valeurs mesurées. Cette convolution "brouille" et décale les raies spectrales et, de cette façon, dégrade à nouveau la résolution de la 20 fréquence et l'exactitude des raies spectrales qunt à l'amplitude et la position en fréquence. Le but de l'invention est de déterminer la variation en fonction du temps de la position en fréquence, de manière que la modulation de fréquence soit résolue de 25 façon suffisamment précise en tant que variation des raies spectrales en fonction du temps. L'objet de l'invention est de déterminer, à l'aide de la rapide transformation de Fourier, l'évolution en fonction du temps de plusieurs raies spectrales d'un spectre de fréquence constitué de segments de signaux ce courte durée, le nombre des données de mesure qui sont requises pour la transformation de Fourier devant être déterminé de manière à éviter une influence négative sur l'exactitude de la position en fréquence des raies spectra35 les. 4. Be but est atteint, selon l'invention, dans un procédé dans lequel des segments de signaux successifs sont captés numériquement et les signaux sont soumis à une rapide transformation de Fourier, caractérisé en ce que l'ensemble des valeurs mesurées de chaque segment de signal qui couvrent la période de base, sont mises à la suite les unes des autres en séquence se répétant jusqu'à ce que soit atteinte ou juste dépassée une puissance à base 2 (2n) ou un nombre approprié pour la rapide transformation de 10 Fourier, et l'on soumet la succession de signaux ainsi composée à la rapide transformation de Fourier en déterminant dans une première étape, de façon connue, la période de base T du premier segment de signal et en mettant en mémoire dans une première zone de mémoire les M valeurs 15 mesurées y appartenant, en ce que, dans une deuxième étape, les M valeurs mesurées sont transférées dans une deuxième zone de mémoire comportant N positions de mémoire, les M valeurs mesurées provenant de la première zone de mémoire étant d'abord mises en mémoire sur les premières M positions 20 de mémoire de la deuxième zone de mémoire dans le même ordre que dans la première zone de mémnoire et ensuite les N-M positions de mémoire suivantes dans la deuxième zone de mémoire étant occupées dans le même ordre, si bien qu'il en résulte les k À M + I données dans la deuxième zone de mémoire en tant qu'une succession de N données de mesure se répètent, le nombre des L données caractérisant la troncature lorsqu'est atteint le nombre de N données, en ce que, dans une troisième étape, est effectuée la rapide transformation de Fourier des N valeurs mesurées provenant 30 de la deuxième zone de mémoire, et en ce que, dans une quatrième étape, les intensités des i. K-èmes raies spectrales sont adressées et envoyées vers la sortie ou l'affichage, i prenant les valeurs 1, 2... M /2 et K déterrinant la partie du nombre entier du rapport N/M, et en ce 35 que les étapes du processus sont ensuite répétées pour 5. les segments de signaux suivants. Les intensités des raies spectrales ainsi déterminées peuvent être portées, en tant que valeurs fonctionnelles dépendantes, sous forme de courbe en fonction du temps sur une période fixe At ou en fonction de la période de base par l'intermédiaire du capteur de la période de base, chaque raie spectrale étant représentée par une bande dont le bord inférieur est déterminé par la position en fréquence, dont la hauteur est déterminée par 10 l'intensité et dont l'extension en abscisse est déterminée par le temps. De procédé est approprié pour la détermination de signaux non stationnaires de spectres de courte durée, lorsque dans un segment de signal (intervalle de temps) s'applique par approximation un comportement sta15 tionnaire. Cela signifie que l'évolution des signaux non stationnaires, qui est marquée par une modulation d'amplitude et de fréquence, est décomposée en segments dans lesquels la modulation d'amplitude et de fréquence est encore négligeable. Cela est possible pour de nombreux signaux 20 technologiques et biologiques, par exemple accroissement de puissance d'un appareil industriel, voix ou similaires. La modulation d'amplitude et de fréquence se manifeste alors par une variation dans le temps des spectres de courte durée. Ce procédé offre l'avantage que l'exactitude de la position en fréquence des raies spectrales provenant de segments de signaux de courte durée dans le spectre, qui est formé après la rapide transformation de Fourier, est accrue par rapport aux procédés connus. Une autre possibilité consiste à effectuer dans une première étape une conveversion analogiquenumérique du signal à analyser, avec une fréquence de balayage qui est au moins supérieure par le facteur L à la valeur qu'elle devrait avoir, selon le postulat du théo35 rème de balayage, pour la fréquence la plus élevée à ana- 260 1 164 6. lyser, à déterminer, de façon connue, dans une deuxième étape, la période de base du premier segment de signal avec les M valeurs mesurées y appartenant, à sélectionner, dans une troisième étape, les premières M/L valeurs mesu5 rées, parmi les M valeurs mesurées, en ne captant dans une mémoire que chaque L-ièie valeur, jusqu'à ce que soit atteint ou dépassé un nombre de données admissible pour la rapide transformation de Fourier, par exemple une entière puissance à base deux (2n), à effectuer, dans une quatriè10 me étape, la rapide transformation de Fourier, à déterminer de façon connue, dans une cinquième étape, les intensités des raies spectrales, et à les envoyer vers la sortie ou l'affichage, et à répéter ensuite les étapes du processus pour les segments de signaux suivants. GrAce à la fréquence de balayage, augmentée par le facteur L, on aboutit à ce que les M/L points de mesure à transformer se distribuent dans la période de base de la fenêtre de mesure, si bien que l'effet de troncature est plus faible que s'il était déterminé par 20 le nombre qui serait donné sur la base du théorème de balayage. La présente invention est illustrée par les exemples descriptifs et non limitatifs ci-après et à l'aide des dessins annexés, dans lesquels: 25 - la figure 1 représente: a) le spectre de puissance du signal de parole "0", à une fréquence de balayage de 26713 Hz, une fenêtre de mesure de 9 ms (240 points de mesure) et avec une inclusion de zéros subséquente à 4 Y. b) le spectre de puissance du signal de parole "0", à une fréquence de balayage de 26713 Hz, et à une fenêtre de mesure de 150 ms (4000 points de mesure), - la figure 2 représente: a) le spectre de puissance selon la figure 35 lb, 7. b) le spectre de puissance du signal de parole "0" à une fréquence de balayage de 26713 Hz et avec mise en oeuvre du procédé selon l'invention, -la figure 3 représente un ensemble pour la mise en oeuvre du procédé. En comparant les spectres des figures la et lb, il apparaît nettement le "brouillage" et le décalage des pics, lorsque l'inclusion de zéros a été effectuée par les méthodes connues (inclusion de zéros après déter10 mination de la période de base, jusqu'à ce que soit atteint un nombre N qui soit admissible pour une rapide trarnsformation de Fourier). La figure 2 démontre l'amélioration qui est obtenue avec le procédé selon l'invention. Par rapport au 15 spectre selon la figure la, ou, respectivement 2a, aucun décalage n'est observé des raies de fréquence. Les raies ne présentent pratiquement pas de "brouillage". A partir d'une courbe de signal débutant au temps t = to, on détermine de façon connue n valeurs d'un 20 segment de signal et les met en mémoire dans une première zone de mémoire. A partir de ces n valeurs, on détermine, selon le procédé connu d'après la demande DDR WPG 01 L/ 259 175 3, la période de base T et, par conséquent, le nombre M des valeurs mesurées. Pour la rapide transformation de Fourier, on dispose d'une deuxième zone de mémoire ayant la capacité NI. Les M valeurs mesurées sont mises en file à la suite les unes des autres, et mises en mémoire en une séquence se répétant, dans K blocs (K = N/M) dans la zone de mémoire 30 ayant la capacité N, puis soumises à la rapide transformation de Fourier. Le dernier bloc dans la deuxième zone de mémoire possède, avant la rapide transformation de Fourier, le nombre D = N - K. M de valeurs mesurées et présente, par conséquent, une troncature dans la longueur 35 de la période de base. Cette troncature se fait d'autant 8. moins sentir, en tant qu'erreur ultérieure après la rapide transformation de Fourier, que le rapport K = N/M est plus élevé. Le traducteur analogique-numérique (ADO) dans l'amplificateur de mesures 1-traduit à une fréquence de balayage plus élevée qu'il serait nécessaire, selon le théorème de balayage, par exemple à 833 kHz pour l'enregistrement de signaux de parole à bande limitée, à une fréquence limite supérieure de 4 kHz. Un indicateur de fréquence de base en temps réel 2 détermine la période de base des valeurs mesurées traduites par ltADC, par exemple 11 ms, c'est-à-dire M = 9163 points de mesure. Le nombre M est transmis à une unité de traitement de signaux 3. Il faut donner l'ordre que huit bandes de fréquences sont à déterminer. Après la partie identique, la première fréquence doit être identique à la fréquence de base, c'est-à-dire s'élever par exemple à 90,909 Hz. Les séquences suivantes doivent être déterminées en tant qu'harmoniques avec n. 90,909 Hz 20 (m = 2,3. 6). La fonction de l'unité de traitement de signaux 3 est alors de déterminer; à partir du nombre M = 9163 et de l'ordre M/L = 16, la valeur L = 573, et de ne soumettre, parmi les M = 9163 valeurs mesurées mises en mémoire, que chaque 573ème à une rapide transforma25 tion de Fourier. Il en résulte une troncature de 5 points de mesure. Par rapport à 9163 points de mesure par période, cela signifie une erreur de troncature inférieure à 1>4, par rapport à la longueur de la période de base. Cette faible erreur de troncature n'est cause que de fai30 bles erreurs de position de raie, inférieures à 1%o, par rapport à la fréquence de base, bien que la résolution de la fréquence soit identique à la fréquence de base. Les données sont sorties ou affichées sur un dispositif d'affichage, à l'aide d'un ordinateur 4. 26.01164 9. REVENDICATIONS R E V E N D I C À T I 0 N S 1.- Procédé pour la détermination de la variation en fonction du temps de plusieurs raies spectrales d'évolutions de signaux, dans lequel des segments de 5 signaux successifs sont captés numériquement et les signaux sont soumis à une rapide transformation de Pourier, caractérisé en ce que l'ensemble dee valeurs mesurées de chaque segment de signal qui couvrent la période de base sont mises à la suite les unes des autres en séquence se 10 répétant jusqu'à ce que soit atteinte ou juste dépassée une puissance à base 2 (2n) ou un nombre approprié pour la rapide transformation de Fourier, et en ce que l'on soumet la succession de signaux ainsi composée à la rapide transformation de Fourier en déterminant dans une première étape, de façon connue, la période de base T du premier segment de signal et en mettant en mémoire dans une première zone de mémoire, les M valeurs mesurées y appartenant, en ce que, dans une deuxième étape, les M valeurs mesurées sont transféiées dans une deuxième zone de mémoire comportant N positions de mémoire, les M valeurs mesurées provenant de la première zone de mémoire étant d'abord mises en mémoire sur les premières M positions de mémoire de la deuxième zone de mémoire dans le même ordre que dans la première zone de mémoire et ensuite les N-M positions de mémoire suivantes dans la deuxième zone de mémoire étant occupées dans le même ordre, si bien qu'il en résulte les k. M + X données dans la deuxième zone de mémoire en tant qu'une succession de N données de mesure se répétant, le nombre des L données caractérisant 30 la troncature lorsqu'est atteint le nombre de N données, en ce que, dans une troisième étape, est effectuée la rapide transformation de Fourier des N valeurs mesurées provenant de la deuxième zone de mémoire, et en ce que, dans une quatrième étape, les intensités des i. K èmes raies 35 spectrales sont adressées et envoyées vers la sortie ou 10. l'affichage, i prenant les valeurs 1, 2... M/2 et K déterminant la partie du nombre entier du rapport N/M et en ce que les étapes du processus sont ensuite répétées pour les segments de signaux suivants. 2.- Procédé pour la détermination de la variation en fonction du temps de plusieurs raies spectrales d'évolutions de signaux, dans lequel des segments de signaux successifs sont captés numériquement et les signaux sont soumis à une rapide transformation de Fourier, ca10 ractérisé en ce qu'il est effectué, dans une première étape, une conversion analogiquenumérique du signal à analyser, avec une fréquence de balayage qui est au moins supérieure par le facteur L à la valeur qu'elle devrait avoir, selon le postulat du théorème de balayage, pour la 15 fréquence la plus élevée à analyser, en ce que l'on détermine, de façon connue, dans une deuxième étape, la période de base du premier segment de signal avec les M valeurs y appartenant, en ce que l'on sélectionne, dans une troisième étape, les premières /1> valeurs mesurées, 20 parmi les M valeurs mesurées, en ne captant dans une mémoire que chaque L-ièmevaleur, jusqu'à ce que soit atteint ou dépassé un nombre de données admissible pour la rapide transformation de Fourier, par exemple une entière puissance à base deux (2n), en ce qu'il est effec25 tué, dans une quatrième étape, la rapide transformation de Fourier, en ce que l'on détermine, de façon connue, dans une cinquième étape, les intensités des raies spectrales et les envoie vers la sortie ou l'affichage, et en ce que l'on répète ensuite les étapes du processus pour 30 les segments de signaux suivants.