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DAY 9
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30天了解醫學信號辨識是怎麼回事?系列 第 9

Day- 9如何進行信號的時域和頻域分析。

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進行信號的時域和頻域分析是信號處理的重要部分,可以幫助了解信號的不同特性和組成。以下是進行信號時域和頻域分析的基本步驟:

時域分析:

  1. 獲取信號數據:時間上的採樣,可以是來自儀器、傳感器或其他來源的數據。
  2. 可視化時域信號:將信號數據繪製成時域圖。時域圖通常顯示信號隨時間變化的情況。你可以使用數據可視化工具(如Matplotlib或其他繪圖庫)來繪製信號。
  3. 基本時域分析:對時域信號進行基本分析,例如計算平均值、峰值、振幅、周期性等。這可以通過數學運算和統計方法來完成。

頻域分析:

  1. 傅立葉轉換:進行頻域分析的第一步通常是對時域信號進行傅立葉轉換。這將信號轉換為頻域表示,顯示信號中不同頻率成分的強度。
  2. 可視化頻譜:將頻域信號繪製成頻譜圖。頻譜圖顯示了信號在不同頻率上的成分。通常,低頻成分位於頻譜的左側,高頻成分位於右側。
  3. 頻域分析工具:使用工具和算法來分析頻域信號,例如識別主要頻率成分、計算功率譜密度、檢測頻率轉移等。這些工具可以幫助你瞭解信號的頻域特性。
  4. 反傅立葉轉換:如果需要,在頻域分析後,你可以對頻譜進行反傅立葉變換,將頻域信號轉換回時域信號。

以下是傅立葉轉換的範例,可以使用Python的NumPy庫來執行離散傅立葉轉換(DFT):

執行前要確保安裝了NumPy和Matplotlib庫。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# 生成一個示例的時域信號
fs = 1000  # 采樣頻率
t = np.arange(0, 1, 1/fs)  # 時間序列
frequency1 = 5  # 信號1的頻率(5 Hz)
amplitude1 = 1  # 信號1的振幅
signal1 = amplitude1 * np.sin(2 * np.pi * frequency1 * t)

frequency2 = 20  # 信號2的頻率(20 Hz)
amplitude2 = 0.5  # 信號2的振幅
signal2 = amplitude2 * np.sin(2 * np.pi * frequency2 * t)

# 合併兩個信號
signal = signal1 + signal2

# 進行DFT(傅立葉轉換)
fft_result = np.fft.fft(signal)
frequencies = np.fft.fftfreq(len(fft_result), 1/fs)

# 繪製頻譜圖
plt.figure(figsize=(10, 6))
plt.subplot(2, 1, 1)
plt.plot(t, signal)
plt.title("時域信號")

plt.subplot(2, 1, 2)
plt.plot(frequencies, np.abs(fft_result))
plt.title("頻域信號")
plt.xlabel("頻率 (Hz)")

plt.tight_layout()
plt.show()

這個範例程式生成了兩個不同頻率的正弦波信號,將它們合併成一個複合信號,然後使用NumPy的fft函數執行DFT。最後,它繪製了原始時域信號和頻域信號的圖表。

最後,時域分析關注信號隨時間的變化,而頻域分析則關注信號的頻率特性。這兩種分析方法通常是互補的,可用於解釋信號的不同特點和行為。在實際應用中,你可以使用信號處理工具和庫(如NumPy、SciPy和Matplotlib)來執行這些分析。


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