1.开窗函数是指将输入的原始信号,也称为信号的有效部分和无效部分分离的运算,常用于信号处理和数字信号处理的领域应用。
2.开窗函数的实现一般可以通过求解函数的积分,此外也可以通过定义一个包络函数F(x)在信号的窗口定义一个满足条件的函数来进行开窗函数的实现。
3.窗口函数F(x)必须满足有穷范围,且有界函数范围,并且窗宽至少应该大于信号有效部分有效宽度,即信号的窗口必须覆盖真正的原始信号有效部分才可以。
4.由于实现开窗函数会计算量大,常采用算法来进行处理,具体可分为一次开窗和分段开窗。
5.一次开窗方法:将有效范围内的完整信号按照一致的窗函数模板(有穷且有界)做卷积运算,窗函数参数由实际需要指定,卷积操作完成后,即可在有限窗口范围内实现信号分离,有效值独立而无效值被抑制。
6.分段开窗方法:以实际需求的窗口划分信号范围,采用多次分段卷积的求和运算来估计窗口函数的积分,综合多次卷积运算的求和和积分,最终得到的结果即为按照所求的窗口分离信号的有效值独立而无效值被抑制的结果。
7.在微分信号处理等领域,也可以采用估计公式来实现开窗函数,将源信号(比如离散时间序列)直接映射到空间坐标,用估计公式来近似描述有用信息,并减少没有用的干扰,来再现原始信号。
8.无论采用什么样的实现方法,开窗函数的过程都需要在每个窗口长度范围内多次重复计算,保证计算结果能够满足信号的有效值的分离抑制要求。
(1)开窗函数概念
开窗函数(windowing function)是一种数学函数,它从数字输入创建出经特定处理过的结果输出。开窗函数在通信和信号处理领域中经常被使用,以增强特定频率范围的信号,或者从信号中消除某些频率,而使期望效果可实现。它可以被看作一种频谱滤波器,以实现信号分析和数字图像处理过程中的许多技术。
(2)开窗函数的应用
开窗函数的功能最常用的是改善数字信号处理的时间和频率特性。在数字信号处理中,会根据数字信号时域和频域表现特征,为了保证信号在计算过程中精确性,需要使用开窗函数来补偿延迟。开窗函数也可以用来压缩或者扩展单个信号在频域上的表现特性;另外,它们也有助于减少噪声,降低低频振荡的影响,或者衰减混响追踪的乱曲度;另外,它们也能够增加信号处理的精度,特别是在低比特率下的表现。
(3)开窗函数的原理
开窗函数的原理是限定信号的时间和频率范围,使其成为一个有界的函数,从而在信号处理过程中实现信号衰减和时域延迟要求。这种有界函数是指信号在采样窗口中及其之前和之后的折磨被限制在一定可控的范围之内,使信号外溢效应被减弱。在数字信号处理中,开窗函数常用来降低信号交叠时必不可少的折磨。
(4)开窗函数的构成
开窗函数实际上是一个离散函数,由多个子函数组成,作为其细分的构成部分,它们可以是几乎任何类型的函数:多项式、正弦波、梯形波、高斯函数等。其中常用的开窗函数有:Hamming窗、Hanning窗、进数窗、Blackman窗、Kaiser窗等。
(5)开窗函数的原理描述
开窗函数使窗口有界,使窗口边界内的信号衰减到期望水平,促使数字信号以优化的形式在后续处理中有效运用,同时屏蔽了窗口边界外(内)的几乎所有信号,允许期望的数据特征被实现。 开窗函数的总效果是明显的衰减,不利于信号的后续处理,所以使用开窗函数的时候必须特别谨慎且小心。许多情况下,在使用开窗函数之前,必须对信号做到抽样和变换,以让信号能合理地覆盖窗口,以实现最优的函数型开窗处理。