[发明专利]用于信号处理系统中分析噪声的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理领域。更具体而言，本发明涉及在信号处理系统 中分析噪声。

背景技术

对一系列运算之后的多元噪声(multivariate noise)的分析、传播和预 测是在许多应用中出现的基本问题，所述应用例如是：音频信号处理、图 像去噪、数字成像系统设计、地震波数据分析以及医学成像。组成这些运 算的信号处理步骤可以分成三类：线性的、非线性的和空间的。现有方法 可以处理线性和非线性变换。然而，它们要么忽略空间信号处理步骤，导 致不精确的噪声传播，要么采用计算上非常昂贵的卷积。因此，它们使得 方案对于诸如多参数优化、音频中的噪声消除以及在实时去噪中预测子频 带噪声之类的应用是不可实用的。

如果认为空间变换的输入处的噪声是白声的，则可以简单地将滤波后 的噪声方差计算为输入噪声能量与滤波器能量的乘积。不幸的是，该假设 对于大多数系统是无效的。尽管噪声可以在开始时为白色，但是其特性将 随着它通过信号处理流水线而改变。因此，需要能够处理白色噪声传播和 有色噪声传播两者的机制。

发明内容

在此描述了一种用于分析信号处理系统中的噪声的快速精确的与多信 道频率相关的方案。每一个信道内的噪声被分解到频带中并且子频带噪声 被传播。为了避免卷积的计算复杂度，传统的方法要么假定在信号处理流 水线的任何一点处噪声是白色的，要么它们就忽略空间运算。通过假定噪 声在每一个频带内是白色的，可以以快速精确的方式通过空间变换传播任 何类型的噪声(白色的、有色的、高斯的、非高斯的和其它的)。为了说 明本技术的效力，通过图像处理流水线中的各种空间运算考虑噪声传播。 并且，该计算复杂度是通过信号处理系统传播图像的计算成本中很小的一 部分。

在一个方面中，一种分析信号中的噪声的方法，包括：将噪声分离到 多个子频带中；为多个子频带中的每一个子频带确定噪声平均值；以及传 播噪声。的方法还包括接收包含噪声的信号。多个子频带是针对多信道系 统中的每一个信道的。传播噪声实时发生。可替代地，传播噪声离线发 生。方法应用于从包括数字图像处理、声音处理、地震波数据分析和医学 成像的一组应用中选出的应用。优选地，子频带中的每一个子频带具有相 等的宽度。子频带的数目取决于所期望的精确度。对于图像去噪，优选多 个子频带在2和4之间(含2和4)。然而，可以是任何数目的子频带。 噪声可以是白噪声、有色噪声、高斯噪声和非高斯噪声中的任何类型。

在另一方面中，一种分析噪声的方法，包括：接收包含噪声的信号； 将每一个信道中的噪声分解到多个子频带中；为多个子频带中的每一个子 频带确定噪声平均值；以及传播噪声。多个子频带是针对多信道系统中的 每一个信道的。传播噪声实时发生。可替代地，传播噪声离线发生。方法 应用于从包括数字图像处理、声音处理、地震波数据分析和医学成像的一 组应用中选出的应用。优选地，子频带中的每一个子频带具有相等的宽 度。优选多个子频带在2和4之间(含2和4)。噪声可以是白噪声、有 色噪声、高斯噪声和非高斯噪声中的任何类型。

在另一方面中，一种预测空间运算后的噪声的方法，包括：将噪声分 离到多个子频带中；预测子频带噪声，其中，子频带噪声是空间运算之前 的子频带噪声、空间运算的子频带能量和多个子频带的数目的乘积。噪声 是被实时预测的。子频带的每一个子频带具有相等的宽度。优选多个子频 带在2和4之间(含2和4)。噪声可以是白噪声、有色噪声、高斯噪声 和非高斯噪声中的任何类型。

在另一方面中，一种从多信道系统获得多信道/多频带协方差矩阵的方 法，包括：每信道利用滤波器将噪声分离到多个子频带中；产生子矩阵的 N×N矩阵，其中，子矩阵中的每一个子矩阵是M×M。N是子频带数并 且M是信道数。滤波器是从包括理想的和近似理想的带通滤波器的一组滤 波器中选出的。优选子频带中的每一个子频带具有相等的宽度。优选多个 子频带在2和4之间(含2和4)。噪声可以是白噪声、有色噪声、高斯 噪声和非高斯噪声中的任何类型。