DD300323A7

DD300323A7 - Method for evaluating cerebrally influenced bioacoustic signals

Info

Publication number: DD300323A7
Application number: DD32208188A
Authority: DD
Inventors: Wolfgang Dr Ing Luedge
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1988-11-23
Filing date: 1988-11-23
Publication date: 1992-06-04
Also published as: FI895559A0; DE3937420A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Auswertung von zerebral beeinfluszten bioakustischen Signalen, insbesondere der Schreilaute von Kleinstkindern. Ziel ist es, die Rauhigkeit von Grundfrequenzverlaeufen quantitativ zu bestimmen. Erfindungsgemaesz wird das bei einem Verfahren, bei dem eine Trennung der Rauhigkeit vom uebrigen Grundfrequenzverlauf durch Bildung der Differenz zwischen dem gemessenen Grundfrequenzverlauf und einem generierten geglaetteten Grundfrequenzverlauf vorgenommen wird, dadurch erreicht, dasz ein Vergleich der durch die Differenzbildung erhaltenen Rauhigkeit mit dem gemessenen Grundfrequenzverlauf durchgefuehrt wird, indem im gemessenen Grundfrequenzverlauf Bereiche von annaehernd linearem Anstieg oder Abfall ermittelt werden und ein integraler Wert der im ersten Schritt erhaltenen Rauhigkeit, z. B. die Standardabweichung, ueber einen derartigen Bereich als Masz fuer die Rauhigkeit des gemessenen Grundfrequenzverlaufs ermittelt und angezeigt wird. In der Fig. 1 ist unter a der gemessene Grundfrequenzverlauf, unter b der geglaettete Grundfrequenzverlauf und unter c die durch Differenzbildung erhaltene Rauhigkeit dargestellt. Fig. 1{Grundfrequenz; Rauhigkeit; Schrei, zerebral, bioakustisch; quantitative Bestimmung; Differenz}The invention relates to the evaluation of cerebrally influenced bioacoustic signals, in particular the crying sounds of infants. The aim is to quantify the roughness of fundamental frequency excursions. According to the invention, this is achieved in a method in which the roughness is separated from the rest of the fundamental frequency profile by forming the difference between the measured fundamental frequency profile and a generated, programmed fundamental frequency profile, by comparing the roughness obtained by the subtraction with the measured fundamental frequency profile in that regions of approximately linear increase or decrease are determined in the measured fundamental frequency profile, and an integral value of the roughness obtained in the first step, e.g. B. the standard deviation, over such a range as Masz for the roughness of the measured fundamental frequency curve is determined and displayed. In FIG. 1, the measured fundamental frequency curve is shown under a, b is the gapped fundamental frequency curve and c is the roughness obtained by subtraction. Fig. 1 {fundamental frequency; roughness; Scream, cerebral, bioacoustic; quantitative determination; Difference}

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung der Grundfrsquenz von bioakustischen Signalen, insbesondere auf die Analyse kindlicher Schreie.The invention relates to the measurement of the basic frequency of bioacoustic signals, in particular to the analysis of childish cries.

Characteristic of the known state of the art

Es ist ein Verfahren zur hochauflösenden Grundfrequenzanalyse bekennt (DD-PS 261002), bei dem Schreisignale derart analysiert werden können, daß Rauhigkeiten im mitunterstarkzerklüfteten Grundfrequenzverlauf aufgelöst werden. Bei diesem Verfahren wird das Signal durch η Zeitfenster in Signalabschnitte unterteilt. Die gemessenen Signalwerte jedes Signalabschnittes werden um K virtuelle Abtastwerte zwischen den gemessenen Abtastwerten erweitert. Dieser erweiterte Signalabschnitt wird einer Grundfrequenzanalyse unterzogen und anschließend wird diese Verfahrensweise für jeden weiteren Signalabschnitt wiederholt.It is a method for high-resolution fundamental frequency analysis confesses (DD-PS 261002), in which the noise signals can be analyzed so that roughness is resolved in the unterstarkstarkzüfteten fundamental frequency characteristic. In this method, the signal is divided by η time window into signal sections. The measured signal values of each signal segment are expanded by K virtual samples between the measured samples. This extended signal section is subjected to a fundamental frequency analysis, and then this procedure is repeated for each further signal section.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß ein direktes Ausmessen der Rauhigkeiten aufgrund des unregelmäßigen Verlaufs der Grundfrequenz in Abhängigkeit von der Zeit nicht möglich ist. Somit kann nur ein qualitatives Urteil über die Stärke dieser Rauhigkeiten abgegeben werden.The disadvantage of this method is that a direct measurement of the roughness due to the irregular course of the fundamental frequency as a function of time is not possible. Thus, only a qualitative judgment on the strength of these roughnesses can be made.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Rauhigkeit von Grundfrequenzverläufen quantitativ zu bestimmen.The aim of the invention is to quantitatively determine the roughness of fundamental frequency characteristics.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rauhigkeit von Grundfrequenzverläufen unabhängig von der Kurvenform des Grundfrequenzverlaufs als integralen Wert zu bestimmen.The invention has for its object to determine the roughness of fundamental frequency waveforms independent of the waveform of the fundamental frequency waveform as an integral value.

Erfindungsgemäß wird das bei einem Verfahren, bei dem βίηβ Trennung der Rauhigkeit vom übrigen Grundfrequenzverlauf durch Bildung der Differenz zwischen dem gemessenen Grundfrequenzverlauf und einem generierten geglätteten Grundfrequenzverlauf vorgenommen wird, dadurch erreicht, daß ein Vergleich der durch die Differenzbildung erhaltenen Rauhigkeit mit dem gemessenen Grundfrequenzverlauf Bereiche von annähernd linearem Anstieg oder Abfall ermittelt werden und ein integraler Wert der im ersten Schritt erhaltenen Rauhigkeit über einen derartigen Bereich als Maß für die Rauhigkeit des gemessenen Grundfrequenzverlaufs ermittelt und angezeigt wird.According to the invention, this is achieved in a method in which βίηβ separation of the roughness from the remaining fundamental frequency curve by forming the difference between the measured fundamental frequency curve and a generated smoothed fundamental frequency curve, achieved by comparing the roughness obtained by the difference with the measured fundamental frequency profile ranges of approximately linear increase or decrease are determined and an integral value of the roughness obtained in the first step over such an area as a measure of the roughness of the measured fundamental frequency curve is determined and displayed.

Als integraler Wert der im ersten Schritt erhaltenen Rauhigkeit kann die Stanoardabweichung verwendet werden.As an integral value of the roughness obtained in the first step, the stanoic deviation can be used.

Eine weitere Verbesserung der quantitativen Aussage kann dadurch erreicht werden, daß der Quotient der Standardabweichung und des Wertes dos Anstiegs oder Abfalls als Maß für die Rauhigkeit gebildet wird.A further improvement in the quantitative statement can be achieved by forming the quotient of the standard deviation and the value of the rise or fall as a measure of the roughness.

Ausführung^belsplelExecution ^ belsplel

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeisoiel erläutert werdenThe invention will be explained in an Ausführungsbeisoiel

Es zeigen Show it

Fig. 1: den gemessenen und generierten Grundfrequenzverlauf und die daraus gewonnene Rauhigkeit Fig. 2: Grundfrequenzverläufe der Schreisignale von Neugeborenen1: the measured and generated fundamental frequency profile and the roughness obtained therefrom FIG. 2: fundamental frequency characteristics of the crying signals of newborns

Fig.3: die den Grundfrequenzverläufen nach Fig. 2 zugeordneten Rauhigkeiten.FIG. 3 shows the roughnesses associated with the fundamental frequency characteristics of FIG.

In der Fig. 1 ist unter a) ein gemessener Grundfrequenzverlauf dargestellt. Aus diesem ist durch Tiefpaßfilterung nach dem Glättungsalgorithmus der gleitenden 3-Punkte-Mittelung der unter b) dargestellte geglättete Grundfreque nzverlauf generiert worden. Durch Differenzbildung der Kurven a) und b) entsteht dann die unter c) dargestellte Rauhigkeit.In FIG. 1, a measured fundamental frequency profile is shown under a). For this, the smoothed Grundfreque nzverlauf shown in b) has been generated by low-pass filtering according to the smoothing algorithm of the sliding 3-point averaging. By subtraction of the curves a) and b) then the roughness shown under c) arises.

Die weiteren Figuren zeigen die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Analyse der Schrein von Neugeborenen. Die Figur 2 zeigt unter a bis c den Grundfrequenzverlauf von drei Schreisignalen gesunder Neugeborener und unter d bis f von drei Schreisignalen zerebral gestörter Neugeborener. Es ist ersichtlich, daß der Grundfrequenzverlauf sowohl der kranken als auch der gesunden Neugeborenen sehr unterschiedlich sein kann. Fig. 3 zeigt die separierten Rauhigkei'sverlaufe der in Fig. 2 dargestellten Grundfrequenzverläufe. Hieraus ist ersichtlich, daß die Amplitude der Rauhigkeit von der Steilheit des Grundfrequenzverlaufs abhängig ist. Dhser Zusammenhang zwischen Rauhigkeitsamplitude und Frequenzdynamik des Grundtones von akustischen Schreisignalen konnte mit den bekannten Grundfrequenzanalyseverfahren bisher nicht beobachtet werden.The further figures show the application of the method according to the invention to the analysis of the shrine of newborns. FIG. 2 shows, under a to c, the fundamental frequency characteristic of three crying signals of healthy newborn babies and, under d to f, of three cryptographic signals of cerebrally disturbed newborn babies. It can be seen that the fundamental frequency pattern of both the sick and the healthy newborn can be very different. FIG. 3 shows the separated roughness curves of the fundamental frequency characteristics shown in FIG. From this it can be seen that the amplitude of the roughness is dependent on the steepness of the fundamental frequency characteristic. The relationship between roughness amplitude and frequency dynamics of the fundamental tone of acoustic signals could not be observed with the known fundamental frequency analysis method.

Weiterhin ist ersichtlich, daß die Amplitude der Rauhigkeiten unter der Voraussetzung gl sicher Steilheiten beim Anstieg oder Abfall des Grundfrequenzverlaufs bei gesunden Neugeborenen größer als bei kranken Neugeborenen ist. Das wird insbesondere beim Vergleich der Beispiele a und d deutlich.Furthermore, it can be seen that the amplitude of the roughnesses on the condition gl safely slopes in the increase or decrease of the fundamental frequency waveform in healthy newborns is greater than in sick newborns. This becomes particularly clear when comparing Examples a and d.

Um diesen Unterschied zwischen den Rauhigkeiten bei gesunden und zerebral gestörten Neugeborenen noch deutlicher zu machen, ist es zweckmäßig, die Standardabweicl ung σ eines Rauhigkeitsabschnittes über die Zeit At und die Amplitude Af auf die Steilheit α des zugehörigen Grundfrequenzverihufs zu normieren. Hierzu wird ein Schrei-Rauhigkeits-Index j nach der GleichungIn order to make this difference between the roughnesses in healthy and cerebrally disturbed newborns even clearer, it is expedient to normalize the standard deviation σ of a roughness section over the time Δt and the amplitude Af to the steepness α of the associated fundamental frequency distribution. For this purpose, a scream roughness index j is calculated according to the equation

j = o/a*10³ j = o / a * 10 ³

eingeführt, wobei gilt α = AfMt. Um die Aussagen statistisch abzusichern, ist es zweckmäßig, für eine hinreichend große Anzahl von Indexwerten den Mittelwert zu bestimmen und diesen für einen Vergleich - gesund-zerebral gestört - heranzuziehen. Für das Beispiel nach Fig. 2 und 3 beträgt das Verhältnis der Mittelwerte j des normierten Schrei-Rauhigkeitsindex von gesunden zu kranken Neugeborenen 13,9/5,4. Die Werte der kranken Neugeborenen liegen somit deutlich unter denen der gesunden Neugeborenen.introduced, where α = AfMt. In order to statistically secure the statements, it is expedient to determine the mean value for a sufficiently large number of index values and to use this for a comparison - disrupted in a healthy cerebral manner. For the example of FIGS. 2 and 3, the ratio of the mean values j of the normalized cryiness index from healthy to sick newborns is 13.9 / 5.4. The values of sick newborns are thus significantly lower than those of healthy newborns.

Claims

1. A method for the evaluation of cerebrally influenced bio-acoustic signals, in particular the Schreilaute of infants, in which a separation of the roughness from the remaining fundamental frequency profile by forming the difference between the measured fundamental frequency curve and a generated smoothed fundamental frequency curve is made, characterized in that a comparison of The roughness of the difference obtained with the measured fundamental frequency curve is determined by determining in the measured fundamental frequency ranges of approximately linear increase or decrease and an integral value of the roughness obtained in the first step over such a range as a measure of the roughness of the measured fundamental frequency curve is determined and displayed ,

2. The method according to claim 1, characterized in that the standard deviation is used as an integral value of the roughness obtained in the first step.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the quotient of the standard deviation and the value of the increase or decrease is formed as a measure of the roughness.