DE102006056106A1 - Signal classifier manufacturing and utilizing device, has visualization module and two level classifier modules formed to perform manufacturing and using signal classifiers in parameter modified knowledge discovery in databases process - Google Patents

Signal classifier manufacturing and utilizing device, has visualization module and two level classifier modules formed to perform manufacturing and using signal classifiers in parameter modified knowledge discovery in databases process Download PDF

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Abstract

The device has a visualization module for producing visualized representation of transformed series data and visualized representation of classification decision and/or annotation facts of signal classifiers. Two level classifier modules produce visualized representation of sub-symbolic signatures and representation of level classifiers, for classification and/or annotation of time series data, respectively. The modules are formed in order to manufacture and use the signal classifiers in a parameter modified knowledge discovery in databases process. Independent claims are also included for the following: (1) a method for manufacturing level classifiers for an event in a time series (2) a method for extraction of trifold level classifier signature (3) a method for extraction of an amount of symbolic signatures for an event class of signals (4) a computer program with a program code for performing a method for manufacturing and using signal classifiers.

Description

1.1 Gegenstand der Erfindung1.1 Subject of the invention

Die Erfindung betrifft ein System und ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Signal-Klassifikatoren (im Folgenden auch SK). Es handelt sich hierbei um computerimplementierbare Automaten zur Klassifikation digitaler Zeitreihen (z.B. Audiodaten).The The invention relates to a system and a multi-stage method for Production and Application of Signal Classifiers (hereafter also SK). These are computer-implemented machines for classifying digital time series (e.g., audio data).

1.2 Hintergrund der Erfindung1.2 Background of the Invention

In vielen technischen Anwendungen kann es erforderlich sein, bestimmte Datenmuster in diskreten Zeitreihen mit Hilfe von Signal-Klassifikatoren zu lokalisieren bzw. zu klassifizieren. Die hierzu notwendigen Signal-Klassifikatoren müssen eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Ihr Verhalten ist von einer Vielzahl von Parametern abhängig. Es handelt sich in der Regel um komplizierte Automaten, die in einem aufwendigen Verfahren unter Zuhilfenahme von Informatikern, Programmierern und/oder Ingenieuren erstellt werden müssen. Mit Hilfe der beschriebenen Erfindung wird es möglich, den Aufwand bei ihrer Herstellung signifikant zu reduzieren.In Many technical applications may require specific Data patterns in discrete time series using signal classifiers to locate or classify. The necessary signal classifiers have to meet a number of requirements. Their behavior depends on a large number of parameters. It are usually complicated machines in one complicated procedures with the help of computer scientists, programmers and / or engineers must be created. With the help of the described Invention makes it possible Significantly reduce the effort involved in their manufacture.

1.3 Stand der Technik1.3 State of the art

In der Vergangenheit wurde eine Vielzahl von Verfahren und Algorithmen zur Klassifikation von Datenmustern in Zeitreihen beschrieben. Es handelt sich um ein wichtiges Gebiet der Informatik. Signal-Klassifikatoren finden sich beispielsweise in Spracherkennungssystemen oder in Geräten zum Monitoring von medizinischen Daten (z.B. EKG, EEG).In The past has been a multitude of procedures and algorithms for the classification of data patterns in time series. It is an important area of computer science. Signal classifiers can be found, for example, in speech recognition systems or in devices for Monitoring of medical data (e.g., ECG, EEG).

Spezielle Systeme und Verfahren, welche gezielt den komplexen Prozess der wissensbasierten Herstellung von Signal-Klassifikatoren optimieren und dabei die Bereiche Design, Implementation und Test umfassen, finden sich in der wissenschaftlichen Literatur und in der Patentliteratur nicht.Specific Systems and processes that specifically target the complex process of Optimize the knowledge-based production of signal classifiers including design, implementation and testing, can be found in the scientific literature and in the patent literature Not.

1.4 Aufgabe der Erfindung1.4 Object of the invention

Erfindungsgemäß wird ein komplexes mehrstufiges überwachtes System und Verfahren beschrieben, welches die Bereiche Design, Implementation, Test, Modifikation und Anwendung von Signal-Klassifikatoren umfasst.According to the invention is a complex multilevel supervised System and method which describes the areas of design, implementation, Testing, modification and application of signal classifiers.

1.5 Formale Grundlagen und Notation1.5 Formal Foundations and Notation

Eine Zeitreihe s → ist eine zeitdiskrete Messreihe von äquidistanten PCM-kodierten Messwerten. Eine Zeitreihe mit N Elementen kann als Vektor der Dimension N oder als Punkt in einem N-dimensionalen Raum verstanden werden:

Figure 00020001
A time series s → is a time-discrete measurement series of equidistant PCM-coded measured values. A time series with N elements can be understood as a vector of dimension N or as a point in an N-dimensional space:
Figure 00020001

Ein Zeitreihen-Korpus A ist eine Menge von Zeitreihen in Form von Dateien:

Figure 00020002
A time series corpus A is a set of time series in the form of files:
Figure 00020002

Jeder Datei s →m A kann genau ein Label zugeordnet werden. Die Menge = {0, ..., M – 1} sei die Menge aller Dateilabel des Zeitreihen-Korpus A.Each file s → m A can be assigned exactly one label. The set = {0, ..., M - 1} is the set of all file labels of the time series corpus A.

Jede Datei s →m ∊ A besitze einen expliziten Zeitstempel, der den Startzeitpunkt t m / 0 des Beginns der Messreihe angibt. Die Elemente (Messwerte) in den s →m besitzen keinen expliziten Zeitstempel. Die Abtastfrequenz δ der Zeitreihen in A ist konstant. Der Zeitpunkt t des i-ten Elementes in jedem s →m ∊ A ist implizit gegeben durch:

Figure 00020003
Each file s → m ε A has an explicit time stamp, which indicates the start time tm / 0 of the start of the measurement series. The elements (measured values) in the s → m do not have an explicit timestamp. The sampling frequency δ of the time series in A is constant. The time t of the i-th element in each s → m ε A is implicitly given by:
Figure 00020003

Eine Sequenz benachbarter Elemente in s → von einem Element mit dem Zeitpunkt t1 bis zu einem Element mit dem Zeitpunkt t2, t1 < t2 wird durch

Figure 00020004
bezeichnet. Eine nicht näher spezifizierte Subsequenz einer Datei in A wird im Folgenden kurz mit x → bezeichnet. Die Länge l einer Sequenz ist ihre Kardinalität l(x →) = |x →|. Die zeitliche Ausdehnung Δt einer Sequenz ist gegeben durch:
Figure 00020005
A sequence of adjacent elements in s → from an element with the time t 1 to an element with the time t 2 , t 1 <t 2 is through
Figure 00020004
designated. An unspecified subsequence of a file in A is briefly referred to below as x → net. The length l of a sequence is its cardinality l (x →) = | x → |. The temporal extension Δt of a sequence is given by:
Figure 00020005

Ein Phänomen ist eine Erscheinung, die direkt oder indirekt mit den Sinnen wahrnehmbar ist. Direkt wahrnehmbar sind z.B. akustische Erscheinungen, die unmittelbar mit dem Gehörsinn wahrgenommen werden können. Indirekt wahrnehmbar sind z.B. akustische Erscheinungen, die einer wissenschaftlichen Visualisierung (z.B. eines Spektrogramms) bedürfen um wahrgenommen werden zu können. Ein akustisch wahrnehmbares Phänomen heisst im Folgenden kurz akustisches Phänomen. Ein visuell wahrnehmbares Phänomen heisst im Folgenden kurz visuelles Phänomen.One phenomenon is a phenomenon that is directly or indirectly perceptible to the senses is. Directly perceptible are e.g. acoustic phenomena that directly with the sense of hearing can be perceived. Indirectly perceivable are e.g. acoustic phenomena that one scientific visualization (e.g., a spectrogram) may be required to be perceived. An acoustically perceptible phenomenon in the following is called the short acoustic phenomenon. A visually perceptible phenomenon in the following is called visual phenomenon for short.

1.5.1 First-Level-Klassifikatoren1.5.1 First-level classifiers

Die zweidimensionale Visualisierung V einer Sequenz x → der Länge l ist eine x×y–Matrix über R mit der zeitlichen Ausdehnung ΔtV = Δt(x →), die durch eine Abbildung

Figure 00030001
ensteht, so dass V = υ(x →) (1.5) The two-dimensional visualization V of a sequence x → of length l is an x × y matrix over R with the temporal extent .delta.t V = Δt (x →) passing through an illustration
Figure 00030001
arises, so that V = υ (x →) (1.5)

Die Repräsentation eines akustischen Phänomens ist eine Sequenz x →ϕ der Länge l, in welcher durch Abspielen eindeutig ein bestimmtes akustisches Phänomen auditiv wahrgenommen werden kann. Die akustische Signatur ϕA eines akustischen Phänomens ist ein Vektor x ~ϕ der Länge l', welcher x →ϕ repräsentiert, aber einfacher als x →ϕ aufgebaut ist. Die akustische Signatur wird durch eine Abbildung

Figure 00030002
erhalten, wobei gilt ϕA = EA(x →ϕ) (1.6) The representation of an acoustic phenomenon is a sequence x → φ the length l, in which by playing clearly a certain acoustic phenomenon can be audibly perceived. The acoustic signature φ A of an acoustic phenomenon is a vector x ~ φ the length l ', which x → φ represents, but easier than x → φ is constructed. The acoustic signature is indicated by a picture
Figure 00030002
obtained, where applicable φ A = E A (x → φ ) (1.6)

Die Repräsentation eines visuellen Phänomens ist eine Visualisierung Vϕ, in welcher durch grafische Darstellung eindeutig ein bestimmtes Phänomen visuell wahrgenommen werden kann. Die visuelle Signatur ϕV eines visuellen Phänomens ist eine x'×y'-Matrix über R, welche das in Vϕ beobachtbare Phänomen repräsentiert, aber einfacher als Vϕ aufgebaut ist.The representation of a visual phenomenon is a visualization V φ , in which a specific phenomenon can be clearly perceived visually by graphical representation. The visual signature φ V of a visual phenomenon is an x '× y' matrix over R, which represents the phenomenon observable in V φ , but is simpler than V φ .

Eine visuelle Signatur wird durch eine Abbildung EV : {V(x × y, R)} → EV : {V(x' × y', R)} erhalten, so dass ϕV = EV(υ(x →ϕ)) (1.7) A visual signature is obtained by mapping E V : {V (x × y, R)} → E V : {V (x '× y', R)} such that φ V = E V (υ (x → φ )) (1.7)

Ein Phänomen in A heisst elementar, wenn es durch genau eine Signatur exakt charakterisiert und repräsentiert werden kann. Die Signatur eines elementaren Phänomens heisst im Folgenden auch elementare Signatur.One phenomenon in A is called elementary, if it exactly characterized by exactly one signature and represents can be. The signature of an elementary phenomenon is hereafter also elementary signature.

Korollar: Jedes wahrnehmbare akustische oder visuelle Phänomen in A ist auf eine Subsequenz

Figure 00030003
in einem s →m ∊ A, m < M begrenzt. Es existiert für jedes wahrnehmbare Phänomen in A eine akustische oder eine visuelle Signatur. Alle akustischen Phänomene, die in einer Untersuchung von Interesse sind, können durch eine Menge akustischer Signaturen
Figure 00030004
repräsentiert werden. Alle visuellen Phänomene, die in einer Untersuchung von Interesse sind, können durch eine Menge visueller Signaturen
Figure 00030005
repräsentiert werden.Corollary: Every perceptible acoustic or visual phenomenon in A is on a subsequence
Figure 00030003
in s → m ε A, m <M limited. There is an acoustic or a visual signature for every perceptible phenomenon in A. All acoustic phenomena that are of interest in a study may be due to a lot of acoustic signatures
Figure 00030004
be represented. All visual phenomena that are of interest in a study may be due to a lot of visual signatures
Figure 00030005
be represented.

Die elementare Phänomen-Domäne Φ eines SK-Herstellungsprozesses ist durch alle akustischen und visuellen Signaturen definiert, die in einem gegebenen Kontext von Interesse sind, so dass

Figure 00030006
The elementary phenomena domain Φ of an SK manufacturing process is defined by all the acoustic and visual signatures of interest in a given context such that
Figure 00030006

Jeder Signatur ϕn ∊ Φ kann genau ein Klassenlabel zugeordnet werden. Die Menge

Figure 00030007
sei die Menge aller Klassenlabel der Problemdomäne Φ.Each signature φ n ε Φ can be assigned exactly one class label. The amount
Figure 00030007
Let be the set of all class labels of the problem domain Φ.

Jeder Signatur ϕn ∊ Φ kann eine signaturspezifische Klassenkorrelationsfunktion (im Folgenden auch KKF) zugeordnet werden. Die Menge

Figure 00040001
sei die Menge aller KKF der Problemdomäne. Eine KKF cn ∊ C, erhält als Input eine Sequenz x → der Länge 1. Durch cn wird der Hypothese, dass in x → das der Signatur ϕn entsprechende Phänomen enthalten ist, eine reellwertige Maßzahl zuordnet. Diese Maßzahl wird im Folgenden auch Klassenähnlichkeit s (Similarity) genannt. Eine KKF ist somit eine Funktion c : Rl → R, so dass s = c(x →), c ∊ C (1.9) Each signature φ n ε Φ can be assigned a signature-specific class correlation function (also referred to below as KKF). The amount
Figure 00040001
Let be the amount of all KKF of the problem domain. A KKF c n ε C, receives as input a sequence x → of length 1. By c n , the hypothesis that in x → that the signature φ n corresponding phenomenon is included, assigns a real-valued measure. This measure will be referred to below as class similarity s (similarity). A KKF is thus a function c: R l → R, so that s = c (x →), c ∈ C (1.9)

Der Menge C entspricht eine Menge

Figure 00040002
von First-Level-Annotationsalgorithmen (im Folgenden auch First-Level-AA). Ein First-Level-AA γn ∊ Γ sucht in A mit Hilfe der KKF cn ∊ C Instanzen des Elements ϕn ∊ Φ. Zeigt die KKF in einem bestimmten Intervall einen Wert an, der einem definierten Kriterium entspricht (z.B. einen festgesetzten Ähnlichkeitsschwellwert überschreitet), wird von dem First-Level-AA ein Annotationsfaktum generiert.The quantity C corresponds to a quantity
Figure 00040002
first-level annotation algorithms (hereafter also first-level AA). A first-level AA γ n ε Γ searches in A with the help of the KKF c n ∈ C instances of the element φ n ε Φ. If the KKF displays a value in a certain interval that corresponds to a defined criterion (eg exceeds a set similarity threshold), the first-level AA generates an annotation factor.

Ein First-Level-SK (im Folgenden auch FLC = First-Level Classifier) κ ist ein 3-Tupel der Form κ = (ϕ,c,γ), ϕ ∊ Φ, c ∊ C, γ ∊ T (1.10) A first-level SK (hereinafter FLC = First-Level Classifier) κ is a 3-tuple of the form κ = (φ, c, γ), φ ∈ Φ, c ∈ C, γ ε T (1.10)

Der elementaren Phänomen-Domäne Φ korrespondiert die Menge

Figure 00040003
von FLC. Ein FLC κ ∊ K erhält als Input eine Datei ss → ∊ A und generiert daraus eine abzählbare Menge Fκ = {F κ / 0, F κ / 1, ...} von FLC-Annotationen, d.h. κ : A → Fκ.The elementary phenomenon domain Φ corresponds to the set
Figure 00040003
from FLC. An FLC κ ε K receives as input a file ss → ε A and generates therefrom a countable set F κ = {F κ / 0, F κ / 1, ...} of FLC annotations, ie κ: A → F κ ,

Eine FLC-Annotation F κ / i ∊ FK im Zeit-Frequenz-Raum ist ein 5-Tupel der Form Fκi = (ψ, ω, r, f, Λ) (1.11) An FLC annotation F K / i ∈ F K in time-frequency space is a 5-tuple of the form F κ i = (ψ, ω, r, f, Λ) (1.11)

Hierbei ist ψ ∊ Ψ ein Dateilabel, ω ∊ Ω das Klassenlabel der zu κ gehörenden Signatur, r ein Zeitpunkt in A, f ein Frequenzwert und Λ = {λ1, λ2, ...} eine optional zu besetzende Liste von Variablen, die in einem spezifischen Kontext erforderlich sein können.Here, ψ ε Ψ is a file label, ω ε Ω is the class label of the signature belonging to κ, r is a time in A, f is a frequency value, and Λ = {λ 1 , λ 2 , ...} is an optionally populated list of variables, which may be required in a specific context.

Korollar: Das Ziel des Herstellungsprozesses von FLC besteht darin, in einem gegebenen Kontext eine elementare Phänomen-Domäne Φ zu definieren und dazu eine geeignete Menge K von FLC zu finden, mit deren Hilfe die zu Φ gehörenden Phänomene in A zuverlässig lokalisiert werden können. Mit Hilfe von K kann dann aus A maschinell die Menge FK der FLC-Annotationen erstellt werden.Corollary: The goal of the fabrication process of FLC is to define in a given context an elementary phenomena domain Φ and to find a suitable set K of FLC with which the phenomena belonging to Φ in A can be reliably located. With the aid of K, the set F K of the FLC annotations can then be created from A by machine.

1.5.2 Second-Level-Klassifikatoren1.5.2 Second-Level Classifiers

Oft sind Muster in Signalen und Signalsequenzen zu komplex, um sie durch FLC alleine zu modellieren. Viele komplexe Phänomene können aber als Konstellationen von elementaren Phänomenen im Zeit-Frequenzraum verstanden werden.Often are patterns in signals and signal sequences too complex to pass through Model FLC alone. But many complex phenomena can be considered as constellations of elementary phenomena be understood in the time-frequency space.

Ein symbolisches Element ϕs charakterisiert die Position einer elementaren Signatur ϕ ∊ Φ in einem Ausschnitt des Zeit-Frequenz-Raums. Es kann als 4-Tupel der Form ϕs = (ω, r, f, Λ) (1.12)aufgefasst werden. Hierbei ist ω ∊ Ω das Klassenlabel der elementaren Signatur, r ein zu einem hypothetischen Nullpunkt relativer Zeitpunkt, f ein Frequenzwert und Λ = {λ0, λ1, ...} eine abzählbare Liste von optional zu besetzenden Variablen.A symbolic element φ s characterizes the position of an elementary signature φ ε Φ in one Section of the time-frequency space. It can be as 4-tuple of the form φ s = (ω, r, f, Λ) (1.12) be understood. Here, ω ε Ω is the class label of the elementary signature, r is a time relative to a hypothetical zero point, f is a frequency value, and Λ = {λ 0 , λ 1 ,...} Is a countable list of variables to be optionally populated.

Die symbolische Signatur eines komplexen Phänomens beschreibt eine Konstellation von symbolischen Elementen in einem Ausschnitt des Zeit-Frequenz-Raums. Sie kann als Menge der Form

Figure 00050001
aufgefasst werden.The symbolic signature of a complex phenomenon describes a constellation of symbolic elements in a section of the time-frequency space. It can be considered as a set of form
Figure 00050001
be understood.

Ein komplexes Phänomen in A heisst symbolisch beschreibbar, wenn es durch eine Konstellation von symbolischen Elementen exakt charakterisiert werden kann. Jedes symbolisch beschreibbare Phänomen in A kann durch eine symbolische Signatur repräsentiert werden.One complex phenomenon in A is called symbolically describable, if it by a constellation can be exactly characterized by symbolic elements. each symbolically describable phenomenon in A can be represented by a symbolic signature.

Die symbolische Problemdomäne ΦS eines Herstellungsprozesses ist durch alle symbolischen Signaturen definiert, die in einem gegebenen wissenschaftlichen Kontext von Interesse sind, so dass

Figure 00050002
The symbolic problem domain Φ S of a manufacturing process is defined by all symbolic signatures of interest in a given scientific context, such that
Figure 00050002

Jeder symbolischen Signatur ϕS ∊ ΦS kann genau ein Klassenlabel zugeordnet werden. Die Menge ΩS = {0, ..., M – 1} sei die Menge aller Klassenlabel der symbolischen Problemdomäne ΦS.Each symbolic signature φ S ε Φ S can be assigned exactly one class label. The set Ω S = {0, ..., M - 1} is the set of all class labels of the symbolic problem domain Φ S.

Die Suche nach komplexen Phänomenen in A kann als Suche nach Instanzen von symbolischen Signaturen aus ΦS in einer geeigneten Menge FK von FLC-Annotationen verstanden werden. In FK müssen dabei Zeit-Frequenz-Konstellationen von Annotationsfakten gefunden werden, welche den Konstellationen der symbolischen Elemente der ϕS ∊ ΦS entsprechen.The search for complex phenomena in A can be understood as a search for instances of symbolic signatures from Φ S in a suitable set F K of FLC annotations. In F K , time-frequency constellations of annotation facts must be found which correspond to the constellations of the symbolic elements of φ S ε Φ S.

Der Menge ΦS entspricht eine Menge ΓS = {γ S / 0, ..., γ S / M–1} von Second-Level-Annotationsalgorithmen (im Folgenden auch Second-Level-AA). Ein Second-Level-AA γ S / i ∊ ΓS sucht in FK mit Hilfe einer geeigneten Fusionsregel Instanzen des Elements ϕS ∊ ΦS. Entspricht eine Konstellation von Fakten in FK einem durch die Fusionsregel definierten Kriterium, so wird von dem Second-Level-AA ein Annotationsfaktum generiert.The set Φ S corresponds to an amount Γ S = {γ S / 0,..., Γ S / M-1} of second-level annotation algorithms (hereinafter also second-level AA). A second-level AA γ S / i ε Γ S searches in F K with the aid of a suitable merger rule instances of the element φ S ε Φ S. If a constellation of facts in F K corresponds to a criterion defined by the fusion rule, then an annotation factor is generated by the second-level AA.

Ein Second-Level-SK π (im Folgenden auch SLC = Second-Level-Classifier) kann als 2-Tupel der Form π = 〈ϕs, γs〉, ϕS ∊ ΦS, γS ∊ ΓS (1.15)aufgefasst werden. Der symbolischen Problemdomäne ΦS korrespondiert eine Menge P = {π0, ..., πM–1} von SLC. Ein SLC π ∊ P erhält als Input eine Menge FK von FLC-Annotationen und generiert daraus eine abzählbare Menge Fπ = {F π / 0, F π / 1, ...} von SLC-Annotationen, d.h. π : FK Fπ.A second-level SK π (hereinafter also SLC = second-level classifier) can be used as a 2-tuple of the form π = <φ s , γ s >, Φ S Ε Φ S , γ S Ε Γ S (1.15) be understood. The symbolic problem domain Φ S corresponds to a set P = {π 0 , ..., π M-1 } of SLC. An SLC π ε P receives as input a set F K of FLC annotations and generates therefrom a countable set F π = {F π / 0, F π / 1, ...} of SLC annotations, ie π: F K F π .

Eine Second-Level-Annotation ist ein 6-Tupel der Form FPi = 〈ψ, ωS, τ, f, Λ, Θ〉 (1.16) A second-level annotation is a 6-tuple of the form F P i = <Ψ, ω S , τ, f, Λ, Θ> (1.16)

Hierbei ist ψ ∊ Ψ ein Dateilabel, ωS ∊ ΩS das Klassenlabel der zu suchenden symbolischen Signatur, τ ein Zeitpunkt in A, f ein Frequenzwert und Λ = {λ0, λ1, ...} eine Liste von optional zu besetzenden Variablen. Θ ist eine durch die Instanziierung modifizierte symbolischen Signatur. Die Modifikation erfolgt dabei durch den AA bzw. die Fusionsregel. Modifikationen betreffen typischerweise die Positionen von symbolischen Elementen im Zeit-Frequenz-Raum.Here, ψ ε Ψ is a file label, ω S ε Ω S is the class label of the symbolic signature to be searched, τ is a time in A, f is a frequency value and Λ = {λ 0 , λ 1 , ...} is a list of optionally populated Variables. Θ is a symbolic signature modified by the instantiation. The modification is carried out by the AA or the fusion rule. Modifications typically affect the positions of symbolic elements in time-frequency space.

Korollar: Das Ziel des Herstellungsprozesses von SLC besteht darin, in einem gegebenen Kontext eine symbolische Phänomendomäne ΦS zu definieren und dazu eine geeignete Menge P von SLC zu finden, mit deren Hilfe die zu ΦS gehörenden Phänomene in FK zuverlässig lokalisiert werden können. Mit Hilfe von P kann dann aus FK maschinell die Menge FP der SLC-Annotationen erstellt werden.Corollary: The goal of the manufacturing process of SLC is to define a symbolic domain domain Φ S in a given context and to find a suitable set P of SLC with which the phenomena belonging to Φ S in F K can be reliably located. With the aid of P, the set F P of the SLC annotations can then be generated automatically from F K.

1.6 Genereller Verfahrensablauf1.6 General procedure

In dem oben dargestellten formalen Modell werden grundsätzlich zwei verschiedene Typen von SK zur Annotation bzw. Klassifikation von Zeitreihen unterschieden: First-Level und Second-Level SK (siehe auch 3.1).

  • 1. First-Level-SK (FLC) basieren auf elementaren Signaturen (Kennlinien) von Phänomenen und arbeiten direkt über den Zeitreihen. Mit Hilfe einer Menge K von FLC wird über einer Menge A von Zeitreihen die Menge FK von FLC-Annotationen generiert.
  • 2. Second-Level-SK (SLC) basieren auf symbolischen Signaturen und arbeiten über der Menge FK. Auf Grundlage einer Menge P von SLC generiert ein Suchverfahren über FK die Menge F von SLC-Annotationen.
In the formal model presented above, basically two different types of SK are distinguished for the annotation or classification of time series: first-level and second-level SK (see also 3.1 ).
  • 1. First-level SK (FLC) are based on elementary signatures (characteristics) of phenomena and work directly over the time series. Using a set K of FLC, the set F K of FLC annotations is generated over a set A of time series.
  • 2. Second-level SK (SLC) are based on symbolic signatures and work over the set F K. Based on a set P of SLC, a search method over F K generates the set F of SLC annotations.

Den Mengen K und P korrespondieren zwei Herstellungsprobleme. Im Folgenden wird gezeigt, wie die Herstellung beider Klassifikatortypen durch KDD-Methoden sinnvoll unterstützt werden kann.The Quantities K and P correspond to two manufacturing problems. Hereinafter is shown as the manufacture of both classifier types by KDD methods make sense supports can be.

1.6.1 Der FLCD-Prozess1.6.1 The FLCD process

FLC, die für eine bestimmte Domäne optimiert sind, können als besondere Form von Expertenwissen verstanden werden. Die Herstellung von FLC ist – wenn man von den einfachsten Fällen absieht – ein wissensintensiver Prozess. FLC können im Rahmen eines modifizierten KDD-Prozesses (vgl. [2]) generiert, evaluiert und verfeinert werden. Es ergibt sich der in 3.2 dargestellte FLC-Discovery-Prozess (FLCD-Prozess).FLC optimized for a particular domain can be understood as a special form of expert knowledge. The production of FLC is a knowledge-intensive process, except for the simplest cases. FLCs can be generated, evaluated and refined as part of a modified KDD process (see [2]). It results in the 3.2 illustrated FLC discovery process (FLCD process).

Das Ziel des FLCD-Prozesses besteht darin, in einem gegebenen Kontext eine elementare Phänomendomäne Φ zu definieren und dazu eine geeignete Menge K von FLC zu finden, mit deren Hilfe die zu Φ gehörenden Phänomene einer Menge A von Zeitreihen-Dateien zuverlässig lokalisiert und annotiert werden können.The The goal of the FLCD process is to work in a given context to define an elementary phenomena domain Φ and to find an appropriate amount K of FLC with their help the phenomena associated with Φ Quantity A of time series files reliably localized and annotated can be.

In der folgenden Aufzählung werden die einzelnen Schritte des FLCD-Prozesses dargestellt. Jeder Schritt ist interaktiv und kann ggf. iteriert werden.

  • 1. Zeitreihen-Daten-Basis: Die Zeitreihen-Daten müssen unter Berücksichtigung des Vorwissens und des jeweiligen Aufgabestellung in geeigneter Art und Weise aufgezeichnet werden.
  • 2. Zeitreihen-Daten-Interface: Um mit Zeitreihen-Daten umgehen zu können, bedarf es eines hierfür geeigneten Zeitreihen-Daten-Interfaces, welches Werkzeuge zur wissenschaftlichen Visualisierung und zur Navigation in den Zeitreihen-Daten zur Verfügung stellt.
  • 3. Zeitreihen-Daten-Selektion: In den meisten Fällen ist es notwendig, aus einer Menge von rohen Zeitreihen-Daten eine Teilmenge auszuwählen, die für im gegebenen Herstellungskontext am geeignetsten erscheint. In die Entscheidung darüber, welche Daten in den nachfolgenden Schritten weiterverwendet werden, fließen Betrachtungen über Inhalt, Qualität, Quantität und Struktur der Daten ein. Es ergibt sich eine Menge von vorläufigen Zieldaten.
  • 4. Zeitreihen-Daten-Bereinigung: Die Menge der vorläufigen Zeitreihen-Zieldaten muss in der Regel noch bereinigt, d.h. von unbrauchbaren (gestörten, verzerrten, zu leisen) Aufnahmen befreit werden. Die verbleibenden Daten werden bereinigte Zieldaten A' genannt.
  • 5. FLC-Date-Mining: Das FLC-Data-Mining zielt darauf ab, neuartige und interessante elementare Signaturen zu finden. Diese können durch geeignete Data-Mining-Verfahren generiert oder verfeinert werden. Das FLC-Data-Mining umfasst folgende Schritte: (a) Wahl des Data-Mining-Algorithmus: Es muss ein konkreter Algorithmus zum Finden von elementaren Signaturen gewählt werden. Dieser Schritt beinhaltet detaillierte Betrachtungen über Parameter und mögliche Modelle sowie das Gesamtumfeld des FLCD-Prozesses. (b) Anwendung des Data-Mining-Algorithmus: Die Anwendung des Data-Mining-Algorithmus zur Suche nach elementaren Signaturen kann unsupervised oder supervised ablaufen. Im Falle einer überwachten Anwendung des Data-Mining-Algorithmus müssen die Zwischenergebnisse evaluiert werden. Vom Data-Mining-Algorithmus entdeckte Signaturen können automatisch mit Klassfikationsfunktionen zu FLC verknüpft werden. (c) Evaluation: Eine erfolgreiche Anwendung des Data-Mining-Algorithmus auf die bereinigten Zieldaten A' resultiert in einer Menge KTMP von vorläufigen, nicht-evaluierten FLC. Diese müssen bewertet werden. Im Bedarfsfalle kann der Data-Mining-Schritt wiederholt werden. Es entsteht die Menge K der evaluierten FLC.
  • 6. Die Menge K: Das Produkt des FLCD-Prozesses ist eine Menge K von FLC. Diese Menge modelliert Wissen mit Referenz auf die Ebene elementarer Phänomene in den Zeitreihen-Daten. Dieses Wissen kann zur Annotation der Zieldaten in A' verwendet werden, es kann aber auch für sich interessante Informationen über die den Zeitreihen-Daten zugrundeliegenden Prozesse enthalten.
  • 7. Anwendung: Durch Anwendung der Klassifikatoren in K auf A' entsteht die Menge FK der FLC-Annotationen. Diese Menge kann entweder direkt verwendet oder in weiterführenden KDD-Schritten auf höherer Ebene ausgewertet werden.
The following list shows the individual steps of the FLCD process. Each step is interactive and can be iterated if necessary.
  • 1. Time series data basis: The time series data must be recorded in a suitable manner taking into account the prior knowledge and the respective task.
  • 2. Time series data interface: In order to deal with time series data, a suitable time series data interface is required, which provides tools for scientific visualization and navigation in the time series data.
  • 3. Time Series Data Selection: In most cases, it is necessary to select from a set of raw time series data a subset that appears most appropriate for the given manufacturing context. When deciding which data to continue to use in subsequent steps, consideration is given to the content, quality, quantity, and structure of the data. There is a lot of preliminary target data.
  • 4. Time Series Data Cleansing: The amount of preliminary time series target data usually needs to be adjusted, ie freed from useless (disturbed, distorted, too soft) recordings. The remaining data is called cleaned target data A '.
  • 5. FLC Date Mining: FLC data mining aims to find novel and interesting elementary signatures. These can be generated or refined by means of suitable data mining methods. FLC data mining involves the following steps: (a) Choice of the data mining algorithm: a concrete algorithm for finding elementary signatures must be chosen. This step includes detailed considerations about parameters and possible models as well as the overall environment of the FLCD process. (b) Application of the Data Mining Algorithm: The application of the data mining algorithm to search for elementary signatures can be unsupervised or supervised. In the case of a monitored application of the data mining algorithm, the intermediate results must be evaluated. Signatures detected by the data mining algorithm can be automatically linked to FLC classifier functions. (c) Evaluation: Successful application of the data mining algorithm to the cleaned target data A 'results in a set K TMP of preliminary, non-evaluated FLC. These must be evaluated. If necessary, the data mining step can be repeated. The result is the set K of the evaluated FLC.
  • 6. The Quantity K: The product of the FLCD process is a set K of FLC. This set models knowledge with reference to the level of elementary phenomena in the time series data. This knowledge can be used to annotate the target data in A ', but it can also contain interesting information about the processes underlying the time series data.
  • 7. Application: Applying the classifiers in K to A 'gives the set F K of the FLC annotations. This amount can either be used directly or evaluated in higher level KDD steps.

1.6.2 Der SLCD-Prozess1.6.2 The SLCD process

Auch SLC, die für eine bestimmte Phänomendomäne optimiert sind, können als besondere Form von Expertenwissen verstanden werden. Die Herstellung von SLC ist – wenn man von den einfachsten Fällen absieht – ein wissensintensiver Prozess. SLC können im Rahmen eines modifizierten KDD-Prozesses generiert, evaluiert und verfeinert werden. Es ergibt sich der in 3.3 dargestellte SLC-Discovery-Prozess (SLCD-Prozess).SLC optimized for a particular domain of phenomena can also be understood as a special form of expert knowledge. Manufacturing SLC is a knowledge-intensive process, ignoring the simplest of cases. SLC can be generated, evaluated and refined as part of a modified KDD process. It results in the 3.3 illustrated SLC discovery process (SLCD process).

Das Ziel des SLCD-Prozesses besteht darin, in einem gegebenen Herstellungs-Kontext eine symbolische Problemdomäne ΦS zu definieren und dazu eine geeignete Menge P von SLC zu finden, mit deren Hilfe die zu ΦS gehörenden Phänomene in FK zuverlässig lokalisiert und annotiert werden können.The objective of the SLCD process is to define a symbolic problem domain Φ S in a given manufacturing context and to find a suitable set P of SLC with which the phenomena in F K associated with Φ S are reliably located and annotated can.

In der folgenden Aufzählung werden die einzelnen Schritte des SLCD-Prozesses dargestellt. Jeder Schritt ist interaktiv und kann ggf. iteriert werden.

  • 1. FLC-Annotationen FK: Die Menge der FLC-Annotationen FK entsteht durch Anwendung der Klassifikatoren in K auf A'. FK kann ggf. auch durch manuelle Annotationen von A' erhalten werden.
  • 2. Daten-Interface: Um mit den Elementen in FK operieren zu können, bedarf es eines speziell hierfür gestalteten Daten-Interfaces, welches Werkzeuge zur Visualisierung von Annotationsfakten und zur Navigation in Mengen von Annotationsfakten zur Verfügung stellt.
  • 3. Daten-Selektion: Im SLCD-Prozess kann es notwendig sein, aus FK eine Teilmenge auszuwählen, welche für die Untersuchung am geeignetsten erscheint. In die Entscheidung darüber, welche Daten in den nachfolgenden Schritten verwendet werden, fließen Betrachtungen über Inhalt, Qualität, Quantität und Struktur der Daten ein. Es entsteht die Menge der vorläufigen Zieldaten.
  • 4. Daten-Bereinigung: Die Menge der vorläufigen Zieldaten muss ggf. bereinigt, d.h. von unbrauchbaren Elementen befreit werden. Idealerweise wird die Menge fehlerhafter Daten schon während der Annotation von A' minimiert. Die verbleibenden Daten werden bereinigte Zieldaten F'K genannt.
  • 5. SLC-Data-Mining: Das SLC-Data-Mining zielt darauf ab, neuartige und interessante symbolische Signaturen zu finden. Diese können durch geeignete Data-Mining-Verfahren generiert oder verfeinert werden. Das SLC-Data-Mining umfasst folgende Schritte: (a) Wahl des Data-Mining-Algorithmus: Es muss ein konkreter Algorithmus zum Auffinden von neuartigen symbolischen Signaturen komplexer Phänomene gewählt werden. Dieser Schritt beinhaltet detaillierte Betrachtungen über Parameter und mögliche Modelle sowie das Gesamtumfeld des SLCD-Prozesses. (b) Anwendung des Data-Mining-Algorithmus: Die Anwendung des Data-Mining-Algorithmus zur Suche nach symbolischen Signaturen komplexer Phänomene kann unsupervised oder supervised ablaufen. Im Falle einer überwachten Anwendung des Data-Mining-Algorithmus müssen die Zwischenergebnisse evaluiert werden. (c) Evaluation: Eine erfolgreiche Anwendung des Data-Mining-Algorithmus auf die bereinigten Zieldaten F'K resultiert in einer Menge PTMP von vorläufigen, nicht-evaluierten Klassifikatoren für komplexe Phänomenklassen. Im Bedarfsfalle kann der Data-Mining-Schritt wiederholt werden, bis die Menge P der evaluierten SLC entsteht.
  • 6. Die Menge P: Das Produkt des SLCD-Prozesses ist die Menge P. Diese Menge modelliert Wissen mit Referenz auf Konstellationen elementarer Phänomene im Zeit-Frequenz-Raum. Dieses Wissen kann zur Annotation der Zieldaten in F'K verwendet werden.
  • 7. Anwendung: Durch Anwendung der Klassifikatoren in P auf F'K' entsteht die Menge FP der SLC-Annotationen. Diese Menge kann entweder direkt verwendet oder in weiterführenden KDD-Schritten auf höherer Ebene ausgewertet werden.
The following list shows the individual steps of the SLCD process. Each step is interactive and can be iterated if necessary.
  • 1. FLC annotations F K : The set of FLC annotations F K is obtained by applying the classifiers in K to A '. If necessary, F K can also be obtained by manual annotations of A '.
  • 2. Data Interface: In order to be able to operate with the elements in F K , a specially designed data interface is required, which provides tools for visualizing annotation facts and for navigating in sets of annotation facts.
  • 3. Data selection: In the SLCD process, it may be necessary to select from F K a subset which appears most suitable for the investigation. When deciding which data to use in subsequent steps, consideration is given to the content, quality, quantity, and structure of the data. The amount of preliminary target data is created.
  • 4. Data cleanup: The amount of preliminary target data may have to be cleaned up, ie freed from unusable elements. Ideally, the amount of erroneous data is already minimized during the annotation of A '. The remaining data is called adjusted target data F 'K.
  • 5. SLC Data Mining: SLC data mining aims to find novel and interesting symbolic signatures. These can be generated or refined by means of suitable data mining methods. SLC data mining involves the following steps: (a) Choice of the data mining algorithm: a concrete algorithm for finding novel symbolic signatures of complex phenomena must be chosen. This step includes detailed considerations about parameters and possible models as well as the overall environment of the SLCD process. (b) Application of the Data Mining Algorithm: The application of the data mining algorithm to search for symbolic signatures of complex phenomena can be unsupervised or supervised. In the case of a monitored application of the data mining algorithm, the intermediate results must be evaluated. (c) Evaluation: Successful application of the data mining algorithm to the adjusted target data F ' K results in a set P TMP of preliminary, non-evaluated classifiers for complex classes of phenomena. If necessary, the data mining step may be repeated until the set P of the evaluated SLC is established.
  • 6. The set P: The product of the SLCD process is the set P. This set models knowledge with reference to constellations of elementary phenomena in the time-frequency space. This knowledge can be used to annotate the target data in F ' K.
  • 7. Application: Applying the classifiers in P to F 'K' results in the set F P of the SLC annotations. This amount can either be used directly or evaluated in higher level KDD steps.

1.7 Aufgaben bei der Herstellung von Signal-Klassifikatoren1.7 Tasks in the production of signal classifiers

Die bei der Herstellung von SK zu lösenden Aufgaben lassen sich in zwei Gruppen einzuteilen:

  • • Verfahrenstechnische-Aufgaben: (1) Verfahren zur Generation von akustischen und visuellen Phänomenen; (2) Verfahren zur Extraktion von elementaren und symbolischen Signaturen; (3) Implementationen von KKF; (4) Implementationen von First-Level- und Second-Level-AA; (5) Data-Mining-Instrumente zur Suche nach neuartigen elementaren und symbolischen Signaturen; (6) Instrumente zur Visualisierung von Signaturen und Annotationen; (7) Tools zum Management aller KDD-Einzelschritte; (8) Datenbank-Tools zur Verwaltung der Mengen FK und FP.
  • • Experten-Aufgaben, also kontextspezifische Aufgaben, die von Experten im Rahmen des FLCD- oder SLCD-Prozesses gelöst werden müssen. Hierzu gehören: (1) Die Suche und Spezifikation von akustischen und visuellen Phänomenen; (2) Die Generation von elementaren und symbolischen Signaturen; (3) Die Auswahl von KKF und Annotationsalgorithmen; (4) Die Justierung von Parametern; (5) Die Auswahl und Anwendung von Data-Mining-Instrumenten zur Suche nach neuartigen elementaren und symbolischen Signaturen; (6) Die Ausführung und Überwachung des FLCD- und SLCD-Prozesses; (7) Die Evaluation und Anwendung von Ergebnissen des FLCD- und SLCD-Prozesses.
The tasks to be solved in the production of SK can be divided into two groups:
  • • Process engineering tasks: (1) methods for generation of acoustic and visual phenomena; (2) methods for extracting elemental and symbolic signatures; (3) implementations of KKF; (4) implementations of first-level and second-level AA; (5) data mining tools to search for novel elemental and symbolic signatures; (6) instruments for visualizing signatures and annotations; (7) tools for managing all KDD steps; (8) Database tools for managing quantities F K and F P.
  • • Expert tasks, which are context-specific tasks that have to be solved by experts in the context of the FLCD or SLCD process. These include: (1) the search and specification of acoustic and visual phenomena; (2) The generation of elementary and symbolic signatures; (3) the selection of KKF and annotation algorithms; (4) the adjustment of parameters; (5) the selection and application of data mining tools to search for novel elemental and symbolic signatures; (6) the execution and monitoring of the FLCD and SLCD process; (7) The evaluation and application of results of the FLCD and SLCD process.

Die Erfindung betrifft ein System, welches den Bereich der verfahrenstechnischen Aufgaben abdeckt, gleichzeitig aber auch so gestaltet ist, dass die Experten-Aufgaben von Experten des jeweiligen Anwendungsgebietes der herzustellenden SK interaktiv gelöst werden können.The The invention relates to a system which covers the field of process engineering Tasks covers, but at the same time is designed so that the expert tasks by experts of the respective field of application of the produced SK interactively solved can be.

1.8 Modellierung spektrographischer FLC1.8 Modeling of Spectrographic FLC

In diesem Abschnitt wird dargestellt, wie FLC auf Grundlage von spektrographischen Visualisierungen erhalten werden können. Ein FLC κ ∊ K kann als 3-Tupel verstanden werden (vgl. Abschnitt 1.5): κ = 〈ϕ, c, γ〉 (1.17) This section describes how to obtain FLC based on spectrographic visualizations. An FLC κ ε K can be understood as a 3-tuple (see Section 1.5): κ = <φ, c, γ> (1.17)

Spektrographische Signaturen können explizit oder induktiv programmiert werden. Explizite Programmierung bedeutet hier, dass ϕ auf der Grundlage explizit ausgewählter Beispiele generiert wird. Induktive Programmierung bedeutet, dass ϕ auf der Grundlage vieler Beispiele maschinell supervised oder unsupervised erlernt wird.spectrographic Signatures can be programmed explicitly or inductively. Explicit programming here means that φ is based on explicitly selected examples is generated. Inductive programming means that φ is on Based on many examples, it is machine-supervised or unsupervised becomes.

1.8.1 Spektrographische Visualisierung1.8.1 Spectrographic visualization

Spektrogramme von Zeitreihen-Daten auf Grundlage der Fourier-Transformation oder anderen Zeit-Frequenz-Darstellungen (Wigner-Ville, Choi-Williams, Cone-Shaped, Gabor, u.a.) gehören zu den wichtigsten Hilfsmitteln in der Signalverarbeitung [4, 7, 6].Spectrograms of time series data based on the Fourier transform or other time-frequency representations (Wigner-Ville, Choi-Williams, Cone-Shaped, Gabor, etc.) to the most important tools in signal processing [4, 7, 6].

Im Folgenden werden visuelle Signaturen betrachtet, die auf der DFT beruhen. Es sei aber ausdrücklich erwähnt, dass die anderen genannten Transformationen in ähnlicher Art und Weise zu Zwecken der spektrographischen Visualisierung verwendet werden können. Es sei Φ = ΦV. Die Signaturen basieren auf einer Menge V von visuellen Repräsentationen (Visualisierungen) von Phänomenen, d.h.

Figure 00100001
The following are visual signatures based on the DFT. It should be noted, however, that the other transformations mentioned can be similarly used for purposes of spectrographic visualization. Let Φ = Φ V. The signatures are based on a set V of visual representations (visualizations) of phenomena, ie
Figure 00100001

Die zweidimensionale Visualisierung V ∊ V eines Phänomens ist eine x × y-Matrix über

Figure 00100002
V sei ein Ausschnitt eines Spektrogramms SP von einer Sequenz x → der Länge l.The two-dimensional visualization V ∈ V of a phenomenon is an x × y matrix
Figure 00100002
Let V be a section of a spectrogram SP of a sequence x → of length l.

Das Spektrogramm SP einer Sequenz x → ist eine x'×y'-Matrix, 0 ≤ y ≤ y', 0 ≤ x ≤ x', über

Figure 00100003
Die Spalten der Matrix werden erhalten, indem die gefensterte DFT auf x' Subsequenzen von x → angewendet wird. Die Subsequenzen können sich überlappen oder x → nur in Teilen abdecken.The spectrogram SP of a sequence x → is an x '× y' matrix, 0 ≦ y ≦ y ', 0 ≦ x ≦ x'
Figure 00100003
The columns of the matrix are obtained by applying the windowed DFT to x 'subsequences of x →. The subsequences may overlap or cover x → only in part.

Die DFT berechnet die Fourier-Koeffizienten für ein komplexes Signal x ^ der Länge W durch:

Figure 00100004
The DFT calculates the Fourier coefficients for a complex signal x ^ of length W by:
Figure 00100004

Da die Elemente in SP reellwertig sind, muss von jedem komplexen Element der Betrag berechnet werden:

Figure 00100005
Since the elements in SP are real-valued, the amount of each complex element must be calculated:
Figure 00100005

Das Input-Signal x ^ für die DFT ergibt sich, indem die Elemente in den x Subsequenzen von x → zunächst mit einer Fensterfunktion multipliziert werden. Der imaginäre Anteil der Elemente in x ^ wird auf 0 gesetzt. Der reale Anteil entspricht den durch die Fensterfunktion gewichteten Elementen der Subsequenzen.The Input signal x ^ for the DFT is obtained by first using the elements in the x subsequences of x → a window function are multiplied. The imaginary part of the elements in x ^ is set to 0. The real share corresponds the window function weighted elements of the subsequences.

Die hier immer verwendete Fensterfunktion Blackman (mit α = 15, Diskussion in [5]) ist definiert durch:

Figure 00110001
The window function Blackman (with α = 15, discussion in [5]), which is always used here, is defined by:
Figure 00110001

Die hier verwendeten Visualisierungen sind farbkodierte Darstellungen von Spektrogrammen. Auf der x-Achse ist die Zeit in ms abgetragen. Auf der y-Achse ist die Frequenz in Hz abgetragen. Der in einer Visualisierung sichtbare Bereich eines Spektrogramms kann ggf. eingeschränkt werden, indem ein oberes und unteres Frequenzband bestimmt wird. Die maximale Frequenz des oberen Frequenzbandes entspricht der Nyquist-Frequenz = Abtastfrequenz ÷ 2 der Zeitreihen-Datei.The Visualizations used here are color-coded representations of spectrograms. The time in ms is plotted on the x-axis. On the y-axis the frequency is plotted in Hz. The visible in a visualization Range of a spectrogram may possibly be restricted by an upper and lower frequency band is determined. The maximum frequency of the upper frequency band corresponds to the Nyquist frequency = sampling frequency ÷ 2 of Time series file.

Ein besonderes Problem im Bereich der Signalverarbeitung ist oft der hohe Dynamikumfang der Zeitreihen-Daten. Um einen möglichst großen Wertebereich in einer spektrographischen Visualisierung sichtbar zu machen, können die Elemente der Matrix logarithmisiert und/oder in spezieller Weise farbkodiert dargestellt werden. Die Farbkodierung kann erhalten werden, indem jedem Wert υ ∊ V, ein Farbwert color(υ) zugewiesen wird. Die Funktion color(υ) wird im Folgenden auch Farbpalette der spektrographischen Visualisierung genannt. Für die 24Bit–Bitmaps wird sie definiert durch: color(υ) = red(υ) + 28·green(υ) + 216·blue(υ) A particular problem in the field of signal processing is often the high dynamic range of the time series data. In order to visualize the widest possible range of values in a spectrographic visualization, the elements of the matrix can be logarithmized and / or represented in a special color-coded manner. The color coding can be obtained by assigning to each value υ ε V, a color value color (υ). The function color (υ) is also called color palette of the spectrographic visualization in the following. For the 24 bit bitmaps it is defined by: color (υ) = red (υ) + 2 8th · Green (υ) + 2 16 · Blue (υ)

Es sind insgesamt 224 verschiedene Farbwerte aber nur 28 verschiedene Graustufen möglich. Der Farbauszug red(υ) der Palette ist definiert durch:

Figure 00110002
There are a total of 2 24 different color values but only 2 8 different shades of gray possible. The color separation red (υ) of the palette is defined by:
Figure 00110002

Die Funktion hängt von zwei Parametern ab: Rpos und Rwidth. Der Wert Rpos ist der Wert, an dem die Farbe Rot ihren maximalen Wert 255 erreicht. Der Wert Rpos + ist der Wert, ab dem die Farbe Rot in Einerschritten wieder abnimmt. Der Wert Rpos – 255 ist der erste Wert, ab dem die Farbe Rot angezeigt wird. Der Wert Rpos + Rwidth + 255 ist der letzte Wert, bis zu dem die Farbe Rot angezeigt wird. Analog werden die Farben Grün und Blau berechnet.The function depends on two parameters: R pos and R width . The value R pos is the value at which the color red reaches its maximum value 255. The value R pos + is the value at which the color red decreases again in one step. The value R pos - 255 is the first value from which the color red is displayed. The value R pos + R width + 255 is the last value up to which the color red is displayed. Similarly, the colors green and blue are calculated.

Durch geeignete Farbpaletten können die Werte in V mit Hilfe von Helligkeits- und Farbkontrasten in einem großen Dynamikumfang dargestellt werden. Dies hat gegenüber der traditionellen Graustufendarstellung entscheidende Vorteile: Ein insgesamt größerer Wertebereich wird sichtbar und feine Abstufungen in benachbarten Werten treten durch Farbkontraste deutlich hervor.By suitable color palettes can the values in V using brightness and color contrasts in one huge Dynamic range are displayed. This has opposite the traditional grayscale appearance decisive advantages: An overall larger value range becomes visible and fine gradations in adjacent values occur through color contrasts clearly visible.

1.8.2 Spektrographische Signaturen1.8.2 Spectrographic signatures

Die Signatur, welche ein Phänomen charakterisiert, sollte kompakt sein und dabei alle relevanten Informationen beinhalten – andernfalls wird die Berechnung der KKF zu komplex und überflüssige Informationen könnten ihre Genauigkeit beeinträchtigen.The Signature, which is a phenomenon characterized, should be compact while keeping all relevant information contain - otherwise The calculation of the KKF is too complex and unnecessary information could be theirs Affect accuracy.

Visuelle Signaturen werden über eine Funktion EV zur Extraktion von Merkmalen aus Zeitreihen erhalten. Im Folgenden wird ein Verfahren zur Realisierung dieser Funktion auf der Basis von spektrographischen Visualisierungen (vgl. Abschnitt 1.8.1) beschrieben. Die Signaturen sind eine Untermenge der ursprünglichen spektrographischen Visualisierung. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:Visual signatures are obtained via a function E V for extracting features from time series. In the following, a method for the realization of this function is described on the basis of spectrographic visualizations (see Section 1.8.1). The signatures are a subset of the original spectrographic visualization. The method comprises the following steps:

Verfahren: Extraktion spektrographischer SignaturenMethod: extraction of spectrographic signatures

Input: AInput: A

Output:Output:

  • 1. Generiere die Visualisierung V eines gewünschten Phänomens in A mit Hilfe der Methode aus Abschnitt 1.8.1. Hierbei ist zu beachten, dass alle Charakteristika des Phänomens in V deutlich hervortreten müssen. V ist eine x × y-Matrix über
    Figure 00120001
    1. Generate the visualization V of a desired phenomenon in A using the method in Section 1.8.1. It should be noted that all characteristics of the phenomenon in V must be made clear. V is an x × y matrix over
    Figure 00120001
  • 2. Wähle in V einen Bereich V' aus, welcher der Position und Ausdehnung des Phänomens im Zeit-Frequenz-Raum entspricht. V' ist eine x' × y'-Matrix über
    Figure 00120002
    die eine Untermenge von V enthält.
    2. In V, select an area V 'corresponding to the position and extent of the phenomenon in the time-frequency space. V 'is an x' × y 'matrix over
    Figure 00120002
    which contains a subset of V.
  • 3. Extrahiere aus V' die spektrographische Signatur ϕ des Phänomens. Gehe dabei wie folgt vor: (a) Wähle in V' alle Elemente aus, die größer sind als ein vorgegebener Schwellwert ϛ. Teile diese Menge in zwei Matrizen: (1) Die Matrix ϕ+, welche alle Elemente umfasst, die offensichtlich eine besondere Relevanz für Klassifikationsentscheidungen besitzen, und (2) die Matrix ϕ0, die alle restlichen Elemente umfasst, d.h. alle Elemente, von denen noch nicht bekannt ist, ob sie eine Relevanz für Klassifikationsentscheidungen besitzen. In ϕ+ sind nur lokale Maxima von Spalten und Zeilen in V' enthalten: ϕ = {υx,y ∊ V'|υx,y > ϛ, fMx,y) = 1} (1.21)Die Matrix ϕ0 wird beim Verschmelzen von Signaturen benötigt. Sie enthält Datenpunkte, die durch Verschmelzungsoperationen möglicherweise zu lokalen Maxima von Spalten und Zeilen transformiert werden können (siehe Abschnitt 1.8.10): ϕ0 = {υx,y ∊ V'|υx,y > ϛ, fMx,y) = 0} (1.22)Die Funktion fM :
    Figure 00120003
    → {1,0} gibt an, ob ein Element υx,y ein lokales Maximum in einer Spalte oder Zeile von V' ist. Dieses Vorgehen geht auf die Annahme zurück, dass die meisten Real-World-Zeitreihen durch ihre maximalen Fourier-Koeffizienten repräsentiert werden können [3, 1]. Die Funktion fM ist definiert durch
    Figure 00120004
    (b) Wähle anschließend in V' alle Elemente aus, die kleiner sind, als ϛ und sich zugleich in unmittelbarer Nachbarschaft zu Elementen aus ϕ+ oder ϕ0 befinden. Die Nachbarschaft ist durch je eine Abstandsvariable dx in horizontaler und dy vertikaler Richtung definiert. Diese Elemente bilden den Umriss ϕ der Visualisierung eines Phänomens, da sich hierin bei geeigneten Abstandsvariablen der Umriss des Phänomens widerspiegelt. ϕ = {υx,y ∊ V'|υx,y < ϛ, fUx,y) = 1} (1.24)Hierbei ist fU :
    Figure 00130001
    → {1, 0} eine Funktion, die angibt, ob sich ein Datenpunkt υx,y in Nachbarschaft zu einem Punkt aus ϕ+ oder ϕ0 befindet. Die Funktion fU ist definiert durch
    Figure 00130002
    (c) Lösche aus ϕ+, ϕ0, und ϕ manuell alle Elemente, die offensichtlich nicht zu dem Phänomen gehören, das modelliert werden soll. Es ergibt sich die spektrographische Signatur des Phänomens: ϕ = 〈ϕ+,ϕ, ϕ〉 (1.26)
    3. Extract from V 'the spectrographic signature φ of the phenomenon. Proceed as follows: (a) In V ', select all elements that are greater than a given threshold value ς. Divide this set into two matrices: (1) the matrix φ + , which includes all elements that obviously have a special relevance for classification decisions, and (2) the matrix φ 0 , which includes all remaining elements, ie all elements, of which it is not yet known if they are relevant for classification decisions. In φ + only local maxima of columns and rows are contained in V ': φ = {υ x, y Ε V '| υ x, y > ς, f M x, y ) = 1} (1.21) The matrix φ 0 is needed when merging signatures. It contains data points that can possibly be transformed into local maxima of columns and rows by merging operations (see Section 1.8.10): φ 0 = {υ x, y Ε V '| υ x, y > ς, f M x, y ) = 0} (1.22) The function f M :
    Figure 00120003
    → {1,0} indicates whether an element υ x, y is a local maximum in a column or row of V '. This approach is based on the assumption that most real-world time series can be represented by their maximum Fourier coefficients [3, 1]. The function f M is defined by
    Figure 00120004
    (b) Then select in V 'all elements that are smaller than ς and at the same time in the immediate vicinity of elements from φ + or φ 0 . The neighborhood is defined by a respective distance variable dx in horizontal and dy vertical direction. These elements form the outline φ - the visualization of a phenomenon, as this is reflected in appropriate distance variables, the outline of the phenomenon. φ = {υ x, y Ε V '| υ x, y <ς, f U x, y ) = 1} (1.24) Here, f U :
    Figure 00130001
    → {1, 0} a function that indicates whether a data point υ x, y is in the neighborhood of a point of φ + or φ 0 . The function f U is defined by
    Figure 00130002
    (c) Delete from φ + , φ 0 , and φ - Manually all elements that obviously do not belong to the phenomenon that is to be modeled. The result is the spectrographic signature of the phenomenon: φ = <φ + , φ, φ> (1.26)
  • 4. Evaluiere die Eigenschaften der Signatur im gegebenen Herstellungs-Kontext. Wiederhole ggf. die vorausgehenden Schritte.4. Evaluate the properties of the signature in the given manufacturing context. If necessary, repeat the previous steps.

Dieses Verfahren kann ggf. iteriert werden. Eine schrittweise Verfeinerung gestattet es, Signaturen zu erhalten, die einem Herstellungskontext angemessen sind.This If necessary, the procedure can be iterated. A gradual refinement allows to obtain signatures that are in a manufacturing context are appropriate.

1.8.3 KKF für spektrographische Signaturen1.8.3 KKF for spectrographic signatures

Mit Hilfe der KKF vergleicht der Annotationsalgorithmus eine Signatur mit einer Sequenz. Durch die KKF wird der Hypothese, dass in der Sequenz das der Signatur entsprechende Phänomen enthalten ist, eine reellwertige Maßzahl s – die Klassenähnlichkeit – zuordnet.With With help from the KKF, the annotation algorithm compares a signature with a sequence. By the KKF is the hypothesis that in the Sequence the signature corresponding phenomenon is included, a real-valued measure s - the Class similarity - assigns.

Da eine spektrographische Signatur als Untermenge eines Spektrogramms verstanden werden kann, eignet sich zur Berechnung der Klassenähnlichkeit ein Maß für den Abstand zwischen Signatur und Spektrogramm der Sequenz. Das im Folgenden beschriebene Verfahrung zur Berechnung der KKF ist schwellwertbasiert. Es erfordert, dass die zeitliche Ausdehnung von Sequenz und Signatur einander entsprechen. Der Algorithmus zeichnet sich durch große Stabilität und einfaches Parameter-Fitting aus:Since a spectrographic signature can be understood as a subset of a spectrogram, a measure of the distance between the signature and the spectrogram of the sequence is suitable for calculating the class similarity. The procedure described below for calculating the KKF is schwellwertba Siert. It requires that the temporal extent of sequence and signature correspond to each other. The algorithm is characterized by great stability and easy parameter fitting:

Verfahren: KKF spektrographischMethod: KKF spectrographically

Input: x →,Input: x →,

Output: sOutput: s

  • 1. Bilde aus x → ein Spektrogramm unter Verwendung aller Parameter, die zur Generierung des der Signatur zugrundeliegenden Spektrogramms verwendet wurden. Das Ergebnis ist ein Spektrogramm
    Figure 00140001
    dessen Elemente sich direkt mit denen von ϕ vergleichen lassen.
    1. Compile x → a spectrogram using all the parameters used to generate the signature underlying the signature. The result is a spectrogram
    Figure 00140001
    whose elements can be compared directly with those of φ.
  • 2. Extrahiere aus
    Figure 00140002
    zwei Matrizen, deren Elemente den definierten Elementen in ϕ+ und ϕ entsprechen:
    Figure 00140003
    Es gilt nun N = |ϕ+| = |X+| und M = |ϕ| = |X|.
    2. Extract
    Figure 00140002
    two matrices whose elements correspond to the defined elements in φ + and φ - :
    Figure 00140003
    Now we have N = | φ + | = | X + | and M = | φ - | = | X - |.
  • 3. Berechne die Ähnlichkeit zwischen ϕ und x → durch:
    Figure 00140004
    3. Calculate the similarity between φ and x → by:
    Figure 00140004

Hierbei sind d+ und d zwei unterschiedliche Funktionen zur Berechnung des Abstands:

Figure 00140005
Here, d + and d - are two different functions for calculating the distance:
Figure 00140005

Die Parameter dy0, c0, dy1, c1, dy2 und c2 sind Normierungsparameter. Die Abstandsfunktionen Δ+ und Δ sind definiert durch:

Figure 00140006
The parameters dy 0 , c 0 , dy 1 , c 1 , dy 2 and c 2 are normalization parameters. The distance functions Δ + and Δ - are defined by:
Figure 00140006

Idee bei diesem Vorgehen ist, die Differenz zwischen einem Element in X+ und einem Element in ϕ+ nur dann in das Ergebnis mit einzubeziehen, wenn das erste Element kleiner ist, d.h. nicht der Vorgabe entspricht. Wenn es dagegen die Vorgabe übererfüllt, wird der resultierende negative Abstand nicht mit einbezogen. Dasselbe gilt für die Differenz zwischen einem Element in X und einem Element in ϕ: Nur wenn die Vorgabe nicht erfüllt ist, wird die Differenz zur Berechnung des Ergebnisses hinzugezogen. Mit dieser Art der Gewichtung wird dem hohen Dynamikumfang in vielen Signalen besser Rechnung getragen als mit einfacheren Maßen, wie z.B. der Manhattan-Distanz.The idea with this procedure is to include the difference between an element in X + and an element in φ + only in the result if the first element is smaller, ie does not correspond to the specification. On the other hand, if it exceeds the default, the resulting negative distance is not included. The same applies to the difference between an element in X - and an element in φ - : Only if the specification is not fulfilled is the difference used to calculate the result. With this type of weighting, the high dynamic range is better taken into account in many signals than with simpler measures, such as the Manhattan distance.

1.8.4 Algorithmische Annotation1.8.4 Algorithmic Annotation

Das dritte Element eines FLC ist der Annotationsalgorithmus, der die KKF systematisch auf die Dateien des Zeitreihen-Korpus A anwendet und unter bestimmten Bedingungen FLC-Annotationen erzeugt. Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, das sich besonders gut für die oben beschriebene KKF eignet. Der AA berechnet anhand der KKF für eine Zeitreihen-Datei s → zunächst einen geglätteten Korrelationsvektor D →. Aus diesem werden anschließend Intervalle isoliert, deren Elemente alle über einem bestimmten Schwellwert th liegen. Zu jedem Intervall wird dann zu dem Zeitpunkt eine FLC-Annotation generiert, an dem D → innerhalb des Intervalls sein Maximum hat. Die Annotation erfolgt unsupervised nach folgendem Verfahren:The third element of an FLC is the annotation algorithm, which is the KKF systematically applied to the files of the time series corpus A. and generates FLC annotations under certain conditions. Hereinafter a procedure is described which is especially good for the above KKF described is suitable. The AA uses the KKF for a time series file s → to calculate one smoothed Correlation vector D →. From this then intervals are isolated, whose Elements all over a certain threshold th lie. At each interval becomes then generate an FLC annotation at the time D → within the Interval has its maximum. The annotation is unsupervised according to the following procedure:

Verfahren: FLC-AnnotationMethod: FLC annotation

Input: s →, th, ϕInput: s →, th, φ

Output: FK Output: F K

  • 1. Bilde aus einer Zeitreihen-Datei ss → mit Hilfe der signaturspezifischen spektrographischen KKF einen Korrelationsvektor DD →, der für jeden möglichen Zeitpunkt eine Aussage über die Klassenähnlichkeit zwischen Signatur und Zeitreihe beinhaltet. Glätte anschließend den Vektor.1. Create from a time series file ss → with help the signature-specific spectrographic KKF a correlation vector DD →, the for any Date a statement about the class similarity between signature and time series. Then smoothen the Vector.
  • 2. Finde in dem geglätteten Korrelationsvektor D → die Intervalle I, deren Elemente alle größer sind als der vorgegebene Ähnlichkeits-Schwellwert th.2. Find in the smoothed Correlation vector D → the intervals I whose elements are all larger as the predetermined similarity threshold th.
  • 3. Generiere für jedes Intervall genau eine FLC-Annotation. Der Zeitpunkt der Annotation entspricht dabei dem Zeitpunkt, an dem der geglättete Korrelationsvektor innerhalb des Intervalls sein Maximum hat. Die Menge aller so generierten FLC-Annotationen ist FK.3. Generate exactly one FLC annotation for each interval. The time of the annotation corresponds to the time at which the smoothed correlation vector has its maximum within the interval. The set of all thus generated FLC annotations is F K.

In 3.6 ist die Arbeitsweise des Annotationsalgorithmus schematisch dargestellt: D → ist der geglättete Korrelationsvektor. th ist der Ähnlichkeitsschwellwert. I0, I1, I2, I3 sind die Intervalle, an denen die Elemente von D → größer sind als th. t0, t1, t2, t3 sind die Zeitpunkte zu denen der Algorithmus eine Annotation generiert.In 3.6 the operation of the annotation algorithm is shown schematically: D → is the smoothed correlation vector. th is the similarity threshold. I 0 , I 1 , I 2 , I 3 are the intervals at which the elements of D → are greater than th. t 0 , t 1 , t 2 , t 3 are the times at which the algorithm generates an annotation.

Idee bei diesem Verfahren ist, Annotationen immer nur dann zu generieren, wenn der Abstand zwischen Signatur und Zeitreihen-Datei oberhalb eines Schwellwertes liegt und gleichzeitig ein lokales Maximum ist. Die Glättung dient der Vermeidung von falschen Annotationsentscheidungen durch lokale Fluktuationen in DD →.idea with this method is to generate annotations only then if the distance between signature and time series file above a threshold and at the same time is a local maximum. The smoothing serves to avoid false annotation decisions by local fluctuations in DD →.

1.8.5 Manuelle Programmierung von FLC1.8.5 Manual programming of FLC

In vielen Fällen ist es ausreichend FLC und auch SLC manuell zu erstellen. Eine Methode zur expliziten Programmierung von FLC besteht darin, Beispiele für Phänomen-Klassen mit Hilfe eines entsprechenden Zeitreihen-Daten-Interfaces auszuwählen und nach der oben beschriebenen Methode spektrographische Signaturen zu generieren. Anschließend können diese mit der KKF und dem Annotationsalgorithmus verknüpft werden. Alle notwendigen Parameter können von Hand justiert werden. Die so erhaltenen Klassifikatoren können schrittweise evaluiert und verfeinert werden. Es ist auch möglich, sie so zu gruppieren, dass eine Phäromenklasse durch mehrere Klassifikatoren abgedeckt wird.In many cases is it sufficient to create FLC and also SLC manually. A method Explicit programming of FLC consists of examples of Phenomenon classes using a corresponding time series data interface and select according to the method described above spectrographic signatures to generate. Subsequently can these are linked to the KKF and the annotation algorithm. All necessary parameters can be adjusted by hand. The classifiers obtained in this way can be evaluated step by step and be refined. It's also possible to group them like this that a class of physics covered by several classifiers.

1.8.6 Notation und Visualisierung1.8.6 Notation and visualization

Die Performanz eines FLC ist von seiner Signatur selbst, aber auch von einer Reihe algorithmischer Parameter abhängig. Unmittelbares visuelles Feedback über die folgenden Eigenschaften eines Klassifikators ist bei seiner Gestaltung und bei der Justierung der Parameter hilfreich:

  • • Die Zeit-Frequenz Position der Datenpunkte in ϕ.
  • • Die Aufspaltung des Klassifikators in ϕ+, ϕ0 und ϕ.
The performance of an FLC depends on its signature itself, but also on a number of algorithmic parameters. Immediate visual feedback on the following properties of a classifier is helpful in designing and adjusting the parameters:
  • • The time-frequency position of the data points in φ.
  • • The splitting of the classifier into φ + , φ 0 and φ - .

3.4 veranschaulicht dies. Links: ϕ+ und ϕ in Farben einer Palette (vgl. Abschnitt 1.8.1). Rechts: ϕ+ (Grün), ϕ0 (Blau) und ϕ (Rot) in Kontrastfarben. 3.4 illustrates this. Left: φ + and φ - in colors of a palette (see section 1.8.1). Right: φ + (green), φ 0 (blue) and φ - (red) in contrasting colors.

In Prädikatenlogik kann eine FLC-Annotation als atomare Formel der Form ω(ψ, r, f, Λ) notiert werden. Diese Darstellungsform ist kompakt, lässt sich aber auf intuitivem Wege nur schwer mit dem annotierten Ereignis in ψ verbinden. Auch das Verhalten der KKF und ihrer Konstituenten kann im Herstellungs-Kontext von Interesse sein. Eine verständlichere Form der Darstellung von FLC-Annotationen und KKF zeigt 3.5: Annotationsentscheidungen werden durch Einblendung in Kontrastfarben und Fadenkreuz dargestellt. Unten: Graph der Korrelationsfunktion s (Blau) und ihrer Konstituenten d+ (Grün) und d (Rot). Die waagerechte blaue Linie entspricht th.In predicate logic, an FLC annotation can be noted as an atomic formula of the form ω (ψ, r, f, Λ). This form of presentation is compact, but it is difficult to intuitively connect to the annotated event in ψ. The behavior of the KKF and its constituents may also be of interest in the manufacturing context. A more comprehensible form of representation of FLC annotations and KKF shows 3.5 Annotation decisions are displayed by highlighting in contrast colors and crosshairs. Below: Graph of the correlation function s (blue) and its constituents d + (green) and d - (red). The horizontal blue line corresponds to th.

1.8.7 Ausdünnen von Merkmalen1.8.7 Thinning out features

Oft sind Signaturen trotz der in Abschnitt 1.8.2 beschriebenen Beschränkung auf die maximalen Fourier-Koeffizienten zu umfangreich, d.h. sie enthalten zu viele Datenpunkte. Dieser Umstand beeinflusst insbesondere die Geschwindigkeit der maschinellen Auswertung von Zeitreihen-Daten.Often are signatures despite the restriction described in Section 1.8.2 the maximum Fourier coefficients are too large, i. they contain too many data points. This circumstance influences in particular the Speed of the machine evaluation of time series data.

Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, die Datenmenge in einer Signatur durch einen weiteren Filter zu reduzieren. Eine einfache aber effiziente Möglichkeit zur Ausdünnung von Merkmalen besteht darin, nur jedes n-te Element in horizontaler bzw. jedes m-te Element in vertikaler Richtung nach einer zweiten Filterstufe übrig zu lassen: ϕ+1 := {υx,y ∊ ϕ+ |(x mod n = 0), (y mod m = 0)} (1.34) ϕ+1 := {υx,y ∊ ϕ+ |(x mod n = 0), (y mod m = 0)} (1.35) One way to solve this problem is by ei the amount of data in a signature Another filter to reduce. A simple but efficient way of thinning features is to leave only every nth element in the horizontal or every mth element in the vertical direction after a second filter stage: φ + 1 : = {υ x, y Ε φ + | (x mod n = 0), (y mod m = 0)} (1.34) φ + 1 : = {υ x, y Ε φ + | (x mod n = 0), (y mod m = 0)} (1.35)

Dieses Vorgehen muss nicht sofort zu einer Herabsetzung der Genauigkeit eines FLC führen. Um das Verhalten einer auf diese Art manipulierten Signatur einschätzen zu können, empfiehlt sich eine Überwachung des Graphs der KKF.This Action does not immediately lead to a reduction in accuracy lead an FLC. To assess the behavior of a signature manipulated in this way can, It is recommended to monitor the Graphs of the KKF.

1.8.8 Klonen von Signaturen1.8.8 Cloning of signatures

Oftmals ist es erforderlich, mehrere FLC so zu gruppieren, dass durch sie ein großer Frequenzbereich abgedeckt wird. Um diese Aufgabe zu erleichtern, ist es möglich, aus einer einzelnen Signatur eine Schar von Klonen zu erzeugen, die einen vorgegebenen Frequenzbereich abdeckt. Die Klone unterscheiden sich dabei von der ursprünglichen Signatur lediglich durch den Frequenzbereich, der ihnen zugeordnet ist.often It is necessary to group several FLCs through them a large Frequency range is covered. To facilitate this task, Is it possible, generate a bunch of clones from a single signature, covering a given frequency range. The clones differ different from the original one Signature only by the frequency range assigned to them is.

3.7 veranschaulicht den Prozess des Klonens von FLC: (1) Oszillogramm eines Wavelets; (2) Spektrogramm des Wavelets; (3) Signatur des Wavelets; (4) Klone der Signatur 3.7 illustrates the process of cloning FLC: ( 1 ) Oscillogram of a wavelet; ( 2 ) Spectrogram of the wavelet; ( 3 ) Signature of the wavelet; ( 4 ) Clones of the signature

In dem Beispiel wird für die Signatur eines Haar-Wavelets eine Schar von Klonen erzeugt. Zunächst wird aus dem Spektrogramm des Wavelets eine FLC-Signatur gebildet. Anschließend wird aus dieser eine Schar weiterer FLC erzeugt, die einen großen Frequenzbereich abdeckt.In the example becomes for the signature of a hair wavelet generates a bevy of clones. First, will an FLC signature is formed from the spectrogram of the wavelet. Subsequently, will out of this a flock of other FLC's generated a large frequency range covers.

1.8.9 Automatische Extraktion spektrographischer Signaturen1.8.9 Automatic extraction of spectrographic signatures

Spektrographische Signaturen können aus einer Menge FK von Annotationsfakten automatisch extrahiert werden. Voraussetzung hierfür ist, dass die Zeitreihen-Dateien, über denen die Menge FK gebildet wurde, zur Verfügung stehen. Im Folgenden wird am Beispiel eines einzelnen Annotationsfaktums Fκi ∊ FK ein Verfahren zur automatischen Extraktion von spektrographischen Signaturen dargestellt:Spectrographic signatures can be automatically extracted from a set F K of annotation facts. The prerequisite for this is that the time series files over which the quantity F K was formed are available. The following is an example of a single annotation factor F κ i Ε F K a method for the automatic extraction of spectrographic signatures is shown:

Verfahren: Extraktion spektrographischer SignaturenMethod: extraction of spectrographic signatures

Input: F κ / iInput: F κ / i

Output: ϕOutput: φ

  • 1. Gegeben sei die Annotationsentscheidung Fκi ∊ FK eines elementaren Klassifikators κ = 〈ϕ, c, γ〉. Fκi referiert auf ein Ereignis in einer Zeitreihen-Datei s → ∊ A. Der Ausdehnung von ϕ im Zeit-Frequenz-Raum entspricht ein Rechteck R = (t1, f2, t2, f1). Hierbei sind t1 und t2 Zeitpunkte relativ zu einem nicht näher zu spezifizierenden Nullpunkt. f1 und f2 sind Werte auf der Frequenzskala in Hertz. Die zeitliche Ausdehnung von ϕ ist Δt = t2 – t1. Die Ausdehnung von ϕ im Frequenzbereich ist Δf = f2 – f1. t1 und f2 bilden die linke obere Ecke des Rechtecks, t2 und f1 bilden die rechte untere Ecke des Rechtecks.1. Given the annotation decision F κ i Ε F K of an elementary classifier κ = <φ, c, γ>. F κ i refers to an event in a time series file s → ε A. The extension of φ in the time-frequency space corresponds to a rectangle R = (t 1 , f 2 , t 2 , f 1 ). Here t 1 and t 2 are times relative to a zero point to be specified. f 1 and f 2 are values on the frequency scale in Hertz. The temporal extent of φ is Δt = t 2 -t 1 . The extension of φ in the frequency domain is Δf = f 2 -f 1 . t 1 and f 2 form the upper left corner of the rectangle, t 2 and f 1 form the lower right corner of the rectangle ,
  • 2. Zu der Annotationsentscheidung Fκi soll automatisch eine Signatur ϕκi extrahiert werden, wobei folgendes gelte: (a) ϕκi soll auf einer spektrographischen Visualisierung beruhen, welche nicht notwendigerweise dieselben Parameter benutzt, die der Signatur ϕ von κ zugrunde liegen (vgl. Abschnitt 1.8.1). (b) Die Extraktion der Signatur ϕκi soll nach dem selben Verfahren wie die Extraktion von ϕ vollzogen werden. Zur Extraktion der Signatur ϕκi sollen dieselben Parameter verwendet werden, die zur Extraktion von ϕ verwendet wurden (vgl. Abschnitt 1.8.2).2. To the annotation decision F κ i should automatically be a signature φ κ i extracted, where: (a) φ κ i should be based on a spectrographic visualization that does not necessarily use the same parameters that underlie the signature φ of κ (see Section 1.8.1). (b) The extraction of the signature φ κ i should be carried out according to the same procedure as the extraction of φ. For extracting the signature φ κ i the same parameters should be used as were used to extract φ (see Section 1.8.2).
  • 3. Definiere ausgehend von R einen Suchraum Rs für ϕ, so dass Rs (ts1 , fs1 , ts2 , fs1 ). Hierbei kann, aber muss nicht ts1 ≤ t1, fs2 ≥ f2, ts2 ≥ t2, fs1 ≤ f1 gelten. Die zeitliche Ausdehnung von Rs ist Δts = ts 2 – ts1 . Die Ausdehnung von Rs im Frequenzbereich ist Δfs = fs2 – fs1 (vgl. 3.8).3. From R, define a search space R s for φ such that R s ( t s 1 , f s 1 , t s 2 , f s 1 ). This may, but does not have to t s 1 ≤ t 1 , f s 2 ≥ f 2 , t s 2 ≥ t 2 , f s 1 ≤ f 1 be valid. The temporal extent of R s is .delta.t s = t s 2 - t s 1 , The extent of R s in the frequency domain is .delta.f s = f s 2 - f s 1 (see. 3.8 ).
  • 4. Der Annotation Fκi κ entspricht ein Zeitpunkt tκi in s →. Wähle ausgehend von diesem und den Zeitkoordinaten des Suchraums ts1 , ts2 aus s → eine Sequenz
    Figure 00180001
    4. The annotation F κ i κ corresponds to a time t κ i in s →. Choose from this and the time coordinates of the search space t s 1 , t s 2 from s → a sequence
    Figure 00180001
  • 5. Generiere nach dem Verfahren in 1.8.1 aus
    Figure 00180002
    ein Spektrogramm SP. Setze hierfür ggf. andere Parameter als bei der Generierung von ϕ fest.
    5. Generate by the procedure in 1.8.1
    Figure 00180002
    a spectrogram SP. If necessary, set other parameters than when generating φ.
  • 6. Generiere nach dem Verfahren in 1.8.2 aus SP eine spektrographische Signatur ϕ κ / i. Verwende hierzu dieselben Parameter, wie zur Generierung von ϕ. Das Auswahlfenster, das den für die Extraktion der Signatur relevanten Bereich V' definiert, wird durch die Parameter f s / 1 und f s / 2 automatisch begrenzt.6. Using the procedure in 1.8.2 from SP, generate a spectrographic Signature φ κ / i. Use the same parameters as for Generation of φ. The selection window, that for the extraction the signature relevant area V 'is defined by the parameters f s / 1 and f s / 2 automatically limited.

1.8.10 Verschmelzen von spektrographischen Signaturen1.8.10 Merging of spectrographic signatures

Eine weitere elementare Technik für die Modellierung von FLC ist das Verschmelzen mehrerer Signaturen zu einer einzigen. Ziel des Verschmelzens ist, aus einer Anzahl von Signaturen diejenigen Eigenschaften herauszufiltern, welche in der Mehrzahl der Signaturen vorhanden sind und gleichzeitig diejenigen Eigenschaften herauszumitteln, welche nur in einzelnen oder wenigen Beispielen vertreten sind.A further elementary technique for the modeling of FLC is the merging of multiple signatures to a single. The goal of the merger is, out of a number from signatures filter out those properties which in the majority of the signatures are present and at the same time those To find out characteristics that only in a few or a few Examples are represented.

Für das Verschmelzen einer Menge Φ = {ϕ0, ..., ϕN–1} von spektrographischen Signaturen zu einer einzigen verschmolzenen Signatur ϕM eignet sich das im Folgenden beschriebene Verfahren. Bedingung dabei ist, dass alle Signaturen auf Spektrogrammen mit identischen Parametern beruhen:For the fusion of a set Φ = {φ 0 , ..., φ N-1 } of spectrographic signatures into a single fused signature φ M , the method described below is suitable. The condition is that all signatures are based on spectrograms with identical parameters:

Verfahren: Verschmelzen spektrographischer SignaturenMethod: Merging spectrographic signatures

Input: ΦInput: Φ

Output: ϕM Output: φ M

  • 1. Prüfe, ob die Signaturen in Φ auf Spektrogrammen mit identischen Parametern beruhen. Sortiere ggf. Signaturen aus, die nicht mit dem Rest verschmelzbar sind.1. Check, whether the signatures in Φ on Spectrograms based on identical parameters. If necessary, sort signatures out, which are not mergeable with the rest.
  • 2. Generiere für jedes Element ϕi ∊ Φ, 0 ≤ i < N die Vereinigung Vi:= ϕ+i ∪ ϕ0i ∪ ϕi , 0 ≤ i < N, (1.37)so dass eine Menge V = {V0, ..., VN–1} von x×y-Matrizen entsteht. Bilde nun eine x×y-Matrix M (Merged) mit den Mittelwerten der Koeffizienten der Matrizen in V durch:
    Figure 00180003
    2. For each element φ i ε Φ, 0 ≤ i <N, generate the union V i : = φ + i ∪ φ 0 i ∪ φ - i , 0 ≤ i <N, (1.37) such that a set V = {V 0 ,..., V N-1 } arises from x × y matrices. Now form an x × y-matrix M (Merged) with the mean values of the coefficients of the matrices in V:
    Figure 00180003
  • 3. Extrahiere aus M nach dem Verfahren in Abschnitt 1.8.2 eine spektrographische Signatur der Form ϕM = 〈ϕ+, ϕ0, ϕ〉.3. Extract from M by the method in Section 1.8.2 a spectrographic signature of the form φ M = <φ + , φ 0 , φ - >.

3.10 veranschaulicht das Verschmelzen von V zu M: Aus 67 Signaturen (aus Platzgründen nicht alle abgebildet) wird eine einzige durch Verschmelzung generiert. Das Verfahren eignet sich, um in einer Menge von Signaturen Noise und andere Störungen herauszumitteln. Es kann auch dazu verwendet werden, um herauszufinden, welche Merkmale häufig in einer Menge von Signaturen vertreten sind. 3.10 illustrates merging V to M: From 67 signatures (not all shown for space) a single one is generated by merging. The method is suitable for extracting noise and other disturbances in a large number of signatures. It can also be used to find out which features are frequently represented in a set of signatures.

Durch das Verschmelzen kann aus einer Menge von verrauschten Signaturen eines Ereignistyps eine einzige Signatur generiert werden, die den Ereignistyp besser modelliert, als die einzelnen Elemente der Menge.By Merging can be a lot of noisy signatures of an event type, a single signature will be generated that matches the Event type is better modeled than the individual elements of the set.

1.8.11 Ähnlichkeitsbasiertes Verschmelzen von spektrographischen Signaturen1.8.11 Similarity-based merging of spectrographic signatures

Für das ähnlichkeitsbasierte Verschmelzen einer Menge Φ = {ϕ0, ..., ϕN–1} von Signaturen zu einer Menge ΦM = {ϕ M / 0, ... ϕ M / N'–1} von verschmolzenen Signaturen eignet sich das im Folgenden beschriebene Verfahren. Der Verschmelzungsprozess ist dabei von einem Ähnlichkeitsparameter σ abghängig. Dieser bestimmt den für eine Verschmelzungsoperation minimal erforderlichen Abstand von zwei Signaturen.For the similarity-based merging of a set Φ = {φ 0 , ..., φ N-1 } of signatures to a set Φ M = {φ M / 0, ... φ M / N'-1} of merged signatures the procedure described below. The merging process is dependent on a similarity parameter σ. This determines the minimum distance required for a merge operation from two signatures.

Verfahren: Similarity-Driven-MergeProcedure: Similarity-driven-merge

Input: Φ, σInput: Φ, σ

Output: ΦM Output: Φ M

  • 1. Prüfe, ob die Signaturen in Φ auf Spektrogrammen mit identischen Parametern beruhen. Sortiere ggf. Signaturen aus, die nicht mit dem Rest verschmelzbar sind.1. Check, whether the signatures in Φ on Spectrograms based on identical parameters. If necessary, sort signatures out, which are not mergeable with the rest.
  • 2. Generiere für jedes Element ϕi ∊ Φ, 0 ≤ i < N die Vereinigung Vi := ϕ+i ∪ ϕ0i i , 0 ≤ i < N, (1.39)so dass eine Menge V = {V0, ..., VN–1} von x×y-Matrizen entsteht. Verschmelze dann nach der Prozedur SDMerge V zur einer Menge M = {M0, ..., MN'–1} von verschmolzenen x×y-Matrizen. Procedure: SDMerge
    Figure 00190001
    Figure 00200001
    Die Funktion Distance entspricht dem Abstandsmaß in Abschnitt 1.8.3. Diese Funktion kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Herstellungs-Kontext variiert werden. Einfachere Maße sind die Summe der absoluten Distanzen der Koeffizienten
    Figure 00200002
    der der positive Anteil der KKF:
    Figure 00200003
    wobei Δ+(Vij, Mij) in Gleichung 1.32 beschrieben ist. Die Funktion Menge entspricht dem Verfahren zur Verschmelzung von elementaren Signaturen in Abschnitt 1.8.10. Da hier aber die Anzahl der Verschmelzungen pro Signatur a priori nicht bekannt ist, muss für jedes Element in M die Anzahl nom (number of merged) der bisher durchgeführten Verschmelzungen protokolliert werden. Hierdurch wird es möglich, Koeffizienten in V und M vor der Mittelwertbildung adäquat zu gewichten:
    Figure 00200004
    2. For each element φ i ε Φ, 0 ≤ i <N, generate the union V i : = φ + i ∪ φ 0 i - i , 0 ≤ i <N, (1.39) such that a set V = {V 0 ,..., V N-1 } arises from x × y matrices. Then, after the procedure SDMerge V, merge to a set M = {M 0 , ..., M N'-1 } of merged x × y matrices. Procedure: SDMerge
    Figure 00190001
    Figure 00200001
    The distance function corresponds to the distance measure in section 1.8.3. This function can be varied depending on the particular manufacturing context. Simpler measures are the sum of the absolute distances of the coefficients
    Figure 00200002
    the positive part of the KKF:
    Figure 00200003
    where Δ + (V ij , M ij ) is described in equation 1.32. The Quantity function corresponds to the merging of elementary signatures in Section 1.8.10. Since, however, the number of mergers per signature is not known a priori, the number nom (number of merged) of the mergers carried out so far must be logged for each element in M. This makes it possible to find coefficients in To adequately weight V and M before averaging:
    Figure 00200004
  • 3. Extrahiere aus M nach dem Verfahren in Abschnitt 1.8.2 eine Menge ΦM von spektrographischen Signaturen der Form ΦM = {ϕM0 , ... ϕMN'–1 | ϕMi = 〈ϕ+i , ϕ0i , ϕi 〉}, 0 ≤ i < N' 3. From M, extract a set Φ M of spectrographic signatures of the form according to the procedure in Section 1.8.2 Φ M = {φ M 0 , ... φ M N'-1 | φ M i = <Φ + i , φ 0 i , φ - i >}, 0 ≤ i <N '

3.11 veranschaulicht das ähnlichkeitsbasierte Verschmelzen von V zu M. Bei den Beispielen handelt es sich um die automatisch extrahierten Signaturen aus 3.9: Die Menge V = {V0, ..., V6} wird zur Menge M = {M0, M1} verschmolzen. 3.11 illustrates the similarity-based merging of V to M. The examples are the automatically-extracted signatures 3.9 : The set V = {V 0 , ..., V 6 } is merged into the set M = {M 0 , M 1 }.

1.8.12 Induktive Programmierung1.8.12 Inductive programming

In diesem Abschnitt wird ein Verfahren zum ähnlichkeitsbasierten Erlernen einer endlichen Menge von FLC beschrieben. Das Verfahren beruht auf den Methoden zur automatischen Extraktion (vgl. Abschnitt 1.8.9) und ähnlichkeitsbasierten Verschmelzung (vgl. Abschnitt 1.8.11) von spektrographischen Signaturen.In This section introduces a similarity-based learning procedure described a finite amount of FLC. The procedure is based on methods for automatic extraction (see Section 1.8.9) and similarity-based Fusion (see Section 1.8.11) of spectrographic signatures.

Die Idee ist, mit Hilfe eines übergeneralisierenden Klassenidentifikators in A eine Menge von spektrographischen Phänomenen zu identifizieren, automatisch Signaturen für diese Phänomene zu erzeugen, diese dann ähnlichkeitsbasiert zu verschmelzen und mit einer KKF und einem Annotationsalgorithmus zu FLC zu verknüpfen.The Idea is, with the help of a supergeralizing Class identifier in A a set of spectrographic phenomena to automatically generate signatures for these phenomena, which then resembles similarity to merge and with a KKF and an annotation algorithm to link to FLC.

Mit dem Verfahren wird erreicht, dass spektrographische Phänomene in A (und neuen Daten) nach einem definierten Ähnlichkeitskriterium durch eine Menge von FLC zu Clustern gruppiert werden können. Für eine erfolgreichen Durchführung dieses Verfahrens müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

  • 1. Die zu gruppierenden akustischen Phänomene müssen adle ein eindeutiges gemeinsames Merkmal besitzen, das mit Hilfe einer spektrographischen Signatur ϕ repräsentiert werden kann. Ist dies der Fall, so ist durch ϕ implizit die Klasse Ωϕ der ϕ-repräsentierbaren Phänomene in A definiert.
  • 2. Für das Klassenmerkmal ϕ muss ein elementarer Klassifikator κ = 〈ϕ, c, γ〉 existieren, mit dessen Hilfe Instanzen der Elemente der Klasse Ωϕ in Ωϕ zuverlässig lokalisiert werden können. Ist dies der Fall, so ist durch κ implizit die Klasse Ωκ der ϕ-identifizierbaren Phänomene in A definiert.
The method enables spectrographic phenomena in A (and new data) to be grouped into clusters by a set of FLCs according to a defined similarity criterion. For a successful implementation of this procedure, the following conditions must be met:
  • 1. The acoustic phenomena to be grouped must adle have a unique common feature, which can be represented by means of a spectrographic signature φ. If this is the case, the class Ω φ of the φ-representative phenomena in A is implicitly defined by φ.
  • 2. An elementary classifier κ = <φ, c, γ> must exist for the class feature φ, with the help of which instances of the elements of the class Ω φ in Ω φ can be reliably located. If this is the case, κ implicitly defines the class Ω κ of the φ-identifiable phenomena in A.

Sind diese Voraussetzungen erfüllt, kann durch die folgenden eine Menge K von FLC erlernt werden, welche die Menge Ωϕ ähnlichkeitsbaswert zu Clustern diversifiziert, wobei jedem Element in K genau ein Cluster entspricht. Mit Hilfe der FLC in K ist es möglich akustische Phänomene, die den jeweiligen Clustern entsprechen, in A maschinell zu lokalisieren:If these prerequisites are met, the following will teach a set K of FLC that will diversify the set Ω φ similarity bias to clusters, with each element in K corresponding to exactly one cluster. With the help of the FLC in K it is possible to machine acoustic phenomena corresponding to the respective clusters into A:

Verfahren: FLC-InduktionProcedure: FLC induction

Input: φ, AInput: φ, A

Output: KOutput: K

  • 1. Prüfe, ob die oben beschriebenen Voraussetzungen für die zu gruppierenden akustischen Phänomene erfüllt sind.1. Check, whether the conditions described above for the acoustic to be grouped Phenomena are fulfilled.
  • 2. Generiere für das gemeinsame Klassenmerkmal ϕ einen elementaren Klassifikator κ = 〈ϕ, c, γ〉 mit dessen Hilfe Instanzen der Elemente der Klasse Ωϕ in A zuverlässig lokalisiert werden können.2. Generate for the common class feature φ an elementary classifier κ = <φ, c, γ> with the help of which instances of the elements of the class Ω φ in A can be reliably located.
  • 3. Erzeuge mit Hilfe von κ eine Menge Fκ von elementaren Annotationsfakten über A.3. Using κ, generate a set F κ of elementary annotation facts about A.
  • 4. Lege für κ einen Suchraum Rs fest. Rs muss so dimensioniert sein, dass die zu gruppierenden Phänomene aus Ωϕ durch Rs vollständig abgedeckt werden (vgl. Abschnitt 1.8.9).4. Determine a search space R s for κ. R s must be dimensioned so that the phenomena to be grouped from Ω φ are completely covered by R s (see Section 1.8.9).
  • 5. Erzeuge mit Hilfe des in Abschnitt 1.8.9 beschriebenen Verfahrens aus Fκ und A eine Menge ΦE von spektrographischen Signaturen der Phänomene in Ωϕ.5. Using the method of F κ and A described in Section 1.8.9, generate a set Φ E of spectrographic signatures of the phenomena in Ω φ .
  • 6. Bilde mit Hilfe des in Abschnitt 1.8.11 beschriebenen Verfahrens aus der Menge ΦE die Menge ΦM = {ϕM0 , ..., ϕMN–1 } der ähnlichkeitsbasiert verschmolzenen Signaturen.6. Make the set from the set Φ E using the procedure described in Section 1.8.11 Φ M = {φ M 0 , ..., φ M N-1 } the similarity-based merged signatures.
  • 7. Bilde durch Verknüpfung mit der KKF c ∊ κ und dem Annotationsalgorithmus γ ∊ κ aus ΦM eine Menge KTMP von FLC der Form KTMP = {κ0, ..., κN–1i = 〈ϕMi , c, γ〉}, 0 ≤ i < N 7. Form by linking with the KKF c ε κ and the annotation algorithm γ ε κ from Φ M a set K TMP of FLC of the form K TMP = {κ 0 , ..., κ N-1 | κ i = <Φ M i , c, γ>}, 0 ≤ i <N
  • 8. Evaluiere die FLC in KTMP und iteriere ggf. die vorausgehenden Schritte.8. Evaluate the FLC in K TMP and, if necessary, iterate the previous steps.

Alle FLC der Menge KTMP müssen ggf. evaluiert und verfeinert werden. Die Verknüpfung von Signaturen mit KKF und Annotationsalgorithmen erfolgt in Schritt 7 automatisch. Parameter der KKF und des Annotationsalgorithmus müssen ggf. von Hand justiert werden.All FLC of the set K TMP may need to be evaluated and refined. The linking of signatures with KKF and annotation algorithms takes place automatically in step 7. If necessary, the parameters of the KKF and the annotation algorithm must be adjusted manually.

Beispiel: 3.12 veranschaulicht die einzelnen Schritte dieses Verfahrens: (1) κ mit Suchraum Rs. (2) Annotationen von κ in einer Sequenz von Pfifflauten. (3) Verschmolzene Signaturen von KTMP; (4) Verfeinerte Signaturen von K. Die zweite Signatur ist zur besseren Unterscheidung mit einer anderen Farbpalette dargestellt; (5) Annotationsentscheidungen von K.Example: 3.12 illustrates the individual steps of this procedure: ( 1 ) κ with search space R s . ( 2 ) Annotations of κ in a sequence of Pfifflauten. ( 3 ) Merged signatures of K TMP ; ( 4 ) Refined signatures of K. The second signature is shown for better distinction with a different color palette; ( 5 ) Annotation decisions by K.

In dem Beispiel erscheint eine Sequenz von Pfifflauten. Die Laute bestehen aus einem Ton, der langsam ansteigt und dann relativ schnell abfällt. Nicht in allen Fallen existiert der zweite Teil des Lautes – so wird der letzte Pfifflaut nach dem Anstieg abrupt abgebrochen. Ziel ist hier, für solche Laute zwei verschiedene FLC zu generieren: Der erste soll dem ansteigenden Anteil der Pfifflaute entsprechen, der zweite dem abfallenden. Da Pfifflauten eine sinusartige Schwingung zugrunde liegt, können sie mit einem FLC κ für Kurzzeit-Sinusschwingungen (20 ms) in A identifiziert werden. Annotationen eines solchen FLC sagen jedoch nichts darüber aus, ob der identifizierte Laut dem ansteigenden oder abfallenden Lautanteil entspricht. Für κ wird daher ein Suchraum Rs festgelegt, der so dimensioniert ist, dass die Pfifflaut-Phänomene ungefähr von ihm abgedeckt werden. Aus der Menge der Annotationen von κ wird unter Beachtung von Rs eine Menge von Signaturen extrahiert und mit Hilfe des Verfahrens in Abschnitt 1.8.11 ähnlichkeitsbasiert verschmolzen. Durch Verknüpfung mit c und γ aus κ ergibt sich eine Menge KTMP von nicht-evaluierten FLC. Diesen entsprechen auf- bzw. absteigende Lautanteile. Durch schrittweise Verfeinerung entsteht die Menge K der evaluierten FLC.In the example, a sequence of Pfflflauten appears. The sounds consist of a tone that rises slowly and then drops relatively quickly. Not in all cases does the second part of the sound exist - so the last Pfifflaut is abruptly aborted after the rise. The goal here is to generate two different FLCs for such sounds: the first one should correspond to the rising part of the pinnacle, the second one the declining one. Since Pfflflauten is based on a sinusoidal oscillation, they can be identified in A with a FLC κ for short-term sinusoidal oscillations (20 ms). However, annotations of such an FLC say nothing about whether the identified sound corresponds to the rising or falling volume portion. For κ, therefore, a search space R s is set, which is dimensioned such that the pinnacle phenomena are approximately covered by it. From the set of annotations of κ is extracted in compliance with R s is a set of signatures and fused similarity is based by the method described in Section 1.8.11. By linking with c and γ from κ results in a set K TMP of un -evaluated FLC. These correspond to ascending or descending sound portions. By gradual refinement, the quantity K of the evaluated FLC is created.

1.9 Modellierung von SLC1.9 Modeling SLC

In diesem Abschnitt wird dargestellt, wie SLC auf Grundlage von spektrographischen FLC erhalten werden können. Ein SLC PS kann als 2-Tupel verstanden werden: PS = 〈ϕS γS〉 (1.43) This section shows how SLC can be obtained on the basis of spectrographic FLC. An SLC P S can be understood as a 2-tuple: P S = <Φ S γ S > (1.43)

Hierbei ist ϕS eine symbolische Signatur und γS ein Second-Level-Annotationsalgorithmus (vgl. Abschnitt 1.5.2).Here, φ S is a symbolic signature and γ S is a second-level annotation algorithm (see Section 1.5.2).

Die Aufgabe einer symbolischen Signatur besteht darin, ein komplexes akustisches Phänomen mit Hilfe einer Konstellation von symbolischen Elementen im Zeit-Frequenz-Raum zu beschreiben. Dies ist dann möglich, wenn das komplexe Phänomen in eine Menge von elementaren Phänomenen dekomponiert werden kann und für jedes der konstituierenden Einzelphänomene ein FLC existiert, der Instanzen des Phänomens in Zeitreihen-Daten lokalisieren kann.The The task of a symbolic signature is a complex one acoustic phenomenon with the help of a constellation of symbolic elements in time-frequency space to describe. This is possible if the complex phenomenon in a lot of elemental phenomena can be decomposed and for each of the constituent single phenomena an FLC exists, the Instances of the phenomenon can locate in time series data.

Symbolische Signaturen können durch manuelle Modellierung, durch automatische Interpretation einer Sequenz von Zeitreihen-Daten oder durch Induktion über einer Menge von Annotationsfakten erhalten werden:

  • 1. Manuelle Modellierung: Die Signatur ϕS wird durch manuelles Positionieren von symbolischen Elementen in einem virtuellen Ausschnitt des Zeit-Frequenz-Raumes generiert. Alle notwendigen Parameter werden manuell festgesetzt.
  • 2. Modellierung durch Interpretation: Die Signatur ϕS wird erhalten, indem eine Signalsequenz x → zunächst mit Hilfe einer Menge K von FLC annotiert wird. Danach werden die entstandenen Annotationsfakten FK automatisch zu einer symbolischen Signatur ϕS assembliert. Alle notwendigen Parameter werden maschinell festgesetzt.
  • 3. Induktive Programmierung: Die Signatur ϕS wird supervised oder unsupervised durch ein maschinelles symbolisches Induktionsverfahren aus einer Menge von Annotationsfakten generiert. Alle notwendigen Parameter werden maschinell festgesetzt.
Symbolic signatures can be obtained by manual modeling, by automatically interpreting a sequence of time series data, or by induction over a set of annotation facts:
  • 1. Manual Modeling: The signature φ S is generated by manually positioning symbolic elements in a virtual section of the time-frequency space. All necessary parameters are set manually.
  • 2. Modeling by Interpretation: The signature φ S is obtained by first annotating a signal sequence x → by means of a set K of FLC. Thereafter, the resulting annotation facts F K are automatically assembled into a symbolic signature φ S. All necessary parameters are set by machine.
  • 3. Inductive Programming: The signature φ S is generated supervised or unsupervised by a machine symbolic induction method from a set of annotation facts. All necessary parameters are set by machine.

In den folgenden Abschnitten werden mehrere Ansätze und Verfahren zur interpretativen und induktiven Programmierung von SLC dargestellt. Manuelle Programmiertechniken werden an dieser Stelle nicht explizit beschrieben.In The following sections introduce several approaches and methods of interpretation and inductive programming represented by SLC. Manual programming techniques are not explicitly described here.

In den Ausführungen wird davon ausgegangen, dass die den Signaturen zugrundeliegenden symbolischen Elemente (vgl. Abschnitt 1.5.2) die Position von elementaren Annotationsfakten im Zeit-Frequenz-Raum widerspiegeln. Auf welchem Wege die Annotationsfakten erhalten wurden, ist dabei von untergeordneter Bedeutung. Es ist durchaus denkbar, dass sie rein manuell erstellt wurden. Auch ist denkbar, dass Frequenzparameter vollständig ignoriert werden (z.B. bei der Modellierung von rhythmischen Strukturen in Signalsequenzen).The statements assume that the symbolic elements underlying the signatures (see Section 1.5.2) are the position of elementary annotation facts in the time-freq reflect the quenz space. The way in which the annotation facts were obtained is of subordinate importance. It is quite possible that they were created purely manually. It is also conceivable that frequency parameters are completely ignored (eg in the modeling of rhythmic structures in signal sequences).

1.9.1 Modellierung symbolischer Signaturen durch Interpretation1.9.1 Modeling symbolic signatures through interpretation

Die Modellierung einer symbolischen Signatur kann durch Interpretation einer Signalsequenz x → mit Hilfe einer Menge K von FLC erfolgen. Ziel ist, für ein komplexes Phänomen in x → eine symbolische Signatur ϕS zu finden. ϕS sollte nur die zur Charakterisierung des Phänomens relevanten Informationen beinhalten.The modeling of a symbolic signature can be done by interpreting a signal sequence x → using a set K of FLC. The goal is to find a symbolic signature φ S in x → for a complex phenomenon. φ S should only contain the information relevant for the characterization of the phenomenon.

Es müssen dabei folgende Voraussetzungen erfüllt sein: Das komplexe Phänomen kann in eine Anzahl von Elementarereignissen dekomponiert werden. Jedem Elementarereignis kann genau ein Punkt im Zeit-Frequenz-Raum zugeordnet werden. Für jedes Elementarereignis existiert ein FLC mit dessen Hilfe das Ereignis in x → lokalisiert werden kann. Die Menge dieser FLC sei K.It have to The following prerequisites can be met: The complex phenomenon can be decomposed into a number of elementary events. Each Elementary event can be assigned to exactly one point in time-frequency space become. For every elementary event exists an FLC with whose help the event can be localized in x →. The amount of this FLC is K.

Um aus der Sequenz von Zeitreihen-Daten x → eine symbolische Signatur ϕS zu erhalten, die das komplexe Phänomen beschreibt, eignet sich folgendes Verfahren:In order to obtain from the sequence of time series data x → a symbolic signature φ S describing the complex phenomenon, the following method is suitable:

Verfahren: Modellierung durch Interpretation Method: Modeling by interpretation

Input: x →, KInput: x →, K

Output: ΦS Output: Φ S

  • 1. Generiere aus x → die Visualisierung V des zu beschreibenden Phänomens – z.B. mit Hilfe der Methode aus Abschnitt 1.8.1. Hierbei ist zu beachten, dass sich alle Charakteristika des Phänomens innerhalb des von V dargestellten Ausschnitts befinden müssen. Die Qualität der visuellen Darstellung spielt hier eine untergeordnete Rolle, da die Koeffizienten von V nicht direkt zur Bildung der Signatur verwendet werden.1. Generate from x → the visualization V of the to be described phenomenon - e.g. With Using the method in Section 1.8.1. Please note that all the characteristics of the phenomenon are within the range of V must be located section. The quality of the visual Representation plays a subordinate role here, as the coefficients of V can not be used directly to form the signature.
  • 2. Wähle entsprechend der Position und Ausdehnung des Phänomens in V einen Bereich V' aus. Setze einen Zeitpunkt r1 für den Beginn des komplexen Phänomens in x → fest.2. Select an area V 'according to the position and extent of the phenomenon in V. Set a time r 1 for the beginning of the complex phenomenon in x →.
  • 3. Interpretiere das komplexe Phänomen in V' durch Annotation mit Hilfe der Elemente in K. Es entsteht eine Menge FK von FLC-Annotationen der Form FK = {F0, ..., FN–1| Fi = 〈ψ, ωi, τi, fi, Ai〉}, 0 ≤ i < N, N = |FK|. (1.44)4. Transformiere alle Elemente in FK in symbolische Elemente, so dass eine symbolische Signatur ϕ'S der Form ϕ'S = {ϕS0 , ..., ϕsN–1 | ϕsi = 〈ωi,(τi – τ1), fi, Λi〉}, 0 ≤ 2 < N (1.45)ensteht. Die Signatur ϕ'S ist nicht bereinigt, d.h. sie enthält u.U. noch symbolische Elemente, die auf Noise o.ä. in x → zurückzuführen sind.3. Interpret the complex phenomenon in V 'by annotation using the elements in K. This results in a set F K of FLC annotations of the form F K = {F 0 , ..., F N-1 | F i = <Ψ, ω i , τ i , f i , A i >}, 0 ≤ i <N, N = | F K |. (1:44) 4. Transform all elements in F K into symbolic elements, so that a symbolic signature φ ' S of the form φ ' S = {φ S 0 , ..., φ s N-1 | φ s i = <Ω i i - τ 1 ), f i , Λ i >}, 0 ≤ 2 <N (1.45) ensteht. The signature φ ' S is not adjusted, ie it may still contain symbolic elements that are noisy or similar. in x →.
  • 5. Lösche aus ϕ'S ggf. alle Elemente, die nicht zu dem Phänomen gehören, das modelliert werden soll. Es ergibt sich die bereinigte symbolische Signatur des komplexen Phänomens: ϕS = {ϕs0 , ϕsM–1 }, M ≤ N (1.46) 5. Delete from φ ' S possibly all elements that do not belong to the phenomenon that is to be modeled. The result is the adjusted symbolic signature of the complex phenomenon: φ S = {φ s 0 , φ s M-1 }, M ≤ N (1.46)
  • 6. Evaluiere die Signatur im gegebenen Herstellungs-Kontext. Wiederhole ggf. die vorausgehenden Schritte.6. Evaluate the signature in the given manufacturing context. If necessary, repeat the previous steps.

3.13) veranschaulicht dieses Verfahren: (1) Der Ausschnitt V' (invertiert) in V mit einem komplexen Phänomen (hier ein Pfifflaut); (2) Visualisierung der Menge FK generiert von einer Schar Haar-Wavelet basierter FLC; (3) Nicht bereinigte Signatur ϕ'S – verschiedene symbolische Elemente gehen auf Noise im Bereich des Pfifflautes zurück; (4) Bereinigte symbolische Signatur ϕS des Pfifflautes 3.13 ) illustrates this method: ( 1 ) The section V '(inverted) in V with a complex phenomenon (here a Pfifflaut); ( 2 ) Visualization of the set F K generated by a family of Haar wavelet based FLCs; ( 3 ) Uncleared signature φ ' S - different symbolic elements go back to noise in the area of the Pfifflautes; ( 4 ) Purified symbolic signature φ S of the peacock

1.9.2 Algorithmische Annotation1.9.2 Algorithmic annotation

Das zweite Element eines SLC ist der Annotationsalgorithmus γS, der in einer Menge FK von elementaren Annotationsfakten nach Instanzen von ϕS sucht und unter bestimmten Bedingungen SLC-Annotationen generiert.The second element of an SLC is the annotation algorithm γ S , which searches for instances of φ S in a set F K of elementary annotation facts and, under certain conditions, SLC annotations generated.

Das im Folgenden beschriebene Annotationsverfahren arbeitet hierarchiebasiert. Für jede Anfrage wird eine Hierarchie festgelegt, die den Suchvorgang steuert. Hierdurch kann unter günstigen Umständen eine wesentliche Reduktion des Rechenaufwandes erreicht werden. Das Verfahren generiert SLC-Annotationen unsupervised. Die Instanziierung von symbolischen Signaturen erfolgt in dreierlei Hinsicht fehlertolerant:

  • 1. Zeitverschiebungen von Elementen: Symbolische Elemente ϕs ∊ ϕS werden unter Tolerierung einer Abweichung auf der Zeitachse instanziiert. Die Toleranzgrenze ist durch einen Parameter ttol festgesetzt.
  • 2. Frequenzverschiebungen von Elementen: Symbolische Elemente ϕs ∊ ϕS werden unter Tolerierung einer Abweichung auf der Frequenzachse instanziiert. Die Toleranzgrenze ist durch einen Parameter ftol festgesetzt.
  • 3. Nicht instanziierbare Elemente: ϕS wird auch dann instanziiert, wenn eine Anzahl von konstituierenden symbolischen Elementen ϕs ∊ ϕS trotz der Toleranz im Zeit- und Frequenzbereich nicht instanziiert werden kann. Die Toleranzgrenze für nicht instanziierbare Elemente ist durch einen Parameter itol festgelegt.
The annotation method described below works hierarchically. For each request, a hierarchy is set that controls the search. This can be achieved under favorable circumstances, a significant reduction of the computational effort. The procedure generates unsupervised SLC annotations. The instantiation of symbolic signatures is fault-tolerant in three ways:
  • 1. Time shifts of elements: Symbolic elements φ s ε φ S are instantiated while tolerating a deviation on the time axis. The tolerance limit is fixed by a parameter t tol .
  • 2. Frequency shifts of elements: Symbolic elements φ s ε φ S are instantiated while tolerating a deviation on the frequency axis. The tolerance limit is fixed by a parameter f tol .
  • 3. Non-Instancable Elements: φ S is also instantiated if a number of constituent symbolic elements φ s ε φ S can not be instantiated despite the tolerance in the time and frequency domain. The tolerance limit for non-instantiable elements is defined by a parameter i tol .

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird hier davon ausgegangen, dass FK über genau einer Zeitreihen-Datei mit dem Label ψ generiert wurde. Das Verfahren arbeitet wie folgt:For reasons of clarity, it is assumed here that F K was generated using exactly one time series file with the label ψ. The procedure works as follows:

Verfahren: SLC-AnnotationMethod: SLC annotation

Input: ϕS, FK, ttol, ftol, itol Input: φ S , F K , t tol , f tol , i tol

Hierbei ist ϕS = {ϕs0 , ..., ϕsN–1 sn = 〈ωn, τn, fn, Λn〉}, 0 ≤ n < N (1.47)und FK = {F0, ..., FM–1|Fm = 〈ψ, ωm, τm, fm, Λm〉}, 0 ≤ m < M (1.48) Here is φ S = {φ s 0 , ..., φ s N-1 | φ s n = <Ω n , τ n , f n , Λ n >}, 0 ≤ n <N (1.47) and F K = {F 0 , ..., F M-1 | F m = <Ψ, ω m , τ m , f m , Λ m >}, 0 ≤ m <M (1.48)

Output: FOutput: F

Hierbei ist FP = {FP0 , ..., FPI–1 |FPi = 〈ψ, ωSi , τi, fi, Λi, Θi〉}, 0 ≤ i < I (1.49)wobei Θi ⊆ FK eine Konstellation von FLC-Annotationen ist, die der Konstellation der symbolischen Elemente in ϕS entspricht.Here is F P = {F P 0 , ..., F P I-1 | F P i = <Ψ, ω S i , τ i , f i , Λ i , Θ i >}, 0 ≤ i <I (1.49) where Θ i ⊆ F K is a constellation of FLC annotations that corresponds to the constellation of the symbolic elements in φ S.

Der Zeitpunkt τi sei der Zeitpunkt des zeitlich ersten Elementes in Θi. Für alle Θi aller FPi ∊ FP gelte Θi = {F0, ..., FN–1| Fn = 〈ψ, ωFn , τFn , fFn , ΛFn 〉}, 0 ≤ n < N (1.50)wobei die Bedingung Fn = ωn) ∧ (τFn ∊ [(τi + τn – ttol) ... (τi + τn + ttol)] ∧ (fFm ∊ [(fn – ftol) ... (fn + ftol)]) (1.51)erfüllt ist.The time τ i is the time of the temporally first element in Θ i . For all Θ i all F P i Ε F P applies Θ i = {F 0 , ..., F N-1 | F n = <Ψ, ω F n , τ F n , f F n , Λ F n >}, 0 ≤ n <N (1.50) where the condition F n = ω n ) ∧ (τ F n Ε [(τ i + τ n - t tol ) ... (τ i + τ n + t tol )] ∧ (f F m Ε [(f n - f tol ) ... (f n + f tol )]) (1.51) is satisfied.

Die Menge FP ist also die Menge aller SLC-Annotationen, die alle zulässigen Konstellationen von FLC-Annotationen in der Menge FK beschreibt. Zulässig sind dabei genau die Konstellationen, welche unter Beachtung der festgesetzten Toleranzgrenzen die Konstellation der symbolischen Elemente von ϕs im Zeit-Frequenz-Raum Wiederspiegeln. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:The set F P is thus the set of all SLC annotations which describes all permissible constellations of FLC annotations in the set F K. Permitted are precisely the constellations, which reflect the constellation of the symbolic elements of φ s in time-frequency space, observing the specified tolerance limits. The method comprises the following steps:

  • 1. Definiere für die Konstituenten der Signatur ϕs eine Hierarchie. Ξ = {1, ..., H}, H ∊ N sei die Menge der Label der hierarchischen Ebenen. Die oberste Hierarchieebene sei 1. Es gelte ∀ ϕs ∊ ϕs : ϕs → h,h ∊ Ξ (1.52) 1. Define a hierarchy for the constituents of the signature φ s . Ξ = {1, ..., H}, let Hε N be the set of labels of the hierarchical levels. The highest hierarchical level is 1. It applies ∀ φ s Ε φ s : φs → h, h ε Ξ (1.52)
  • 2. Gruppiere die Elemente in ϕs entsprechend ihrer Zugehörigkeit zu einer Hierarchieebene in H Teilsignaturen, so dass ϕ ~S = {ϕS1 , ϕSH } (1.53) 2. Group the elements in φ s according to their affiliation to a hierarchy level in H subsigna turen, so that φ ~ S = {φ S 1 , φ S H } (1.53)
  • 3. Bilde über FK aus der Teilsignatur ϕS1 entsprechend den Gleichungen 1.49 und 1.50 mit der Bedingung 1.51 die Menge der SLC-Annotationen FPC (C von Current). Generiere eine SLC-Annotation auch dann, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt für maximal itol Elemente aus ϕS1 keine Entsprechung in FK gefunden wird. Speichere für jedes Element in FPC die Anzahl der nicht instanziierten Konstituenten mit Hilfe einer Variable y.3. Picture about F K from the partial signature φ S 1 in accordance with equations 1.49 and 1.50 with condition 1.51 the set of SLC annotations F P C (C from Current). Generate an SLC annotation even if at a certain time for a maximum of i tol elements off φ S 1 no equivalent is found in F K. Save for each item in F P C the number of uninstantiated constituents with the aid of a variable y.
  • 4. Setze h := 2 und ϕSC := ϕS1 4. Set h: = 2 and φ S C : = φ S 1
  • 5. Vereinige die Teilsignatur ϕSC , mit ϕSh , d.h. ϕSC := ϕSC U ϕSh 5. Combine the partial signature φ S C , With φ S H ie φ S C : = φ S C U φ S H
  • 6. Prüfe für jedes Elemente in FPC , ob es zu einer SLC-Annotation der Teilsignatur ϕSC erweitert werden kann, welche die Gleichungen 1.49 und 1.50 mit der Bedingung 1.51 erfüllt. Erweitere eine SLC-Annotation auch dann, wenn für maximal (itol – y) Elemente aus ϕSC , keine Entsprechung in FK gefunden wird, wobei y die Anzahl der bereits nicht-instanziierten Konstituenten der Annotation ist. Speichere für jedes Element in FPC die aktuelle Gesamtanzahl der nicht instanziierten Elemente in y.6. Check for each item in F P C whether there is an SLC annotation of the partial signature φ S C can be extended, which satisfies the equations 1.49 and 1.50 with the condition 1.51. Extend an SLC annotation even if for maximum (i tol - y) elements off φ S C , no correspondence is found in F K , where y is the number of non-instantiated constituents of the annotation. Save for each item in F P C the current total number of uninstantiated elements in y.
  • 7. Lösche alle nicht erweiterten Elemente aus FPC 7. Delete all non-extended elements F P C
  • 8. Erhöhe h um 1. Falls h ≤ H gehe zu Schritt 58. Increase h by 1. If h ≤ H go to step 5
  • 9. FP := FPC ;9th F P : = F P C ;

Das beschriebene Verfahren zeichnet sich durch generelle Vor- und Nachteile hierarchiebasierter Suchverfahren aus. Einerseits kann die Suche in FK wesentlich beschleunigt werden, andererseits können im Worst-Case gültige Konstellationen von Elementen in FK übersehen werden. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn alle Elemente einer Ebene zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht instanziiert werden können, obwohl zu demselben Zeitpunkt eine äquivalente Signatur mit nur einer Ebene instanziierbar wäre.The method described is characterized by general advantages and disadvantages of hierarchy-based search methods. On the one hand, the search in F K can be significantly accelerated, on the other hand, in the worst case, valid constellations of elements in F K can be overlooked. This is the case, for example, if all elements of a layer can not be instantiated at a certain time, even though an equivalent signature with only one layer would be instantiable at the same time.

1.9.3 Notation und Visualisierung1.9.3 Notation and visualization

In prädikatenlogischer Notation kann eine symbolische Signatur ϕS der Länge N als Liste der Form ϕS = [[ω0, τ0, τ0, [λ00 , λ10 , ...]], ..., [ωN–1, TN–1, fN–1, [λ0N–1 , λ1N–1 , ...]]] (1.54) notiert werden. Hierbei sind ωn, τn, fn und λ0n , λ1n , ... Konstanten, welche die räumlichen Positionen der elementaren symbolischen Konstituenten der Signatur definieren. Einer Second-Level-Annotation entspricht eine atomare Formel der Form ωS (ψ, τ, f, Λ, Θ).In predicate logic notation, a symbolic signature φ S of length N can be used as a list of the form φ S = [[ω 0 , τ 0 , τ 0 , [ λ 0 0 , λ 1 0 , ...]], ..., [ω N-1 , T N-1 , f N-1 , [ λ 0 N-1 , λ 1 N-1 , ...]]] (1.54). Here, ω n , τ n , f n and λ 0 n , λ 1 n , ... constants that define the spatial positions of the elementary symbolic constituents of the signature. A second-level annotation corresponds to an atomic formula of the form ω S (ψ, τ, f, Λ, Θ).

Die Toleranzgrenzen ttol und ftol sowie der hierarchische Aufbau eines SLC sind von entscheidender Bedeutung für die Performanz des beschriebenen Annotationsverfahrens. In textueller (z.B. in prädikatenlogischer) Notation ist eine symbolische Signatur intuitiv nur schwer zu verstehen. Zu den Aufgaben eines Systems zur Herstellung von SLC gehört daher auch die Möglichkeit, symbolische Signaturen und SLC-Annotationen grafisch darzustellen.The tolerance limits t tol and f tol and the hierarchical structure of an SLC are of crucial importance for the performance of the described annotation method. In textual (eg in predicate logic) notation, a symbolic signature is difficult to understand intuitively. One of the tasks of a system for the production of SLC is therefore the possibility to graphically represent symbolic signatures and SLC annotations.

3.14 zeigt eine Möglichkeit, SLC zu visualisieren: Hierarchische Ebenen werden farbkodiert dargestellt. Der Parameter ttol beträgt hier 30% der zeitlichen Ausdehnung der Konstituenten von ϕS und wird durch senkrechte Linien angedeutet. ftol ist hier Null, kann aber analog zu ttol durch waagerechte Linien gekennzeichnet werden. 3.14 shows a way to visualize SLC: Hierarchical levels are color coded. The parameter t tol is here 30% of the temporal extent of the constituents of φ S and is indicated by vertical lines. f tol is zero here, but can be characterized by horizontal lines analogously to t tol .

Im Rahmen der Visualisierung der Ergebnisse von Herstellungs-Schritten kann von Interesse sein, welche Konstituenten einer symbolischen Signatur in welchen Situationen instanziiert werden können und welche nicht. Auch dies lässt sich mit einer farblichen Kodierung der entsprechenden Annotationsentscheidungen darstellen. 3.15 zeigt ein Beispiel von SLC-Annotationen mit itol = 25: Links ein Pfifflaut, für den alle Konstituenten der symbolischen Signatur des SLC aus 3.14 instanziiert werden konnten. Rechts ein ähnlicher Pfifflaut, für den nur ein Teil der Konstituenten instanziiert werden konnte. Alle nicht instanziierbaren Konstituenten sind blau dargestellt.In the context of the visualization of the results of manufacturing steps, it may be of interest which constituents of a symbolic signature can be instantiated in which situations and which not. This can also be represented by a color coding of the corresponding annotation decisions. 3.15 shows an example of SLC annotations with i tol = 25: Left a peal, for which all constituents of the symbolic signature of the SLC 3.14 could be instantiated. Right a similar Pfifflaut for which only a part of the constituents could be instantiated. All non-instancable constituents are shown in blue.

1.9.4 Automatische Extraktion von symbolischen Signaturen1.9.4 Automatic extraction of symbolic signatures

Symbolische Signaturen können aus einer Menge FK von Annotationsfakten automatisch extrahiert werden. Die Zeitreihen-Dateien, über denen die Menge FK gebildet wurde, müssen dabei nicht zur Verfügung stehen. Im Folgenden wird ein allgemeines Verfahren zur automatischen Extraktion von sequentiellen symbolischen Signaturen dargestellt, das Nachbarschaftsbeziehungen von Elementen in FK ausnutzt. Sequentiell bedeutet hier, dass die Konstituenten der Signaturen zeitlich geordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird im Folgenden davon ausgegangen, dass FK über genau einer Zeitreihen-Datei generiert wurde.Symbolic signatures can be automatically extracted from a set F K of annotation facts. The time series files over which the set F K was formed need not be available. The following is a general method for automatically extracting sequential symbolic signatures that exploits neighborhood relationships of elements in F K. Sequential be here indicates that the constituents of the signatures are arranged chronologically. For the sake of clarity, it is assumed in the following that F K was generated using exactly one time series file.

Das Verfahren basiert auf folgenden Annahmen und Definitionen:The Procedure is based on the following assumptions and definitions:

  • 1. Es sei τ: FK
    Figure 00270001
    eine Funktion, die den Zeitpunkt eines Elementes in FK angibt. Fernerhin sei f : FK
    Figure 00270002
    eine Funktion, die den Frequenzmittelpunkt eines Elementes in FK angibt.
    1. Let τ: F K
    Figure 00270001
    a function indicating the timing of an element in F K. Furthermore let f: F K
    Figure 00270002
    a function indicating the frequency center of an element in F K.
  • 2. Eine symbolische Signatur ϕSX kann durch eine triviale Transformation einer Konstellation X ⊆ FK erhalten werden. Hierzu ist es lediglich notwendig die Annotationsfakten durch Weglassung des Dateilabels und Normalisierung der Zeitinformation in symbolische Elemente zu transformieren. Sei ζ : P(FK) → ΦS die Transformationsfunktion, so kann jede gesuchte symbolische Signatur mit Hilfe von ζ erhalten werden, d.h.
    Figure 00280001
    2. A symbolic signature φ S X can be obtained by a trivial transformation of a constellation X ⊆ F K. For this it is only necessary to transform the annotation facts by omitting the file label and normalizing the time information into symbolic elements. Let ζ: P (F K ) → Φ S be the transformation function, so that every sought symbolic signature can be obtained with the help of ζ, ie
    Figure 00280001
  • 3. Es kann ein Kriterium β : P(FK) → {1,0} definiert werden, mit dessen Hilfe aus FK die Menge X aller zur ζ-Transformation zulässigen Untermengen ausgewählt werden kann, so dass X = {X0, ..., XN–1|Xn ⊆ ∧ β(Xn) = 1}‚0 ≤ n < N (1.56) Somit ist die Menge ΦSβ der gesuchten Signaturen gegeben durch ΦSβ = {ζ(X0), ..., ζ(XN–1)|Xn ∊ X}‚ 0 ≤ n < N (1.57) 3. A criterion β: P (F K ) → {1,0} can be defined with the aid of which F K can be used to select the set X of all subsets permissible for the ζ transformation, such that X = {X 0 , ..., X N-1 | X n ⊆ ∧ β (X n ) = 1}, 0 ≤ n <N (1.56) Thus, the amount Φ S β the sought signatures given by Φ S β = {ζ (X 0 ), ..., ζ (X N-1 ) | X n Ε X}, 0 ≤ n <N (1.57)
  • 4. Sind die Elemente in FK zeitlich geordnet, d.h. τ(Fi) ≤ r(Fi+1), 0 ≤ i < |FK|, so lässt sich β als Verkettung benachbarter Elemente definieren:
    Figure 00280002
    wobei ν : FK × FK → {1, 0}, eine Aussage darüber macht, ob zwei FLC-Annotationen Fa, Fb im Zeit-Frequenz-Raum benachbart sind.
    4. If the elements in F K are arranged chronologically, ie τ (F i ) ≤ r (F i + 1 ), 0 ≤ i <| F K |, then β can be defined as concatenation of neighboring elements:
    Figure 00280002
    where ν: F K × F K → {1, 0}, makes a statement as to whether two FLC annotations F a , F b are adjacent in time-frequency space.
  • 5. Die Nachbarschaftsbeziehung ν kann wie folgt definiert werden: Δtmax und Δfmax seien Schwellwerte für maximal zulässige Entfernungen zweier Elemente auf der Zeit- bzw. Frequenzachse. Fernerhin seien Δtmin und Δfmin Schwellwerte für den minimalen Abstand zweier Elemente auf der Zeit- bzw. Frequenzachse. Es gelte
    Figure 00280003
    Ausgehend von diesen Definitionen kann ΦSβ supervised oder unsupervised durch folgende Schritte aus FK generiert werden.
    5. The neighborhood relationship ν can be defined as follows: Δt max and Δf max are threshold values for maximum permissible distances of two elements on the time or frequency axis. Furthermore, let Δt min and Δf min be threshold values for the minimum distance between two elements on the time or frequency axis. It applies
    Figure 00280003
    Based on these definitions can Φ S β supervised or unsupervised by the following steps from F K.

Verfahren: Extraktion symbolischer SignaturenMethod: extraction of symbolic signatures

Input: FK, Δtmin, Δfmin, Δtmax, Δfmax Input: F K , Δt min , Δf min , Δt max , Δf max

Output: ΦSβ Output: Φ S β

  • 1. Ordne FK nach der Zeit der Elemente.1. Order F K according to the time of the elements.
  • 2. Lösche alle Elemente aus FK die entsprechend der Gleichung 1.59 keinen Nachbarn besitzen.2. Delete all elements of F K that have no neighbors according to Equation 1.59.
  • 3. Gebe eine minimale Länge lmin und optional ein maximale Länge lmax für die gesuchten Signaturen an.3. Specify a minimum length l min and optionally a maximum length l max for the requested signatures.
  • 4. Generiere die Menge X entsprechend der Gleichungen 1.56 und 1.58.4. Generate the set X according to the equations 1.56 and 1:58.
  • 5. Transformiere X entsprechend der Gleichung 1.57 in ΦSβ .5. Transform X according to Equation 1.57 in Φ S β ,
  • 6. Bereinige ggf. X im Rahmen des gegebenen Herstellungs-Kontexts.6. If necessary, clean up X within the given manufacturing context.

3.16 veranschaulicht die automatische Extraktion von sequentiellen symbolischen Signaturen aus FK. In Real-World Problemstellungen kann der Schritt der Bereinigung von X weitere nicht-triviale Schritte erfordern: (1) Visualisierung von FK; (2) ΦSβ = {ΦS1β , ΦS2β , ΦS3β , ΦS4β }; (3) Annotationen FP von ΦSβ (blaue Fadenkreuze). 3.16 illustrates the automatic extraction of sequential symbolic signatures from F K. In real-world issues, the step of cleaning up X can be more non-trivial steps require: ( 1 ) Visualization of F K ; ( 2 ) Φ S β = {Φ S1 β , Φ S2 β , Φ S3 β , Φ S4 β } ; ( 3 ) Annotations F P of Φ S β (blue crosshairs).

1.9.5 Verschmelzen symbolischer Signaturen1.9.5 Merging symbolic signatures

Eine weitere grundlegende Technik für die Modellierung von SLC ist das Verschmelzen mehrerer Signaturen zu einer einzigen. In Analogie zu dem Verschmelzen von elementaren Signaturen ist auch hier das Ziel, aus einer Anzahl von Signaturen diejenigen Eigenschaften herauszufiltern, die in der Mehrzahl der Signaturen vorhanden sind und gleichzeitig diejenigen Eigenschaften herauszumitteln, welche nur in einzelnen oder wenigen Beispielen vertreten sind.A more basic technique for The modeling of SLC is the merging of multiple signatures to a single. In analogy to the merging of elementary Signatures is also the goal here, from a number of signatures to filter out those features that exist in the majority of Signatures are present and at the same time those properties to find out which only in a few or a few examples are represented.

Eine Menge ΦS = {ϕS0 , ..., ϕSN–1 } von symbolischen Signaturen kann einfach durch die Vereinigung ihrer Konstituenten zusammengefasst werden, so dass sich eine einzige Signatur ϕ ~S durch ϕ ~S = ⋃ ϕS0 , ..., ϕSN–1 (1.60)ergibt. Dieses Vorgehen ist in der Praxis allerdings unbrauchbar, da in der resultierenden Menge ϕ ~S in der Regel mehr Elemente als nötig enthalten sind. Dies liegt daran, dass die Identität zweier symbolischer Elemente ϕs1 = < ω1, τ1, f1 Λ1> und ϕs2 = < ω2, τ2, f2 Λ2> in den seltensten Fällen gegeben ist, da τ1, τ2 und f1, f2 reellwertige Größen sind (Λ wird im Folgenden aus Gründen der Vereinfachung nicht beachtet).A lot Φ S = {φ S 0 , ..., φ S N-1 } of symbolic signatures can be summarized simply by the union of their constituents, so that a single signature φ ~ S through φ ~ S = ⋃ φ S 0 , ..., φ S N-1 (1.60) results. However, this procedure is useless in practice, because in the resulting amount φ ~ S usually more elements than necessary are included. This is because the identity of two symbolic elements φ s 1 = <ω 1 , τ 1 , f 1 Λ 1 > and φ s 2 = <ω 2 , τ 2 , f 2 Λ 2 > is given in the rarest cases, since τ 1 , τ 2 and f 1 , f 2 are real-valued quantities (Λ will not be considered below for reasons of simplification).

Es bedarf somit einer Verfahrensweise, die geeignete Elemente in ϕ ~S identifiziert und miteinander verschmilzt. Durch eine solche Verschmelzung kann die Kardinalität von ϕ ~S erheblich reduziert werden. Gleichzeitig bietet sich hier eine Möglichkeit, typische Elemente eines Musters von untypischen zu unterscheiden. Das Verfahren basiert auf folgenden Spezifikationen:

  • 1.
    Figure 00290001
    sei eine Funktion, die den Zeitpunkt eines symbolischen Elementes angibt.
    Figure 00290002
    sei eine Funktion, die den Frequenzmittelpunkt eines symbolischen Elementes angibt. ω: ϕ ~S → Ω sei eine Funktion, die das Label eines symbolischen Elementes angibt. Es gelte fernerhin M = |ϕ ~S|.
  • 2. v : ϕ ~S × ϕ ~S → {1, 0} sei ein Kriterium, das angibt, ob zwei symbolische Elemente miteinander verschmelzbar sind oder nicht. Ausgehend von diesem Kriterium kann die Menge ϕSV der verschmelzbaren symbolischen Elemente in ϕ ~S definiert werden durch ϕSV := {ϕsi ∊ ϕ ~S|∃ ϕsj : υ(ϕsi sj ) = 1}, i <> j, 0 ≤ i < M, 0 ≤ j < M (1.61)
  • 3. Δtmax und Δfmax seien Schwellwerte für maximal zulässige Entfernungen zweier symbolischer Elemente auf der Zeit- bzw. Frequenzachse. Das Verschmelzbarkeitskriterium υ kann dann definiert werden durch
    Figure 00300001
  • 4. Zwei miteinander verschmelzbare symbolische Elemente ϕsa , ϕsb in ΦSV werden zu einem Element ϕsμ verschmolzen, indem für eines der beiden Elemente die Position im Zeit-Frequenz-Raum neu berechnet und das andere gelöscht wird.
Thus, a technique is needed that identifies and merges appropriate elements in φ ~ S. By such a merger, the cardinality of φ ~ S can be significantly reduced. At the same time, it offers a way of distinguishing typical elements of a pattern from untypical ones. The process is based on the following specifications:
  • 1.
    Figure 00290001
    Let be a function that indicates the time of a symbolic element.
    Figure 00290002
    Let u be a function that specifies the frequency center of a symbolic element. ω: φ ~ S → Ω is a function that specifies the label of a symbolic element. Furthermore, M = | φ ~ S |.
  • 2. v: φ ~ S × φ ~ S → {1, 0} is a criterion that indicates whether two symbolic elements can be merged together or not. Starting from this criterion, the quantity φ S V of the fusible symbolic elements in φ ~ S are defined by φ S V : = {φ s i Ε φ ~ S | ∃ φ s j : υ (φ s i , φ s j ) = 1}, i <> j, 0 ≤ i <M, 0 ≤ j <M (1.61)
  • 3. Δt max and Δf max are threshold values for maximum permissible distances of two symbolic elements on the time or frequency axis. The blending criterion υ can then be defined by
    Figure 00300001
  • 4. Two fused symbolic elements φ s a , φ s b in Φ S V become an element φ s μ merged by recalculating for one of the two elements the position in the time-frequency space and erasing the other one.

Die neue Zeit τμ von ϕsμ ist

Figure 00300002
und der neue Frequenzmittelpunkt fu ist
Figure 00300003
The new time τ μ of φ s μ is
Figure 00300002
and the new frequency center f u is
Figure 00300003

Auf Grundlage dieser Konzepte lässt sich ein allgemeines Verfahren zum Verschmelzen einer Menge von symbolischen Signaturen wie folgt angeben: Verfahren: Verschmelzen symbolischer SignaturenOn Basis of these concepts a general method for merging a set of Specify symbolic signatures as follows: Procedure: Merge symbolic signatures

Input: ΦS, Δtmax, Δfmax Input: Φ S , Δt max , Δf max

Output: ϕsμ Output: φ s μ

  • 1. Bilde die Vereinigung ϕ ~S von ΦS.1. Form the union φ ~ S of Φ S.
  • 2. Bilde die Menge ϕSV der verschmelzbaren symbolischen Elemente entsprechend Gleichung 1.61 und dem Verschmelzbarkeitskriterium in Gleichung 1.62.2. Make the crowd φ S V of the fusible symbolic elements according to Equation 1.61 and the Merge Criterion in Equation 1.62.
  • 3. Bilde die Menge ΦSR := Φ ~SSV der nicht verschmelzbaren symbolischen Elemente.3. Make the crowd Φ S R : = Φ ~ S \ Φ S V of non-merging symbolic elements.
  • 4. Verschmelze alle miteinander verschmelzbaren Paare symbolischer Elemente in ϕSV zu der Menge ϕ'Sμ . Speichere für jedes Element in ϕ'Sμ die Anzahl der Verschmelzungs-Operationen in einer Variable nom (number of merged).4. Merge all mergeable pairs of symbolic elements into φ S V to the crowd φ ' S μ , Save for each item in φ ' S μ the number of merger operations in a variable nom (number of merged).
  • 5. Bilde die verschmolzene Signatur durch ϕSμ := ϕSR ⋃ ϕ'Sμ Das in diesem Abschnitt beschriebene Verfahren zum Verschmelzen von symbolischen Signaturen eignet sich insbesondere dazu, eine Menge von Signaturen zu verschmelzen, die aus einer Menge von Instanzen einer einzigen Signatur gewonnen wurden, da die erzwungene Verschmelzung durch die Vereinigungsoperation in Gleichung 1.60 nur dann sinnvoll ist, wenn alle Signaturen in ΦS vom gleichen Grundtyp sind. 3.17 zeigt ein Beispiel: (1) Eine automatisch extrahierte Signatur aus 3.16; (2) Eine Signatur, die aus 19 Instanzen der ersten Signatur verschmolzen wurde. Zu erkennen ist eine gleichmäßigere Anordnung der Konstituenten.5. Form the merged signature φ S μ : = φ S R ⋃ φ ' S μ In particular, the method of merging symbolic signatures described in this section is suitable for merging a set of signatures obtained from a set of instances of a single signature, since the forced merging by the merge operation in Equation 1.60 is meaningful only if all signatures in Φ S are of the same basic type. 3.17 shows an example: ( 1 ) An automatically extracted signature 3.16 ; ( 2 ) A signature merged from 19 instances of the first signature. Evident is a more uniform arrangement of the constituents.

1.9.6 Ähnlichkeitsbasiertes Verschmelzen symbolischer Signaturen1.9.6 Similarity-based Merging symbolic signatures

In diesem Abschnitt wird eine Erweiterung des im vorausgehenden Abschnitt beschriebenen Verfahrens zum Verschmelzen symbolischer Signaturen dargestellt. Das Verfahren gestattet, Elemente innerhalb einer Menge von Signaturen unter Berücksichtigung eines Ähnlichkeitskriteriums automatisch zu verschmelzen. Diese Technik kann dazu verwendet werden, um typische Muster oder Abweichungen von typischen Mustern in akustischen Daten zu entdecken.In This section will be an extension of the previous section described method for merging symbolic signatures shown. The procedure allows elements within a set taking into account signatures a similarity criterion automatically merge. This technique can be used around typical patterns or deviations from typical patterns in acoustic To discover data.

Da unterschiedliche symbolische Signaturen unterschiedliche zeitliche Ausdehnungen besitzen können, muss beim ähnlichkeitsbasierten Verschmelzen von der absoluten Zeit der symbolischen Elemente der Signaturen abstrahiert werden. Anstatt dieser muss für den Ähnlichkeitsvergleich von zwei Signaturen eine optimale Zeitbasis Δτopt dynamisch berechnet werden. Das Verfahren basiert auf den Definitionen in Abschnitt 1.9.5 und einigen zusätzlichen Konzepten:

  • 1.
    Figure 00310001
    sei eine Funktion, die angibt, wieviele Elemente zweier symbolischer Signaturen ϕSa , ϕSb ∈ ΦS entsprechend dem Verschmelzbarkeitskriterium in Gleichung 1.62 miteinander verschmelzbar sind, wenn alle symbolischen Elemente in ϕSb um einen Wert Δτ auf der Zeitachse verschoben werden. Δτ kann positiv oder negativ sein.
  • 2. Die für eine Verschmelzung optimale Zeitbasis Δτopt sei der kleinst mögliche Wert, um den die Elemente in ϕSb auf der Zeitachse verschoben werden müssen, damit σΔτ den maximal möglichen Wert erreicht. σopt: ΦS × ΦS
    Figure 00310002
    sei die maximal mögliche Anzahl miteinander verschmelzbarer symbolischer Elemente zweier symbolischer Signaturen.
  • 3. Das Kriterium
    Figure 00310003
    gibt die für eine Verschmelzung minimal erforderliche Anzahl symbolischer Elemente an. σmin kann konstant sein oder dynamisch für jeden Vergleich neu berechnet werden, z.B. in Prozent der Länge der zweiten Signatur durch σmin := c·|ϕSb |/100. Zwei Signaturen sind genau dann verschmelzbar, wenn σopt ≥ σmin
Since different symbolic signatures can have different temporal extents, in the case of similarity-based merging, the symbolic elements of the signatures must be abstracted from the absolute time. Instead of this, an optimal time base Δτ opt must be calculated dynamically for the similarity comparison of two signatures. The method is based on the definitions in Section 1.9.5 and some additional concepts:
  • 1.
    Figure 00310001
    Let it be a function that indicates how many elements of two symbolic signatures φ S a , φ S b ∈ Φ S can be merged with one another according to the merge-ability criterion in equation 1.62 if all the symbolic elements in φ S b be shifted by a value Δτ on the time axis. Δτ can be positive or negative.
  • 2. The optimum time base Δτ opt for a fusion is the smallest possible value by which the elements in φ S b must be shifted on the time axis, so that σ Δτ reaches the maximum possible value. σ opt : Φ S × Φ S
    Figure 00310002
    Let be the maximum possible number of symbolic elements of two symbolic signatures that can be merged together.
  • 3. The criterion
    Figure 00310003
    specifies the minimum number of symbolic elements required for a merge. σ min can be constant or dynamically recalculated for each comparison, eg as a percentage of the length of the second signature by σ min : = c · | φ S b | / 100 , Two signatures can be merged if and only if σ opt ≥ σ min

3.18 veranschaulicht den Ähnlichkeitsvergleich zweier symbolischer Signaturen: (1) Die Ähnlichkeit σΔτ von ϕSa und ϕSb ist 2 bei Δτ = 0. (2) Die Ähnlichkeit von ϕSa und ϕSb ist 3 (also maximal) wenn die Zeitverschiebung optimal ist, d.h. Δτ = Δτopt. Die gestrichelten Linien symbolisieren eine Verschmelzbarkeit zwischen zwei Elementen. Die Kreise symbolisieren symbolische Elemente und ihre Position im Zeit-Frequenz-Raum. Die Schraffuren symbolisieren die verschiedenen Label der symbolischen Elemente. 3.18 illustrates the similarity comparison of two symbolic signatures: (1) The similarity σ Δτ of φ S a and φ S b is 2 at Δτ = 0. (2) The similarity of φ S a and φ S b is 3 (ie maximum) if the time shift is optimal, ie Δτ = Δτ opt . The dashed lines symbolize a fusion between two elements. The circles symbolize symbolic elements and their position in time-frequency space. The hatches symbolize the different labels of the symbolic elements.

Das Verfahren Symbolic-Similarity-Driven-Merge (SSDM) generiert aus ΦS eine Menge von verschmolzenen Signaturen ΦSμ . Die Funktion Merge entspricht dabei dem Verfahren in Abschnitt 1.9.5:The Symbolic Similarity Driven Merge (SSDM) method generates a set of ver from Φ S melted signatures Φ S μ , The function Merge corresponds to the procedure in section 1.9.5:

Verfahren: Symbolic-Similarity-Driven-Merge

Figure 00320001
Procedure: Symbolic-similarity-driven-merge
Figure 00320001

Die Funktion Nearest findet das Element in mit der größten Ähnlichkeit zur ΦSi :

Figure 00320002
The Nearest function finds the element with the greatest similarity Φ S i :
Figure 00320002

Mit geringfügigen Modifikationen kann das hier beschriebene Verfahren zum Conceptual-Clustering von Mustern im Zeit-Frequenz-Raum genutzt werden. Das Verfahren ist nichtlinear, da sich die Signaturen bei jeder Verschmelzungsoperation verändern.With minor Modifications may include the conceptual clustering method described here Patterns are used in the time-frequency space. The procedure is non-linear, as the signatures are at each merge operation change.

Im Anschluss an das einfache oder ähnlichkeitsbasierte Verschmelzen können symbolische Signaturen von nicht-häufigen Elementen bereinigt werden. Hierzu werden diejenigen symbolischen Elemente aus einer verschmolzenen Signatur gelöscht, denen ein niedriger nom-Wert entspricht (vgl. Abschnitt 1.9.5). Eine farbliche Kodierung des nom-Wertes ermöglicht einen direkten Überblick über die Ergebnisse von Verschmelzungsoperationen. 3.19 veranschaulicht den Bereinigungsvorgang: (1) Eine aus 41 symbolischen Signaturen verschmolzene Signatur; (2) Dieselbe Signatur mit farbkodierter Darstellung des Parameters nom. Die Farbe hellgrün entspricht hohen nom-Werten. Die Farbe dunkelrot entspricht sehr niedrigen nom-Werten; (3) Durch Löschen der Elemente mit nom < 2 bereinigte Signatur; (4) Die bereinigte Signatur in normaler nicht-farbkodierter Darstellung.Following simple or similarity-based merging, symbolic signatures of non-common elements can be cleaned up. For this purpose, those symbolic elements are deleted from a merged signature that corresponds to a low nom value (see Section 1.9.5). A color coding of the nom value allows a direct overview of the results of merging operations. 3.19 illustrates the cleanup process: ( 1 ) A signature fused with 41 symbolic signatures; ( 2 ) The same signature with color-coded representation of the parameter nom. The color light green corresponds to high nom values. The color dark red corresponds to very low nom values; ( 3 ) By clearing the elements with nom <2 cleansed signature; ( 4 ) The cleansed signature in normal non-color-coded representation.

1.9.7 Induktive Programmierung1.9.7 Inductive programming

In diesem Abschnitt wird ein Verfahren zur Induktion einer endlichen Menge von symbolischen Signaturen beschrieben. Die mit Hilfe dieses Verfahrens generierten Signaturen fassen Mengen elementarer Annotationsfakten in FK zu Gruppen zusammen. Das Verfahren beruht auf den Methoden zur automatischen Extraktion (vgl. Abschnitt 1.9.4) und ähnlichkeitsbasierten Verschmelzung (vgl. Abschnitt 1.9.6) von symbolischen Signaturen.This section describes a method for inducing a finite set of symbolic signatures. The signatures generated by this method summarize sets of elementary annotation facts in F K into groups. The method is based on the methods of automatic extraction (see Section 1.9.4) and similarity-based merging (see Section 1.9.6) of symbolic signatures.

Die Idee besteht darin, in FK Konstellationen von benachbarten Annotationsfakten zu suchen und mit Hilfe des Verfahrens der automatischen Extraktion (vgl. Abschnitt 1.9.4) in eine Menge von symbolischen Signaturen zu transformieren. Anschließend können die Elemente dieser Menge ähnlichkeitsbasiert verschmolzen werden. Durch Verknüpfung mit einem geeigneten Annotationsalgorithmus (vgl. Abschnitt 1.9.2) ergibt sich eine Menge P von SLC. Mit Hilfe der SLC in P ist es möglich, den Signaturen entsprechende akustische Phänomene in neuen Zeitreihen-Daten maschinell zu lokalisieren:The idea is to look for constellations of neighboring annotation facts in F K and transform them into a set of symbolic signatures using the automatic extraction method (see Section 1.9.4). Subsequently, the elements of this set can be merged similarity-based. By linking with a suitable annotation algorithm (see Section 1.9.2) a lot of P from SLC. With the help of the SLC in P it is possible to machine the acoustic phenomena corresponding to the signatures in new time series data:

Verfahren: SLC-InduktionProcedure: SLC induction

Input: FK Input: F K

Output: POutput: P

  • 1. Extrahiere aus FK mit Hilfe des Verfahrens in Abschnitt 1.9.4 eine Menge ΦS von symbolischen Signaturen.1. Extract a set Φ S of symbolic signatures from F K using the procedure in Section 1.9.4.
  • 2. Verschmelze ΦS nach dem Verfahren in Abschnitt 1.9.6 ähnlichkeitsbasiert zu einer Menge ΦSμ verschmolzener symbolischer Signaturen.2. Merge Φ S in a similar way based on the procedure in Section 1.9.6 Φ S μ fused symbolic signatures.
  • 3. Bereinige die Signaturen ΦSμ von selten auftretenden symbolischen Elementen.3. Clean up the signatures Φ S μ of rarely occurring symbolic elements.
  • 4. Evaluiere die Signaturen in ΦSμ und iteriere ggf. die vorausgehenden Schritte.4. Evaluate the signatures in Φ S μ and if necessary, iterate the previous steps.
  • 5. Verknüpfe die evaluierten Signaturen in mit geeigneten Second-Level-AA zu einer Menge P von SLC.5. Link the evaluated signatures in with appropriate second-level AA to a lot P from SLC.

1.10 System zur Herstellung von1.10 system for the production of

Signal-KlassifikatorenSignal classifiers

Das in diesem Abschnitt beschriebene System und Verfahren ermöglicht eine systematische koordinierte und überwachte Anwendung der in den Abschnitten 1.8 und 1.9 beschriebenen Einzelverfahren. Hierdurch wird es möglich, den komplizierten Prozess der Herstellung von Signal-Klassifikatoren zu systematisieren und entscheidend zu verbessern. Nach ihrer Herstellung können die Klassifikatoren in Software oder Chips integriert werden.The The system and procedure described in this section enables one systematic coordinated and supervised Use of the individual methods described in Sections 1.8 and 1.9. This will make it possible the complicated process of producing signal classifiers to systematize and decisively improve. After its production can the classifiers are integrated into software or chips.

1.10.1 Grundarchitektur1.10.1 Basic architecture

Das System besteht aus drei Modulen, die miteinander verzahnt sind. Seine Grundarchitektur ist in 3.20 dargestellt.The system consists of three modules that are interlinked. Its basic architecture is in 3.20 shown.

Die drei Module dienen der systematischen Herstellung von Visualisierungen, FLC, SLC, FLC-Annotationen und SLC-Annotationen. Das Visualisierungs-Modul ermöglicht auch eine visuelle Evaluation des Verhaltens von Mengen von FLC und SLC durch die beschriebenen Verfahren zur Visualisierung von Annotationen. Es handelt sich um:

  • 1. Ein Modul (1) zur Herstellung von Visualisierungen und zur Visualisierung von Annotationen: Siehe auch 3.21;
  • 2. Ein Modul (2) zur Herstellung und Anwendung von FLC: Siehe auch 3.22;
  • 3. Ein Modul (3) zur Herstellung und Anwendung von SLC: Siehe auch 3.23;
The three modules are used for the systematic production of visualizations, FLC, SLC, FLC annotations and SLC annotations. The visualization module also allows visual evaluation of the behavior of sets of FLC and SLC by the annotation visualization techniques described. It is a matter of:
  • 1. A module ( 1 ) for visualization and annotation visualization: See also 3.21 ;
  • 2. A module ( 2 ) for the production and use of FLC: See also 3.22 ;
  • 3. A module ( 3 ) on the manufacture and use of SLC: See also 3.23 ;

Die Module ermöglichen die systematische und koordinierte Anwendung der oben beschriebenen Einzelverfahren. Alle Module und Verfahren sind computerimplementierbar. Die Verzahnung der Module dient der Optimierung, Qualitätssicherung und Beschleunigung des Herstellungsprozesses:

  • 1. Visualisierungen, die im Editor des Visualisierungs-Moduls sichtbar sind, können zur Initialisierung von FLC-Signaturen (z.B. spektrographischen Signaturen) benutzt werden. Die Visualisierung (z.B. ein Spektrogramm – vgl. Abschnitt 1.8.2) dient als initiale Schablone für die FLC-Signatur (siehe auch Verfahren in Abschnitt 1.8.2).
  • 2. Klassifikationsentscheidungen von FLC (d.h. FLC-Annotationen) können in Visualisierungen von Zeitreihen-Daten nach dem Verfahren in Abschnitt 1.8.6 eingeblendet (projiziert) werden. Zusätzlich kann unterhalb der Visualisierung der Graph der KKF und ihrer Konstituenten eingeblendet werden (vgl. 3.5).
  • 3. Visualisierungen, die im Visualisierungs-Editor sichtbar sind, können zur Initialisierung von SLC-Objekten benutzt werden. Die Visualisierung (z.B. ein Spektrogramm – vgl. Abschnitt 1.8.2) dient als initiale Schablone für die SLC-Signatur.
  • 4. Klassifikationsentscheidungen von SLC (d.h. SLC-Annotationen) können in Visualisierungen von Zeitreihen-Daten nach dem Verfahren in Abschnitt 1.9.3 eingeblendet (projiziert) werden.
The modules enable the systematic and coordinated application of the individual methods described above. All modules and methods are computer-implemented. The interlocking of the modules serves the optimization, quality assurance and acceleration of the manufacturing process:
  • 1. Visualizations that are visible in the editor of the visualization module can be used to initialize FLC signatures (eg, spectrographic signatures). The visualization (eg a spectrogram - see Section 1.8.2) serves as an initial template for the FLC signature (see also the procedure in Section 1.8.2).
  • 2. Classification decisions of FLC (ie FLC annotations) may be displayed (visualized) in visualizations of time series data according to the procedure in Section 1.8.6. In addition, below the visualization, the graph of the KKF and its constituents can be displayed (cf. 3.5 ).
  • 3. Visualizations visible in the visualization editor can be used to initialize SLC objects. The visualization (eg a spectrogram - see Section 1.8.2) serves as an initial template for the SLC signature.
  • 4. Classification decisions of SLC (ie SLC annotations) may be displayed in visualizations of time series data according to the procedure in Section 1.9.3.

1.10.2 System zur Herstellung von Visualisierungen und zur Visualisierung von Annotationen1.10.2 System for producing visualizations and for the visualization of annotations

In diesem Abschnitt wird die Herstellung von Visualisierungen mit Hilfe des Visualsierungs-Moduls beschrieben. System und Herstellungsprozess sind in 3.21 schematisch dargestellt.

  • 1. Aus einer Sequenz von Zeitreihen-Daten (1) wird eine Visualisierung hergestellt (2). Hierbei kann das Verfahren in Abschnitt 1.8.1 verwendet werden. Alternativ können auch andere Zeit-Frequenz-Darstellungen oder Zeit-Energie-Darstelllungen verwendet werden.
  • 2. Die Visualisierung wird in einem interaktiven grafischen Editor (3) dargestellt. Der Editor ermöglicht den Zugriff auf die Visualisierung (z.B. mit einem Mauszeiger). Hierdurch können Bereiche innerhalb der Visualisierung ausgewählt und markiert werden.
  • 3. Mit Hilfe eines Property-Editors (4) können die Parameter der Visualisierung verändert werden. Hierzu gehören insbesondere Parameter der zugrundeliegenden Transformation (z.B. DFT-Parameter), Parameter der Farbpalette, Zeit- und Frequenz-Parameter, welche den sichtbaren Ausschnitt definieren, sowie Energie-Darstellungs-Parameter (z.B. ob spektrale Energiekoeffizienten linear oder logarithmisch dargestellt werden sollen.).
  • 4. Die Visualisierung wird in einer Menge von Visualisierungs-Repräsentationen (10) gespeichert.
  • 5. Das Visualisierungs-Modul beinhaltet eine integrierte Datenbank (11), welche den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von Visualisierungs-Repräsentationen in Form von Datensätzen ermöglicht.
  • 6. Das Visualisierungs-Modul beinhaltet einen integrierten File-Manager (12), welcher den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von Visualisierungs-Repräsentationen in Form von Dateien ermöglicht.
  • 7. Das Visualisierungs-Modul ist so gestaltet, dass alle Einzelschritte des Herstellungsprozesses separat ausgeführt und ggf. interiert werden können.
  • 8. Das Visualisierungs-Modul ist so gestaltet, dass in Visualisierungen FLC-Annotationen (5) und/oder SLC-Annotationen (6) nach den Verfahren in 1.8.6 bzw. 1.9.3 eingeblendet (8) werden können.
  • 9. Das Visualisierungs-Modul ist so gestaltet, dass Graphen (9) von KKF (7) und ihren Konstituenten innerhalb der Benutzerschnittstelle des Moduls dargestellt werden können.
In this section, the production of visualizations using the visualization module will be described wrote. System and manufacturing process are in 3.21 shown schematically.
  • 1. From a sequence of time series data ( 1 ) a visualization is produced ( 2 ). The procedure in section 1.8.1 can be used here. Alternatively, other time-frequency representations or time-energy representations may be used.
  • 2. The visualization is displayed in an interactive graphical editor ( 3 ). The editor allows access to the visualization (eg with a mouse pointer). This allows areas within the visualization to be selected and marked.
  • 3. Using a property editor ( 4 ) the parameters of the visualization can be changed. These include in particular parameters of the underlying transformation (eg DFT parameters), parameters of the color palette, time and frequency parameters which define the visible section, and energy representation parameters (eg whether spectral energy coefficients are to be represented linearly or logarithmically). ,
  • 4. The visualization comes in a lot of visualization representations ( 10 ) saved.
  • 5. The visualization module contains an integrated database ( 11 ), which provides access to and management of sets of visualization representations in the form of records.
  • 6. The visualization module includes an integrated file manager ( 12 ), which allows access to and management of sets of visualization representations in the form of files.
  • 7. The visualization module is designed so that all individual steps of the manufacturing process can be carried out separately and possibly integrated.
  • 8. The visualization module is designed so that in visualizations FLC annotations ( 5 ) and / or SLC annotations ( 6 ) according to the procedures in 1.8.6 or 1.9.3 ( 8th ) can be.
  • 9. The visualization engine is designed to allow graphs ( 9 ) of KKF ( 7 ) and their constituents within the user interface of the module.

1.10.3 System zur Herstellung von FLC und FLC-Annotationen1.10.3 System for the production of FLC and FLC annotations

In diesem Abschnitt wird die Herstellung von FLC und FLC-Annotationen mit Hilfe des FLC-Moduls beschrieben. System und Herstellungsprozess sind in 3.22 schematisch dargestellt.

  • 1. Aus einer Visualisierung (1) wird nach dem Verfahren in Abschnitt 1.8.2 über einen Initialisierungs-Schritt (2) ein FLC generiert.
  • 2. Der FLC wird in einem interaktiven grafischen FLC-Editor (3) (siehe auch Abschnitt 1.8.2) dargestellt. Der FLC-Editor (3) ermöglicht den Zugriff auf die Signatur und die Modifikation derselben mit einem Mauszeiger und Bildbearbeitungswerkzeugen. Hierdurch können Bereiche innerhalb der Signatur ausgewählt und markiert werden. Mit Hilfe der Bildbearbeitungswerkzeuge ist es möglich, Koeffizienten der zugrundeliegenden Matrix zu löschen oder andersartig zu verändern. Das Verhalten des sichtbaren FLC kann im Visualisierungs-Editor anhand seiner KKF und Annotationsentscheidungen in Echtzeit verfolgt werden.
  • 3. Mit Hilfe eines Property-Editors (4) können die wichtigsten Parameter des FLC verändert werden. Hierzu gehören alle Parameter, welche auch im Visualisierungs–Editor zu Verfügung stehen. Zusätzlich können Parameter, die das Verhalten der KKF beeinflussen, Suchraum–Parameter (vgl. Abschnitt 1.8.9) und Parameter, die das Verhalten des AA beeinflussen, verändert werden. Der zum FLC gehörende AA (5) und die KKF (6) können mit Hilfe des Property-Editors aus einer Anzahl von Varianten ausgewählt werden. Zumindest die KKF aus Abschnitt 1.8.3 und der AA aus Abschnitt 1.8.4 werden hier zur Auswahl gestellt.
  • 4. Der FLC wird in einer Menge von FLC-Repräsentationen (7) gespeichert.
  • 5. Von dem FLC-Modul aus können verschiedene Verfahren zur Generierung von Mengen von FLC und/oder FLC-Signaturen aus angesteuert werden. Hierbei handelt es sich zumindest um die Verfahren 'Ausdünnen von Merkmalen' (11) (vgl. Abschnitt 1.8.7), 'Klonen von Signaturen' (12) (vgl. Abschnitt 1.8.8), 'Verschmelzen von spektrographischen Signaturen' (8) (vgl. Abschnitt 1.8.10), 'Ähnlichkeitsbasiertes Verschmelzen von spektrographischen Signaturen' (9) (vgl. Abschnitt 1.8.11) und 'Induktive Programmierung' (10) (vgl. Abschnitt 1.8.12). Die Resultate dieser Verfahren werden ggf. automatisch mit geeigneten KKF und AA verknüpft und in einer Menge von Reräsentationen von FLC-Repräsentationen gespeichert. Es besteht auch die Möglichkeit, frei definierbare externe Testroutinen (13) auf Mengen von FLC ablaufen zu lassen.
  • 6. Von dem FLC-Modul aus kann eine Menge von FLC zur Annotation einer Menge von Zeitreihen-Daten ausgewählt und der Annotationsprozess (14) mit Hilfe des Verfahrens in Abschnitt 1.8.4 gestartet werden. Die entstehenden Annotationsfakten (15) werden in einer Menge von Repräsentationen von FLC-Annotationen gespeichert.
  • 7. Von dem FLC-Modul aus kann mit Hilfe des Verfahrens 'Automatische Extraktion' (16) in Abschnitt 1.8.9 eine Menge von FLC-Annotationen (15) ausgewertet werden, um aus einer Menge von geeigneten Zeitreihen-Daten (17) eine Menge von FLC zu extrahieren.
  • 8. Das FLC-Modul ist so gestaltet, dass aus einer Menge von gespeicherten FLC-Annotationen eine Untermenge ausgewählt und in den Hauptspeicher geladen werden kann. Der Visualisierungs-Editor ist so gestaltet, dass die Elemente dieser Untermenge nach dem Verfahren in Abschnitt 1.8.6 in die Visualisierung eingeblendet werden können, falls sie auf die in der Visualisierung sichtbare Sequenz referieren.
  • 9. Das FLC-Modul beinhaltet eine integrierte Datenbank (18), welche den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von FLC in Form von Datensätzen ermöglicht.
  • 10. Das FLC-Modul beinhaltet einen integrierten File-Manager (19), welcher den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von FLC in Form von Dateien ermöglicht.
  • 11. Das FLC-Modul beinhaltet eine integrierte Datenbank (20), welche den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von FLC-Annotationen in Form von Datensätzen ermöglicht.
  • 12. Das FLC-Modul beinhaltet einen integrierten File-Manager (21), welcher den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von FLC-Annotationen in Form von Dateien ermöglicht.
  • 13. Das FLC-Modul ist so gestaltet, dass alle Einzelschritte des Herstellungsprozesses separat ausgeführt und ggf. iteriert werden können.
  • 14. Das FLC-Modul ist so gestaltet, dass einzelne FLC aus einer Menge von FLC ausgewählt (7) und in den FLC-Editor (3) geladen werden können.
This section describes how to make FLC and FLC annotations using the FLC module. System and manufacturing process are in 3.22 shown schematically.
  • 1. From a visualization ( 1 ) is executed following the procedure in Section 1.8.2 via an initialization step ( 2 ) generates an FLC.
  • 2. The FLC is displayed in an interactive graphical FLC editor ( 3 ) (see also section 1.8.2). The FLC Editor ( 3 ) provides access to the signature and modification thereof with a mouse pointer and image editing tools. As a result, areas within the signature can be selected and marked. With the help of image processing tools, it is possible to delete or otherwise modify coefficients of the underlying matrix. The behavior of the visible FLC can be tracked in real time in the visualization editor based on its KKF and annotation decisions.
  • 3. Using a property editor ( 4 ) the most important parameters of the FLC can be changed. This includes all parameters that are also available in the visualization editor. In addition, parameters that influence the behavior of the CCF, search space parameters (see Section 1.8.9) and parameters that influence the behavior of the AA can be changed. The AA belonging to the FLC ( 5 ) and the KKF ( 6 ) can be selected from a number of variants using the Property Editor. At least the KKFs from section 1.8.3 and the AA from section 1.8.4 are offered here for selection.
  • 4. The FLC is represented in a set of FLC representations ( 7 ) saved.
  • 5. From the FLC module, various methods of generating sets of FLC and / or FLC signatures can be addressed. These are at least the methods 'thinning out features' ( 11 ) (see Section 1.8.7), 'Cloning signatures' ( 12 ) (see Section 1.8.8), 'Merging Spectrographic Signatures' ( 8th ) (see Section 1.8.10), 'Similarity-based fusion of spectrographic signatures' ( 9 ) (see Section 1.8.11) and 'Inductive programming' (see 10 ) (see section 1.8.12). The results of these methods may be automatically linked to appropriate KKF and AA and stored in a set of representations of FLC representations. There is also the possibility of freely definable external test routines ( 13 ) to run on quantities of FLC.
  • 6. From the FLC module, a set of FLCs to annotate a set of time series data may be selected and the annotation process ( 14 ) using the procedure in section 1.8.4. The resulting annotation facts ( 15 ) are stored in a set of representations of FLC annotations.
  • 7. From the FLC module, you can use the Automatic Extraction ( 16 ) in Section 1.8.9 a lot of FLC annotations ( 15 ) are evaluated from a set of appropriate time series data ( 17 ) to extract a lot of FLC.
  • 8. The FLC module is designed so that from a set of stored FLC annotations a sub can be selected and loaded into main memory. The visualization editor is designed so that the elements of this subset can be displayed in the visualization according to the procedure in Section 1.8.6 if they refer to the sequence visible in the visualization.
  • 9. The FLC module includes an integrated database ( 18 ), which allows access to and management of sets of FLC in the form of records.
  • 10. The FLC module includes an integrated file manager ( 19 ), which allows access to and management of amounts of FLC in the form of files.
  • 11. The FLC module includes an integrated database ( 20 ), which allows access to and management of sets of FLC annotations in the form of records.
  • 12. The FLC module includes an integrated file manager ( 21 ) which allows access to and management of sets of FLC annotations in the form of files.
  • 13. The FLC module is designed so that all individual steps of the manufacturing process can be executed separately and iterated if necessary.
  • 14. The FLC module is designed to select individual FLCs from a set of FLCs ( 7 ) and the FLC Editor ( 3 ) can be loaded.

1.10.4 System zur Herstellung von SLC und SLC-Annotationen1.10.4 System for manufacturing SLC and SLC annotations

In diesem Abschnitt wird die Herstellung von SLC mit Hilfe des SLC-Moduls beschrieben. System und Herstellungsprozess sind in 3.23 schematisch dargestellt.

  • 1. Aus einer Visualisierung (1) wird über einen Initialisierungs-Schritt ein SLC-generiert. Dessen symbolische Signatur (2) ist zunächst noch leer. Zeit- und Frequenzparameter der Visualisierung werden hierbei im Hintergrund gespeichert.
  • 2. Der SLC wird in einem interaktiven grafischen SLC-Editor (3) (siehe auch Abschnitt 1.9.3) dargestellt. Der SLC-Editor (3) ermöglicht den Zugriff auf die Signatur und ihre Manipulation mit Hilfe von einem Mauszeiger und grafischen Bearbeitungswerkzeugen. Hierdurch können Bereiche innerhalb der Signatur ausgewählt und markiert werden. Mit Hilfe der grafischen Werkzeuge ist es möglich, symbolische Elemente der sichtbaren Signatur zu markieren, zu löschen, zu verschieben, Hierarchie-Eigenschaften zu definieren oder andersartige Eigenschaften zu ändern. Die Änderungen werden soweit möglich in dem Property-Editor des Moduls angezeigt.
  • 3. Mit Hilfe eines Property-Editors (4) können die wichtigsten Parameter des SLC verändert werden. Hierzu gehören alle Parameter, welche auch im Visualisierungs-Editor (s.o.) zu Verfügung stehen und solche Parameter, die das Verhalten des AA beeinflussen. Der zum SLC gehörende AA (5) kann mit Hilfe des Property-Editors aus einer Anzahl von Varianten ausgewählt werden. Zumindest der AA aus Abschnitt 1.9.2 wird hier zur Auswahl gestellt.
  • 4. Der SLC wird in einer Menge von SLC-Repräsentationen (6) gespeichert.
  • 5. Von dem SLC-Modul aus können verschiedene Verfahren zur Generierung von Mengen von SLC oder SLC-Signaturen aus gestartet werden. Hierbei handelt es sich zumindest um die Verfahren 'Modellierung symbolischer Signaturen durch Interpretation' (13) (vgl. Abschnitt 1.9.1), 'Verschmelzen symbolischer Signaturen' (10) (vgl. Abschnitt 1.9.5), 'Ähnlichkeitsbasiertes Verschmelzen symbolischer Signaturen' (11) (vgl. Abschnitt 1.9.6) und 'Induktive Programmierung' (12) (vgl. Abschnitt 1.9.7). Die Resultate dieser Verfahren werden ggf. automatisch mit einem geeigneten AA verknüpft und in einer Menge von SLC-Repräsentationen gespeichert. Es besteht auch die Möglichkeit frei definierbare externe Testroutinen (14) auf Mengen von SLC ablaufen zu lassen.
  • 6. Von dem SLC-Modul aus kann eine Menge von SLC zur Annotation einer Menge von Zeitreihen-Daten (15) ausgewählt und der Annotationsprozess (7) mit Hilfe des Verfahrens aus Abschnitt 1.9.2 gestartet werden. Die entstehenden SLC-Annotationen (8) werden in einer Menge von Reräsentationen von SLC-Annotationen gespeichert.
  • 7. Von dem SLC-Modul aus kann mit Hilfe des Verfahrens 'Automatische Extraktion von symbolischen Signaturen' (9) in Abschnitt 1.9.4 eine Menge von FLC-Annotationen ausgewertet werden, um aus einer Menge von geeigneten Zeitreihen-Daten (15) eine Menge von SLC zu extrahieren.
  • 8. Das SLC-Modul ist so gestaltet, dass aus einer Menge von SLC-Annotationen (8) eine Untermenge ausgewählt und in den Hauptspeicher geladen werden kann. Der Visualisierungs-Editor ist so gestaltet, dass die Elemente dieser Untermenge nach dem Verfahren in Abschnitt 1.9.3 in die im Visualisierungs-Editor sichtbare Visualisierung eingeblendet werden können.
  • 9. Das SLC-Modul beinhaltet eine integrierte Datenbank (16), welche den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von SLC in Form von Datensätzen ermöglicht.
  • 10. Das SLC-Modul beinhaltet einen integrierten File-Manager (17), welcher den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von SLC in Form von Dateien ermöglicht.
  • 11. Das SLC-Modul beinhaltet eine integrierte Datenbank (18), welche den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von SLC-Annotationen in Form von Datensätzen ermöglicht.
  • 12. Das SLC-Modul beinhaltet einen integrierten File-Manager (19), welcher den Zugriff auf und die Verwaltung von Mengen von SLC-Annotationen in Form von Dateien ermöglicht.
  • 13. Das SLC-Modul ist so gestaltet, dass alle Einzelschritte des Herstellungsprozesses separat ausgeführt und ggf. iteriert werden können.
  • 14. Das SLC-Modul ist so gestaltet, dass einzelne SLC aus einer Menge von SLC ausgewählt (6) und in den SLC-Editor (3) geladen werden können.
This section describes how to fabricate SLC using the SLC module. System and manufacturing process are in 3.23 shown schematically.
  • 1. From a visualization ( 1 ) an SLC is generated via an initialization step. Its symbolic signature ( 2 ) is initially empty. Time and frequency parameters of the visualization are stored in the background.
  • 2. The SLC is displayed in an interactive graphical SLC editor ( 3 ) (see also section 1.9.3). The SLC editor ( 3 ) provides access to the signature and its manipulation with the help of a mouse pointer and graphical editing tools. As a result, areas within the signature can be selected and marked. With the help of the graphical tools, it is possible to mark, delete or move symbolic elements of the visible signature, to define hierarchy properties or to change other properties. The changes will be displayed as far as possible in the module's Property Editor.
  • 3. Using a property editor ( 4 ) the most important parameters of the SLC can be changed. This includes all parameters that are also available in the visualization editor (see above) and parameters that influence the behavior of the AA. The AA belonging to SLC ( 5 ) can be selected from a number of variants using the Property Editor. At least the AA from section 1.9.2 is here to choose from.
  • 4. The SLC is represented in a set of SLC representations ( 6 ) saved.
  • 5. Different methods of generating sets of SLC or SLC signatures can be started from the SLC module. These are at least the methods 'modeling of symbolic signatures by interpretation' ( 13 ) (see Section 1.9.1), 'Merging symbolic signatures' ( 10 ) (see Section 1.9.5), 'Similarity-based fusion of symbolic signatures' ( 11 ) (see section 1.9.6) and 'inductive programming' (see 12 ) (see section 1.9.7). The results of these procedures may be automatically linked to a suitable AA and stored in a set of SLC representations. There is also the possibility of freely definable external test routines ( 14 ) to run on amounts of SLC.
  • 6. From the SLC module, a set of SLCs for annotating a set of time series data ( 15 ) and the annotation process ( 7 ) are started using the procedure in section 1.9.2. The resulting SLC annotations ( 8th ) are stored in a set of re-presentations of SLC annotations.
  • 7. From the SLC module, the method 'Automatic extraction of symbolic signatures' ( 9 ) in Section 1.9.4, a set of FLC annotations are evaluated to obtain from a set of appropriate time series data ( 15 ) extract a lot of SLC.
  • 8. The SLC module is designed to handle a set of SLC annotations ( 8th ) a subset can be selected and loaded into main memory. The visualization editor is designed so that the elements of this subset can be displayed in the visualization visible in the visualization editor using the procedure in Section 1.9.3.
  • 9. The SLC module includes an integrated database ( 16 ), which allows access to and management of sets of SLC in the form of records.
  • 10. The SLC module includes an integrated file manager ( 17 ), which allows access to and management of sets of SLC in the form of files.
  • 11. The SLC module includes an integrated database ( 18 ), which gives access to and administration of sets of SLC annotations in the form of records.
  • 12. The SLC module includes an integrated file manager ( 19 ), which allows access to and management of sets of SLC annotations in the form of files.
  • 13. The SLC module is designed so that all individual steps of the manufacturing process can be executed separately and iterated if necessary.
  • 14. The SLC module is designed to select individual SLCs from a set of SLCs ( 6 ) and in the SLC editor ( 3 ) can be loaded.

1.10.5 Benutzerschnittstellen1.10.5 User Interfaces

In den 3.24-3.31 sind Beispiele für die Benutzerschnittstellen der drei Module in unterschiedlichen Stadien des Herstellungsprozesses abgebildet. Links im Bild ist entweder der Dateimanager oder der Property-Editor des jeweiligen Moduls zu sehen. Im Zentrum ist der interaktive grafische Editor für die jeweiligen Objekte zu sehen. Über eine Taskbar im oberen Bereich werden die verschiedenen Modellierungswerkzeuge angesteuert.In the 3.24 - 3.31 Examples of the user interfaces of the three modules are shown at different stages of the manufacturing process. On the left side of the picture either the file manager or the property editor of the respective module can be seen. In the center you can see the interactive graphical editor for the respective objects. A task bar in the upper area controls the various modeling tools.

3.24 zeigt das Interface des Visualisierungs-Moduls. Im Editor ist die spektrographische Visualisierung einer Strophe der Alpenbraunelle zu sehen. Eine Silbe der Strophe ist ausgewählt und wird invertiert dargestellt. 3.24 shows the interface of the visualization module. The editor shows the spectrographic visualization of a stanza of the Alpenbraunelle. One syllable of the stanza is selected and displayed inverted.

3.25 zeigt das Interface des Visualisierungs-Moduls. Im Editor ist die oszillographische Visualisierung einer Strophe der Alpenbraunelle zu sehen. Eine Silbe der Strophe ist ausgewählt und wird invertiert dargestellt. 3.25 shows the interface of the visualization module. The editor shows the oscillographic visualization of a stanza of the alpine brown cell. One syllable of the stanza is selected and displayed inverted.

3.26 zeigt das Interface des FLC-Moduls. Im Editor ist eine spektrographische Signatur nach dem Initialisierungsschritt zu sehen. Als Schablone fungierte hier die Visualisierung in 3.25. 3.26 shows the interface of the FLC module. The editor shows a spectrographic signature after the initialization step. As a template here was the visualization in 3.25 ,

3.27 zeigt das Interface des FLC-Moduls. Im Editor ist eine fertige spektrographische Signatur zu sehen. 3.27 shows the interface of the FLC module. The editor shows a finished spectrographic signature.

3.28 zeigt das Interface des Visualisierungs-Moduls. Im Visualisierungs-Editor sind zwei FLC-Annotationen in die spektrographische Visualisierung einer Strophe der Alpenbraunelle eingeblendet. Die FLC-Annotationen und der KKF-Graph unterhalb des Editors wurden von dem FLC in 3.28 shows the interface of the visualization module. In the visualization editor two FLC annotations are shown in the spectrographic visualization of a stanza of the Alpenbraunelle. The FLC annotations and the KKF graph below the editor were used by the FLC in

3.27 über der im Visualisierungs-Editor sichtbaren Audiosequenz generiert. 3.27 generated via the audio sequence visible in the visualization editor.

3.29 zeigt das Interface des SLC-Moduls. Im Editor ist eine symbolische Signatur nach dem Initialisierungsschritt zu sehen. Als Schablone fungierte hier die Visualisierung in 3.25. 3.29 shows the interface of the SLC module. The editor shows a symbolic signature after the initialization step. As a template here was the visualization in 3.25 ,

3.30 zeigt das Interface des SLC-Moduls. Im Editor ist eine fertige symbolische Signatur zu sehen. Sie wurde nach dem Verfahren 'Modellierung symbolischer Signaturen durch Interpretation' (vgl. Abschnitt 1.9.1) generiert. Sie modelliert die Strophe der Alpenbraunelle in 3.25. 3.30 shows the interface of the SLC module. The editor shows a finished symbolic signature. It was generated by the method 'Modeling symbolic signatures through interpretation' (see section 1.9.1). She models the stanza of Alpenbraunelle in 3.25 ,

3.31 zeigt das Interface des Visualisierungs-Moduls. Im Visualisierungs-Editor sind zwei SLC-Annotationen in die spektrographische Visualisierung mehrerer aufeinanderfolgender Strophen der Alpenbraunelle eingeblendet. Die SLC-Annotationen wurden von dem SLC in 3.30 über der im Visualisierungs-Editor sichtbaren Audiosequenz generiert. 3.31 shows the interface of the visualization module. In the visualization editor, two SLC annotations are shown in the spectrographic visualization of several successive stanzas of the Alpine brown cell. The SLC annotations were performed by the SLC in 3.30 generated via the audio sequence visible in the visualization editor.

1.11 Weitere Verwendungsarten1.11 Further Usages

Viele der oben beschriebenen Einzelverfahren basieren auf spektrographischen Signaturen, welche ihrerseits auf der DFT bzw. der FFT basieren. Die Verfahren können auch Signaturen verwenden, die auf anderen Transformationen basieren, so auf zweidimensionalen oder dreidimensionalen Zeit-Frequenz- oder Zeit-Energie-Darstellungen. Diese können unter Zuhilfenahme der Wigner-Ville-Transformation, der Choi-Williams-Transformation, der Cone-Shaped-Transformation, der Gabor-Transformation, der diskreten Cosinus-Transformation oder der Klasse der Wavelet-Transformationen beruhen. Die beschriebenen Verfahren, insbesondere die SLC-Modellierungsverfahren, sowie ihre Konstituenten müssen hierzu nur unwesentlich angepasst werden.Lots The individual methods described above are based on spectrographic Signatures, which in turn are based on the DFT or the FFT. The procedures can also use signatures based on other transformations, so on two-dimensional or three-dimensional time-frequency or time-energy representations. these can with the aid of the Wigner-Ville transformation, the Choi-Williams transformation, the cone-shaped transformation, the Gabor transformation, the discrete one Cosine transformation or the class of wavelet transformations based. The described methods, in particular the SLC modeling methods, as well as their constituents must be adjusted only slightly.

Das beschriebene Verfahren und seine Konstituenten müssen nicht notwendigerweise auf PCM-kodierten Zeitreihen basieren. Andere Formen der Kodierung der Zeitreihen-Daten sind gleichfalls verwendbar.The described method and its constituents do not necessarily have to PCM-ko based on time series. Other forms of encoding the time series data are also usable.

Anwendungen ergeben sich praktisch in allen Gebieten der Zeitreihenanalyse. Insbesondere ist das System und Verfahren immer dann besonders nützlich, wenn Klassifikatoren für Muster in Zeitreihen unter Zuhilfenahme von Expertenwissen modelliert werden sollen.applications result in virtually all areas of time series analysis. In particular, the system and method is always particularly useful if classifiers for Patterns modeled in time series with the help of expert knowledge should be.

Mögliche Anwendungsgebiete liegen in folgenden Bereichen: Sprachverarbeitung, Bioakustik, Medizintechnik (EKG, EEG, Hirnströme), Erdbebenforschung, Aktienhandel, Fehlerdiagnose und Qualitätssicherunng im Maschinenbau, Klassifikation von Radar- und Echolokationssignalen (Sonarsignalen), Klassifikation von akustischen und elektromagnetischen Signalen, Musikdatenverarbeitung, verschiedene angewandte Wissenschaften.Possible applications lie in the following areas: language processing, bioacoustics, medical technology (ECG, EEG, brain waves), Earthquake research, stock trading, error diagnosis and quality assurance in mechanical engineering, classification of radar and echolocation signals (Sonar signals), classification of acoustic and electromagnetic Signals, music data processing, various applied sciences.

1.12 Wirtschaftlichkeit1.12 economy

Die Erfindung kann wesentlich dazu beitragen, die Kosten bei der Entwicklung von Signal-Klassifikatoren zu senken: Diese Aufgabe kann, unter Verwendung der Erfindung, auch von Personen vorgenommen werden, die über keine oder nur geringe Fachkenntnisse im Informatik- bzw. Ingenieurbereich verfügen.The Invention can greatly contribute to the cost of development Lowering Signal Classifiers: This task can, under Use of the invention, also be made by persons the above no or only limited knowledge in computer science and engineering feature.

Die Erfindung kann wesentlich dazu beitragen, die Qualität von Signal-Klassifikatoren zu verbessern: Die Entwicklung von Signal-Klassifikatoren kann, unter Verwendung der Erfindung, auch von Experten aus dem Bereich vorgenommen werden, für den die Klassifikatoren hergestellt werden sollen. So können z.B. Signal-Klassifikatoren für medizinische Zwecke von Medizinern hergestellt, modifiziert und getestet werden. Im Bereich der Bioakustik können Signal-Klassifikatoren von Biologen selbst hergestellt, modifiziert und getestet werden. Im Bereich der Sprachverarbeitung können Signal-Klassifikatoren von Linguisten bzw. Phonetikern selbst hergestellt, modifiziert und getestet werden. Für die übrigen genannten Anwendungsfelder gilt dies gleichermaßen.The Invention can significantly contribute to the quality of signal classifiers too Improve: The development of signal classifiers can, under Use of the invention, also made by experts in the field be, for the classifiers are to be produced. Thus, e.g. Signal classifiers for medical purposes produced, modified and modified by medical professionals be tested. In the field of bioacoustics can signal classifiers by biologists themselves, modified and tested. In the field of speech processing can signal classifiers made by linguists or phonetics themselves, modified and be tested. For the remaining this applies equally.

AbkürzungenAbbreviations

  • KDDKDD
    Knowledge Discovery in DatabasesKnowledge Discovery in databases
    KDSEKDSE
    Knowledge Discovery Support EnvironmentKnowledge Discovery Support Environment
    FLCFLC
    First-Level-Klassifikator(en)First-level classifier (s)
    SLCSLC
    Second-Level-Klassifikator(en)Second-level classifier (s)
    AAAA
    Annotations-AlgorithmusAnnotations algorithm
    KKFKKF
    Klassen-Korrelation-FunktionClass correlation function
    SSDMSSDM
    Symbolic-Similarity-Driven-MergeSymbolic-Similarity-Driven Merge
    FLCDFLCD
    First-Level-Classifier-DiscoveryFirst-level classifier Discovery
    SLCDSLCD
    Second-Level-Classifier-DiscoverySecond-level classifier Discovery

Claims (54)

Vorrichtung (3.20) zur Herstellung und Anwendung von Signal-Klassifikatoren, die sich zur maschinellen Klassifikation- bzw. Annotation (3.1) von Zeitreihen-Signalen (z.B. Audiosignalen) eignen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (3.20-1, 3.21, im Folgenden 'Visualisierungs-Modul') zur Herstellung von visualisierbaren Repräsentationen transformierter Zeitreihendaten (Visualisierungs-Repräsentationen) und visualisierbaren Repräsentationen von Klassifikationsentscheidungen bzw. Annotationsfakten von Signal-Klassifikatoren, eine Einrichtung (3.20-2, 3.22, im Folgenden FLC-Modul) zur Herstellung von visualisierbaren Repräsentationen von subsymbolischen-Signaturen – (FLC-Signaturen) und Repräsentationen von First-Level-Klassifikatoren (FLC) sowie zur Klassifikation bzw. Annotation von Zeitreihendaten mit Hilfe von FLC und eine Einrichtung (3.20-3, 3.23, im Folgenden SLC-Modul) zur Herstellung von visualisierbaren Repräsentationen von symbolischen-Signaturen (SLC-Signaturen) und Repräsentationen von Second-Level-Klassifikatoren (SLC) sowie zur Klassifikation bzw. Annotation von Zeitreihendaten mit Hilfe von SLC, wobei die drei Einrichtungen ausgebildet sind, um die Herstellung- und Anwendung von Signal-Klassifikatoren im Rahmen modifizierter KDD-Prozesse (3.2, 3.3) auszuführen.Contraption ( 3.20 ) for the production and use of signal classifiers which are suitable for machine classification or annotation ( 3.1 ) of time series signals (eg audio signals), characterized by a device ( 3.20 -1, 3.21 , in the following 'visualization module') for producing visualizable representations of transformed time-series data (visualization representations) and visualizable representations of classification decisions or annotation facts of signal classifiers, a device ( 3.20 -2, 3.22 , in the following FLC module) for the production of visualizable representations of subsymbolic signatures (FLC signatures) and representations of first-level classifiers (FLC) as well as for the classification or annotation of time-series data with the aid of FLC and a device ( 3.20 -3, 3.23 in the following SLC module) for the production of visualizable representations of symbolic signatures (SLC signatures) and representations of second-level classifiers (SLC) as well as for the classification or annotation of time-series data with the aid of SLC, wherein the three devices are formed the production and application of signal classifiers in modified KDD processes ( 3.2 . 3.3 ). Vorrichtung nach Anspruch 1., wobei das Visualisierungsmodul (3.20-1, 3.21) ausgebildet ist, um Zeitreihendaten (3.21-1) in Zeit-Frequenz- oder Zeit-Energie-Darstellungen (3.21-2) zu transformieren, aus diesen mit Hilfe einer interaktiv-grafischen Benutzerschnittstelle (3.21-3, 4, 8, 9) Mengen von Visualisierungs-Repräsentationen (3.21-10) zu extrahieren, die zur Initialisierung von Klassifikator-Signaturen (3.22-1, 2; 3.23-1, 2) verwendet werden und um Darstellungen von Annotationsfakten (3.21-5, 6) in Visualisierungs-Repräsentationen zu projizieren (3.21-8) sowie visualisierbare Graphen (3.21-9) von Klassen-Korrelations-Funktionen (KKF) (3.21-7) zu berechnen.Device according to claim 1, wherein the visualization module ( 3.20 -1, 3.21 ) is designed to provide time series data ( 3.21 -1) in time-frequency or time-energy representations ( 3.21 -2), from these using an interactive graphical user interface ( 3.21 -3, 4, 8, 9) sets of visualization representations ( 3.21 -10) used to initialize classifier signatures ( 3.22 -1, 2; 3.23 -1, 2) are used and representations of annotation facts ( 3.21 -5, 6) in visualization representations ( 3.21 -8) as well as visualizable graphs ( 3.21 -9) of class correlation functions (KKF) ( 3.21 -7). Vorrichtung nach Anspruch 1., wobei das FLC-Modul (3.20-2, 3.22) ausgebildet ist, um aus Visualisierungs-Repräsentationen (3.21-10, 3.22- 1) initiale Repräsentationen von FLC-Signaturen (3.22-2) zu extrahieren, Repräsentationen von FLC herzustellen (3.22-3, 7, 8, 9, 10, 12, 13), zu verändern (3.22-3, 4, 11), zu verwalten (3.22-7, 18, 19), Testroutinen zu unterziehen (3.22-13), Konstituenten von Repräsentationen von FLC auszuwechseln (3.22-4, 5, 6), Zeitreihendaten mit Hilfe von Repräsentationen von FLC zu klassifizieren (3.22-14), Repräsentationen von FLC-Annotationen (3.22-15) herzustellen, zu verwalten (3.22-15, 20, 21), und aus Repräsentationen von FLC-Annotationen (3.22-15) und Zeitreihendaten (3.22-17) Repräsentationen von FLC (3.22-7) automatisch zu extrahieren.Apparatus according to claim 1, wherein the FLC module ( 3.20 -2, 3.22 ) is designed to work from visualization representations ( 3.2 1-10, 3.22 1) initial representations of FLC signatures ( 3.22 -2) to extract representations of FLC ( 3.22 -3, 7, 8, 9, 10, 12, 13), to change ( 3.22 -3, 4, 11), to manage ( 3.22 -7, 18, 19), to undergo test routines ( 3.22 -13) to replace constituents of representations of FLC ( 3.22 -4, 5, 6) to classify time series data using representations of FLC ( 3.22 -14), representations of FLC annotations ( 3.22 -15), manage ( 3.22 -15, 20, 21), and representations of FLC annotations ( 3.22 -15) and time series data ( 3.22 -17) Representations of FLC ( 3.22 -7) to extract automatically. Vorrichtung nach Anspruch 1., wobei das SLC-Modul (3.20-3, 3.23) ausgebildet ist, um aus Visualisierungs-Repräsentationen (3.21-10, 3.23-1) initiale Repräsentationen von SLC-Signaturen (3.23-2) zu extrahieren, Repräsentationen von SLC herzustellen (3.23-3, 4, 5, 6, 10, 11, 12, 13), zu verändern (3.23-3, 4), zu verwalten (3.23-6, 16, 17), Testroutinen zu unterziehen (3.23-14), Konstituenten von Repräsentationen von SLC auszuwechseln (3.23-4,5), Zeitreihendaten mit Hilfe von Repräsentationen von SLC zu klassifizieren (3.23-7), Repräsentationen von SLC-Annotationen (3.23-8) herzustellen, zu verwalten (3.23-8, 18, 19), und aus Repräsentationen von SLC-Annotationen (3.23-8) und Zeitreihendaten (3.23-15) Repräsentationen von SLC (3.23-6) automatisch zu extrahieren.Apparatus according to claim 1, wherein the SLC module ( 3.20 -3, 3.23 ) is designed to work from visualization representations ( 3.21 -10, 3.23 -1) initial representations of SLC signatures ( 3.23 -2) to extract representations of SLC ( 3.23 -3, 4, 5, 6, 10, 11, 12, 13), to change ( 3.23 -3, 4), to manage ( 3.23 -6, 16, 17), to undergo test routines ( 3.23 -14) to replace constituents of representations of SLC ( 3.23 -4,5) to classify time series data using representations of SLC ( 3.23 -7), representations of SLC annotations ( 3.23 -8) to manage, manage ( 3.23 -8, 18, 19), and representations of SLC annotations ( 3.23 -8) and time series data ( 3.23 -15) Representations of SLC ( 3.23 -6) to extract automatically. Vorrichtung nach Anspruch 1., wobei der Datenaustausch zwischen den drei Modulen über den Zugriff auf ein gemeinsam genutztes Dateisystem, Datenbanksystem oder Netzwerk erfolgt.Apparatus according to claim 1, wherein the data exchange between the three modules over access to a shared file system, database system or network. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei die Herstellung von Visualisierungs-Repräsentationen (3.21-10) erfolgt, indem ein Benutzer mit Hilfe einer interaktiv grafischen Benutzerschnittstelle (im Folgenden Visualisierungs-Editor, 3.21-3) Zeit- und Frequenzauschnitte, gültige Transformationsverfahren, Parameter und Farbkodierungen mit Steuerelementen auswählt, festlegt und anschließend die Berechnung der Repräsentationen auslöst.Apparatus according to claim 2, wherein the production of visualization representations ( 3.21 -10) is performed by a user using an interactive graphical user interface (hereinafter visualization editor, 3.21 -3) selects and sets time and frequency parses, valid transformation methods, parameters and color codings with controls, and then triggers the computation of the representations. Vorrichtung nach Anspruch 2., die ausgebildet ist, um DFT-basierte, Wavelet-basierte oder andere Zeit-Frequenz-Darstellungen sowie lineare oder logarithmische Zeit-Energie-Darstellungen von Zeitreihendaten zu berechnen, zu speichern und mit Hilfe einer Anzeigevorrichtung sichtbar zu machen, indem diese die Repräsentationen der transformierten Zeitreihendaten in Grafikobjekte (z.B. Bitmap-Objekte) umwandelt, an die Größe der Anzeigefläche anpasst und in den Bildspeicher der Anzeigevorrichtung lädt.Apparatus according to claim 2, which is designed DFT-based, wavelet-based or other time-frequency representations as well as linear or logarithmic time-energy representations of Time series data to calculate, store and with the help of a display device making them visible by transforming the representations of the transformed ones Converts time series data into graphic objects (e.g., bitmap objects), adapts to the size of the display area and load into the image memory of the display device. Vorrichtung nach Anspruch 2., die ausgebildet ist, um die Herstellung von Visualisierungs-Repräsentationen (3.21-10) durch Buttons oder Tasten zu steuern, indem durch Anklicken von Buttons oder Drücken von Tasten Zeit- und/oder Frequenz-Parameter der Repräsentationen verändert werden und diese anschließend mit den so veränderten Parametern neu berechnet wird.Apparatus according to claim 2, which is adapted to facilitate the production of visualization representations ( 3.21 -10) can be controlled by buttons or buttons by clicking on buttons or pressing buttons to change the time and / or frequency parameters of the representations and then recalculate them with the parameters changed in this way. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei Bereiche einer im Visualisierungs-Editor (3.21-3) sichtbaren Repräsentation markiert werden, indem grö ßenvariable Rechteckdarstellungen, Polygondarstellungen oder Ellipsendarstellungen mit Hilfe von Tasten oder durch Ziehen mit einer Maus an gewünschte Stellen der grafischen Darstellung bewegt werden und aus ihrer Größe und Position Markierungsparameter errechnet werden, die sich auf die der grafischen Darstellung zugrundeliegende Daten beziehen.Apparatus according to claim 2, wherein areas of a visualization editor ( 3.21 3) visible representation can be marked by moving variable-size rectangle representations, polygonal representations or elliptic representations to desired locations in the graph using keys or dragging with a mouse and calculating marker parameters related to those of the graphic Refer to the representation of underlying data. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei Visualisierungs-Repräsentationen (3.21-10) als Dateien oder Datensätze abgespeichert und durch durch Anklicken entsprechender Icons oder Tabellenfelder im Visualisierungs-Editor (3.21-3) sichtbar gemacht werden.Apparatus according to claim 2, wherein visualization representations ( 3.21 -10) as files or data records and by clicking on corresponding icons or table fields in the visualization editor ( 3.21 -3) are made visible. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei Parametersätze, die zur Herstellung von Visualisierungs-Repräsentationen hinreichend sind, als Dateien oder Datensätze abgespeichert und die ihnen zugrunde liegenden Repräsentationen automatisch neu generiert und in dem Visualisierungs-Editor (3.21-3) sichtbar gemacht werden.Apparatus according to claim 2, wherein parameter sets which are sufficient for producing visualization representations are stored as files or data records and the representations on which they are based are automatically regenerated and stored in the visualization editor ( 3.21 -3) are made visible. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei Visualisierungs-Parameter, zur Herstellung einer Visualisierung gültige Transformationen und Farbpaletten einer aktuell im Editor (3.21-3) sichtbaren Repräsentation verändert werden, indem die ihnen korrespondierenden Variablen mit Hilfe eines Eigenschaftseditors oder eines Auswahlsteuerelements modifiziert werden.Apparatus according to claim 2, wherein visualization parameters, for the production of a visualization, valid transformations and color palettes of a currently in the editor ( 3.21 -3) visible representation can be changed by the corresponding variables using a property editor or a Selection control to be modified. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei Repräsentationen von berechneten KKF (3.22-6) und ihrer Konstituenten (3.5) innerhalb der Benutzerschnittstelle des Visualisierungs-Moduls (3.20-1) angezeigt werden und die Zeitachse der KKF-Darstellung mit der Zeitachse der aktuell sichtbaren Visualisierung synchronisiert wird.Apparatus according to claim 2, wherein representations of calculated KKF ( 3.22 -6) and their constituents ( 3.5 ) within the user interface of the visualization module ( 3.20 -1) and the time axis of the KKF display is synchronized with the time axis of the currently visible visualization. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei FLC- und SLC-Annotationsfakten in grafische Repräsentationen umgewandelt und auf Visualisierungen von Zeitreihendaten abgebildet werden, wenn sie auf den im Visualisierungs-Editor (3.21-3) sichtbaren Ausschnitt einer Zeitreihe referieren.Apparatus according to claim 2, wherein FLC and SLC annotation facts are converted into graphical representations and mapped to visualizations of time series data when applied to the visualization editor ( 3.21 -3) refer to the visible section of a time series. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei im Visualisierungs-Editor sichtbare Visualisierungs-Repräsentationen zur Initialisierung von FLC-Signaturen benutzt werden, indem die ihnen zugrunde liegende Datenmenge als initiale Schablone für eine neue FLC-Signatur verwendet wird.Apparatus according to claim 2, wherein in the visualization editor visible visualization representations to initialize FLC signatures by using the their underlying dataset as an initial template for a new one FLC signature is used. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei im Visualisierungs-Editor markierte Bereiche von Visualisierungs-Repräsentationen zur Initialisierung von FLC-Signaturen benutzt werden, indem nur diejenigen Datenpunkte der zugrunde liegenden Datenmenge, die innerhalb eines markierten Bereiches liegen, zur Generierung einer initialen Schablone für eine neue FLC-Signatur verwendet werden.Apparatus according to claim 2, wherein in the visualization editor marked areas of visualization representations for initialization of FLC signatures are used by only those data points the underlying dataset that is within a marked Range to generate an initial template for a new one FLC signature used become. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei im Visualisierungs-Editor sichtbare Visualisierungs-Repräsentationen zur Initialisierung von SLC benutzt werden, indem die ihnen zugrunde liegenden Zeit- und/oder Frequenzparameter zur Herstellung einer initialen Schablone für eine neue SLC-Repräsentation verwendet werden.Apparatus according to claim 2, wherein in the visualization editor visible visualization representations used to initialize SLC by using them lying time and / or frequency parameters for producing a initial template for a new SLC representation be used. Vorrichtung nach Anspruch 3., wobei die Herstellung von FLC-Repräsentationen (3.22-7) erfolgt, indem ein Benutzer mit Hilfe einer interaktiv grafischen Benutzerschnittstelle (im Folgenden FLC-Editor, 3.22-3) Zeit- und Frequenzauschnitte, Parameter, Datenpunkte, Schwellwerte und Farbkodierungen mit Steuerelementen auswählt bzw. festlegt und hierdurch relevante Eigenschaften eines FLC definiert.Apparatus according to claim 3, wherein the production of FLC representations ( 3.22 -7) is performed by a user using an interactive graphical user interface (hereinafter FLC Editor, 3.22 -3) Selects or sets time and frequency fields, parameters, data points, thresholds, and color codes with controls, thereby defining relevant characteristics of an FLC. Vorrichtung nach Anspruch 3., wobei Repräsentationen von FLC-Signaturen im FLC-Editor sichtbar gemacht werden, indem sie in Grafikobjekte (z.B. Bitmap-Objekte) umgewandelt, an die Größe der Anzeigefläche angepasst und in den Bildspeicher einer Anzeigevorrichtung geladen werden.Apparatus according to claim 3, wherein representations FLC signatures are made visible in the FLC editor by converted into graphic objects (e.g., bitmap objects) adapted to the size of the display area and loaded into the image memory of a display device. Vorrichtung nach Anspruch 2., wobei Bereiche einer im FLC-Editor (3.22-3) sichtbaren Signatur markiert werden, indem größenvariable Rechteckdarstellungen, Polygondarstellungen oder Ellipsendarstellungen mit Hilfe von Tasten oder durch Ziehen mit einer Maus an gewünschte Stellen der grafischen Darstellung bewegt werden und aus ihrer Größe und Position Markierungsparameter errechnet werden, die sich auf die der grafischen Darstellung zugrundeliegende Daten beziehen.Apparatus according to claim 2, wherein areas of a FLC editor ( 3.22 3) can be marked by moving variable-size rectangle representations, polygonal representations or elliptic representations to desired locations in the graph using keys or by dragging with a mouse and calculating marker parameters related to that of the graph from their size and position refer to underlying data. Vorrichtung nach Anspruch 3., wobei im FLC-Editor mit Hilfe von mausgesteuerten Ereignissen einzelne Datenpunkte einer aktuell sichtbaren Signatur markiert, gelöscht, transformiert, kopiert und verwischt werden.Apparatus according to claim 3, wherein in the FLC editor with the aid of mouse-controlled events, individual data points of one currently visible signature, deleted, transformed, copied and blurred. Vorrichtung nach Anspruch 3., wobei im FLC-Editor markierte Bereiche einer aktuell sichtbaren Signatur als Maske für Datenfilter dienen, indem durch den Filter nur diejenigen Bereiche der zugrundeliegenden Signatur verändert werden, die innerhalb der markierten Bereiche liegen.Apparatus according to claim 3, wherein in the FLC editor Marked areas of a currently visible signature as a mask for data filters serve by passing through the filter only those areas of the underlying signature changed which lie within the marked areas. Vorrichtung nach Anspruch 3., die so ausgebildet ist, dass für im Visualisierungs-Editor (3.21-3) sichtbare transformierte Zeitreihendaten und im FLC-Editor sichtbare FLC die KKF und Annotationsentscheidungen in Echtzeit berechnet werden.Apparatus according to claim 3, which is designed so that in the visualization editor ( 3.21 -3) visible transformed time series data and FLC visible in the FLC editor the KKF and annotation decisions are calculated in real time. Vorrichtung nach Anspruch 3., wobei Visualisierungs-Parameter, KKF-spezifische Parameter, Suchraum-Parameter und Parameter des Annotationsalgorithmus eines aktuell im FLC-Editor (3.22-3) sichtbaren FLC verändert werden, indem die korrespondierenden Variablen mit Hilfe eines Eigenschaftseditors modifiziert werden.Apparatus according to claim 3, wherein visualization parameters, KKF-specific parameters, search space parameters and parameters of the annotation algorithm of a current FLC editor ( 3.22 -3) visible FLC can be modified by modifying the corresponding variables using a property editor. Vorrichtung nach Anspruch 3., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion und Verlinkung von Implementationen von Annotationsalgorithmen (3.22-5), Implementationen von KKF (3.22-6) und Repräsentationen von FLC-Signaturen zum Zwecke der Herstellung kompletter FLC sowie zu deren dauerhaften Speicherung auf einem Datenträger.Device according to Claim 3, characterized by a device for selecting and linking implementations of annotation algorithms ( 3.22 -5), implementations of KKF ( 3.22 -6) and representations of FLC signatures for the purpose of producing complete FLC and for their permanent storage on a data medium. Vorrichtung nach Anspruch 3., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Untermenge von FLC-Repräsentationen aus einem Pool von FLC-Repräsentationen (3.22-7) und durch eine Vorrichtung zur Selektion und zum Start eines Verfahrens zur Modifikation oder Extension dieser Untermenge mit Hilfe eines elementaren Verfahrens (3.22-8, 9, 10, 11, 12 oder andere), welches eine Menge von FLC-Repräsentationen als Input benötigt und als Output eine Menge von FLC-Repräsentationen oder Repräsentationen von FLC-Signaturen generiert.Apparatus according to claim 3, characterized by means for selecting a subset of FLC representations from a pool of FLC representations ( 3.22 7) and by a device for selecting and starting a method for modifying or extending this subset by means of an elementary method ( 3.22 -8, 9, 10, 11, 12 or others), which requires a set of FLC representations as input and generates as output a set of FLC representations or representations of FLC signatures. Vorrichtung nach Anspruch 3., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Untermenge von FLC-Repräsentationen aus einem Pool von FLC-Repräsentationen (3.22-7) und durch eine Vorrichtung zur Selektion und zum Start eines Testverfahrens (3.22-13) für FLC, welches eine Menge von FLC-Repräsentationen als Input benötigt und als Output eine Menge von testspezifischen Daten generiert.Apparatus according to claim 3, characterized by means for selecting a subset of FLC representations from a pool of FLC representations ( 3.22 7) and by a device for selecting and starting a test procedure ( 3.22 -13) for FLC, which requires a set of FLC representations as input and generates as output a set of test-specific data. Vorrichtung nach Anspruch 3., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Untermenge von FLC-Repräsentationen aus einem Pool von FLC-Repräsentationen (3.22-7) und durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Menge von Zeitreihendaten (3.22-17) sowie zum Start eines Verfahrens zur maschinellen Annotation (3.22-14) der Zeitreihendaten mit Hilfe der Untermenge von FLC-Repräsentationen, so dass eine Menge von FLC-Annotationen maschinell generiert und auf einem Datenträger gespeichert wird (3.22-15).Apparatus according to claim 3, characterized by means for selecting a subset of FLC representations from a pool of FLC representations ( 3.22 7) and by a device for selecting a set of time series data ( 3.22 -17) as well as the start of a method for machine annotation ( 3.22 -14) of the time-series data using the subset of FLC representations so that a set of FLC annotations is automatically generated and stored on a data carrier ( 3.22 -15). Vorrichtung nach Anspruch 3., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Untermenge von FLC-Repräsentationen aus einem Pool von FLC-Repräsentationen (3.22-7) und durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Menge von FLC-Annotationen (3.22-15) sowie zum Start eines Verfahrens zur automatischen Extraktion (3.22-16) von FLC-Signaturen oder FLC-Repräsentationen aus Annotationen und Zeitreihendaten.Apparatus according to claim 3, characterized by means for selecting a subset of FLC representations from a pool of FLC representations ( 3.22 7) and by a device for selecting a set of FLC annotations ( 3.22 -15) and to start an automatic extraction procedure ( 3.22 -16) of FLC signatures or FLC representations from annotations and time series data. Vorrichtung nach Anspruch 3., wobei der Zugriff auf Mengen von FLC-Repräsentationen (3.22-7) durch eine Datenbank (3.22-18) oder durch einen File-Manager (3.22-19) erfolgt.Apparatus according to claim 3, wherein accessing sets of FLC representations ( 3.22 -7) through a database ( 3.22 -18) or through a file manager ( 3.22 -19). Vorrichtung nach Anspruch 3., wobei der Zugriff auf Mengen von FLC-Annotationen (3.22-15) durch eine Datenbank (3.22-20) oder durch einen File-Manager (3.22-21) erfolgt.Apparatus according to claim 3, wherein accessing sets of FLC annotations ( 3.22 -15) through a database ( 3.22 -20) or through a file manager ( 3.22 -21). Vorrichtung nach Anspruch 4., wobei die Herstellung von SLC-Repräsentationen (3.23-6) erfolgt, indem ein Benutzer mit Hilfe einer interaktiv grafischen Benutzerschnittstelle (im Folgenden SLC-Editor, 3.23-3) Zeit- und Frequenzauschnitte, Parameter, symbolische Elemente, Schwellwerte und Farbkodierungen mit Steuerelementen auswählt, festlegt und hierdurch relevante Eigenschaften eines SLC definiert.Apparatus according to claim 4, wherein the production of SLC representations ( 3.23 -6) is performed by a user using an interactive graphical user interface (hereinafter SLC editor, 3.23 -3) selects and sets time and frequency excerpts, parameters, symbolic elements, threshold values and color codes with controls, thereby defining relevant properties of an SLC. Vorrichtung nach Anspruch 4., wobei Repräsentationen von SLC-Signaturen im SLC-Editor sichtbar gemacht werden, indem sie in Grafikobjekte (z.B. Bitmap-Objekte) umgewandelt, an die Größe der Anzeigefläche angepasst und in den Bildspeicher einer Anzeigevorrichtung geladen werden.Apparatus according to claim 4, wherein representations SLC signatures are made visible in the SLC editor by converted into graphic objects (e.g., bitmap objects) adapted to the size of the display area and loaded into the image memory of a display device. Vorrichtung nach Anspruch 4., wobei Bereiche einer im SLC-Editor (3.23-3) sichtbaren Repräsentation markiert werden, indem größenvariable Rechteckdarstellungen, Polygondarstellungen oder Ellipsendarstellungen mit Hilfe von Tasten oder durch Ziehen mit einer Maus an gewünschte Stellen der grafischen Darstellung bewegt werden und aus ihrer Größe und Position Markierungsparameter errechnet werden, die sich auf die der grafischen Darstellung zugrunde liegende Daten beziehen.Apparatus according to claim 4, wherein areas of a SLC editor ( 3.23 -3) visible representation by moving variable-size rectangle representations, polygonal representations or elliptic representations to desired locations on the graph using keys or by dragging with a mouse and from their size and position marking parameters are calculated which are those of the graph underlying data. Vorrichtung nach Anspruch 4., wobei im SLC-Editor mit Hilfe von mausgesteuerten Ereignissen einzelne symbolische Elemente einer aktuell sichtbaren Signatur markiert, gelöscht und kopiert werden.Apparatus according to claim 4, wherein in the SLC editor with the aid of mouse-controlled events individual symbolic elements a currently visible signature is marked, deleted and copied. Vorrichtung nach Anspruch 4., wobei im SLC-Editor markierte Bereiche einer aktuell sichtbaren Signatur als Maske für Datenfilter dienen, indem durch den Filter nur diejenigen Bereiche der zugrunde liegenden Signatur verändert werden, die den markierten Bereichen entsprechen.Apparatus according to claim 4, wherein in the SLC editor Marked areas of a currently visible signature as a mask for data filters Serve by filtering only those areas of the underlying changed signature which correspond to the marked areas. Vorrichtung nach Anspruch 4., die so ausgebildet ist, dass für im Visualisierungs-Editor (3.21-3) sichtbare transformierte Zeitreihendaten und im SLC-Editor sichtbare SLC Annotationsentscheidungen in Echtzeit berechnet werden.Apparatus according to claim 4, which is designed so that in the visualization editor ( 3.21 -3) visible transformed time series data and SLC annotation decisions visible in the SLC editor are calculated in real time. Vorrichtung nach Anspruch 4., wobei Visualisierungs-Parameter, Suchraum-Parameter, Hierarchie-Parameter, logische Operatoren und Parameter des Annotationsalgorithmus eines aktuell im SLC-Editor (3.23-3) sichtbaren SLC verändert werden, indem die ihnen korrespondierenden Variablen mit Hilfe eines Eigenschaftseditors modifiziert werden.Apparatus according to claim 4, wherein visualization parameters, search space parameters, hierarchy parameters, logical operators and parameters of the annotation algorithm of a current SLC editor ( 3.23 -3) visible SLC can be modified by modifying their corresponding variables using a property editor. Vorrichtung nach Anspruch 4., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion und Verlinkung von Implementationen von Annotationsalgorithmen (3.23-5) und Repräsentationen von SLC-Signaturen zum Zwecke der Herstellung kompletter SLC sowie zur dauerhaften Speicherung von so hergestellten SLC-Repräsentationen auf einem Datenträger.Device according to claim 4, characterized by an apparatus for the selection and linking of implementations of annotation algorithms ( 3.23 -5) and representations of SLC signatures for the purpose of establishing complete SLC and for permanently storing SLC representations thus produced on a data medium. Vorrichtung nach Anspruch 4., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Untermenge von SLC-Repräsentationen aus einem Pool von SLC-Repräsentationen (3.23-6) und durch eine Vorrichtung zur Selektion und zum Start eines Verfahrens zur Modifikation oder Extension dieser Untermenge mit Hilfe eines elementaren Verfahrens (3.23-10, 11, 12, 13 oder andere), welches eine Menge von SLC-Repräsentationen als Input benötigt und als Output eine Menge von SLC-Repräsentationen oder Repräsentationen von SLC-Signaturen generiert.Apparatus according to claim 4, characterized by means for selecting a subset of SLC representations from a pool of SLC representations ( 3.23 6) and by a device for selecting and starting a method for modifying or extending this subset by means of an elementary method ( 3.23 -10, 11, 12, 13, or others) that requires a set of SLC representations as input and generates as output a set of SLC representations or representations of SLC signatures. Vorrichtung nach Anspruch 4., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Untermenge von SLC-Repräsentationen aus einem Pool von SLC-Repräsentationen (3.23-6) und durch eine Vorrichtung zur Selektion und zum Start eines Testverfahrens (3.23-14) für SLC, welches eine Menge von SLC-Repräsentationen als Input benötigt und als Output eine Menge von testspezifischen Daten generiert.Apparatus according to claim 4, characterized by means for selecting a subset of SLC representations from a pool of SLC representations ( 3.23 6) and by a device for selecting and starting a test procedure ( 3.23 -14) for SLC, which requires a set of SLC representations as input and generates as output a set of test-specific data. Vorrichtung nach Anspruch 4., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Untermenge von SLC-Repräsentationen aus einem Pool von SLC-Repräsentationen (3.23-6) und durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Menge von Zeitreihendaten (3.23-15) sowie zum Start eines Verfahrens zur maschinellen Annotation (3.23-7) der Zeitreihendaten mit Hilfe der Untermenge von SLC-Repräsentationen, so dass eine Menge von SLC-Annotationen maschinell generiert und auf einem Datenträger gespeichert wird (3.23-8).Apparatus according to claim 4, characterized by means for selecting a subset of SLC representations from a pool of SLC representations ( 3.23 6) and by a device for selecting a set of time series data ( 3.23 -15) and to start a machine annotation procedure ( 3.23 7) of the time series data using the subset of SLC representations so that a set of SLC annotations is automatically generated and stored on a data carrier ( 3.23 -8th). Vorrichtung nach Anspruch 4., gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Untermenge von SLC-Repräsentationen aus einem Pool von SLC-Repräsentationen (3.23-6) und durch eine Vorrichtung zur Selektion einer Menge von SLC-Annotationen (3.23-8) sowie zum Start eines Verfahrens zur automatischen Extraktion (3.23-9) von SLC-Signaturen oder SLC-Repräsentationen aus Annotationen und ggf. Zeitreihendaten.Apparatus according to claim 4, characterized by means for selecting a subset of SLC representations from a pool of SLC representations ( 3.23 6) and by a device for selecting a set of SLC annotations ( 3.23 -8) and to start an automatic extraction process ( 3.23 -9) of SLC signatures or SLC representations from annotations and possibly time series data. Vorrichtung nach Anspruch 4., wobei der Zugriff auf Mengen von SLC-Repräsentationen (3.23-6) durch eine Datenbank (3.23-16) oder durch einen File-Manager (3.23-17) erfolgt.Apparatus according to claim 4, wherein accessing sets of SLC representations ( 3.23 -6) through a database ( 3.23 -16) or through a file manager ( 3.23 -17). Vorrichtung nach Anspruch 4., wobei der Zugriff auf Mengen von SLC-Annotationen (3.23-8) durch eine Datenbank (3.23-18) oder durch einen File-Manager (3.23-19) erfolgt.Apparatus according to claim 4, wherein access to sets of SLC annotations ( 3.23 -8) through a database ( 3.23 -18) or through a file manager ( 3.23 -19). Verfahren zur Herstellung eines First-Level-Klassifikators für ein Ereignis in einer Zeitreihe s →, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Generieren einer Visualisierung des Ereignisses aus einem Ausschnitt von s →, so dass alle charakteristischen Merkmale des Ereignisses in der Visualisierung gut erkennbar sind, Extrahieren einer initialen FLC-Signatur aus der Repräsentation der Visualisierung des Ereignisses, Verlinken der extrahierten Signatur mit einer Implementation einer KKF und einer Implementation eines Annotationsalgorithmus zu einem kompletten Klassifikator, Speichern einer physikalischen Repräsentation des so gebildeten Klassifikators auf einem Datenträger oder in einem Speicherbaustein.Method of making a first level classifier for a Event in a time series s →, characterized by the following steps: Generate a visualization of the event from a snippet of s →, so that all the characteristic features of the event in the visualization are well recognizable, extracting an initial FLC signature from the representation the visualization of the event, linking the extracted signature with an implementation of a KKF and an implementation of a Annotation algorithm to a complete classifier, saving a physical representation of the classifier thus formed on a data carrier or in a memory chip. Verfahren zur Extraktion einer dreifachen FLC-Signatur aus einer n × m – Matrix M von Datenpunkten, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Extrahieren von drei Untermengen ϕ+, ϕ und ϕ0 aus M, so dass ϕ+ nur die Elemente aus M enthält, die oberhalb eines Schwellwertes σ liegen und lokale Maxima sind, ϕ0 nur die Elemente aus M enthält, die oberhalb eines Schwellwertes σ liegen aber keine lokalen Maxima sind, ϕ nur die Elemente aus M enthält, die unterhalb eines Schwellwertes σ liegen und im Zeit-Frequenz-Raum zu den Elementen von ϕ+ und 0° in einer Nachbarschaftsbeziehung stehen, Zusammenfassen der drei Untermengen in einer Repräsentation der Form (ϕ+, ϕ, ϕ0), Speichern einer physikalischen Repräsentation der Signatur auf einem Datenträger oder in einem Speicherbaustein.Method for extracting a triple FLC signature from an n × m matrix M of data points, characterized by the following steps: extracting three subsets φ + , φ - and φ 0 from M such that φ + contains only the elements from M, which are above a threshold value σ and local maxima, φ 0 contains only the elements of M which are above a threshold value σ but are not local maxima, φ - contains only the elements of M which are below a threshold value σ and in time Frequency space to the elements of φ + and 0 ° are in a neighborhood relationship, combining the three subsets in a representation of the form (φ + , φ - , φ 0 ), storing a physical representation of the signature on a disk or in a memory chip. Verfahren zum Herstellung einer dreifachen FLC-Signatur aus einer Menge von dreifachen FLC-Signaturen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bilden einer separaten Matrix aus jeder einzelnen Signatur durch Vereinigen der drei Untermengen ϕ+, ϕ, und ϕ0, Aufsummieren aller so entstandenen Matrizen und Mittelwertbildung, Generieren einer dreifachen FLC-Signatur aus der entstehenden Matrix nach dem Verfahren in Anspruch 47, Speichern einer physikalischen Repräsentation der Signatur auf einem Datenträger oder in einem Speicherbaustein.A method of manufacturing a triple FLC signature from a set of three times the FLC signatures, characterized by the steps of: forming a separate matrix from each individual signature by combining the three subsets φ +, φ -, and φ 0, summing up all thus resulting matrices and averaging, generating a triple FLC signature from the resulting matrix according to the method of claim 47, storing a physical representation of the signature on a data carrier or in a memory device. Verfahrung zur Anwendung eines FLC-Klassifikators auf eine Zeitreihe s →, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Berechnen des Graphen G+ einer Korrelations- oder Abstandsfunktion von ϕ+ für das gesamte Signal, Berechnen des Graphen G einer Korrelations- oder Abstandsfunktion von ϕ für das gesamte Signal, Extrahieren von Zeitpunkten, an denen G+ und G zugleich eine hohe Korrelation bzw. einen geringen Abstand zu dem Signal aufweisen, Generieren eines Annotationsfaktums für jeden so extrahierten Zeitpunkt, Speichern einer physikalischen Repräsentation eines jeden so generierten Annotationsfaktums auf einem Datenträger oder in einem Speicherbaustein.Procedure for applying an FLC classifier to a time series s →, characterized by fol the following steps: calculating the graph G + of a correlation or distance function of φ + for the entire signal, calculating the graph G - a correlation or distance function of φ - for the entire signal, extracting times at which G + and G - at the same time have a high correlation or a small distance to the signal, generating an annotation factor for each time thus extracted, storing a physical representation of each annotation factor thus generated on a data carrier or in a memory device. Verfahren zur Herstellung eines Second-Level-Klassifikators für ein Ereignis in einer Zeitreihe s →, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Generieren einer Menge K von FLC, welche eine Menge von das Ereignis charakterisierenden Merkmalen in s → detektieren können, Generieren einer Visualisierung in der das Ereignis sichtbar ist, Initialisieren des SLC durch Übernahme der Zeit- und ggf. Frequenz-Ausdehnung der Visualisierung, Generieren einer Menge von Annotationsfakten FK indem der in der Visualisierung sichtbare Ausschnitt von s → mit Hilfe der FLC in K annotiert wird, Konvertieren der Menge von Annotationsfakten FK in eine symbolische Signatur, Normalisieren der Zeitparameter der symbolischen Elemente in der Signatur, Verlinken der Signatur mit einer Implementation eines Annotationsalgorithmus, der Mengen von FLC-Annotationen auswertet, Speichern einer physikalischen Repräsentation des Klassifikators auf einem Datenträger oder in einem Speicherbaustein.A method for producing a second-level classifier for an event in a time series s →, characterized by the following steps: generating a set K of FLC, which can detect a set of features characterizing the event in s →, generating a visualization in the Event is visible, initializing the SLC by taking over the time and possibly frequency expansion of the visualization, generating a set of annotation facts F K by annotating the visible in the visualization section of s → using the FLC in K, converting the set of annotation facts F K into a symbolic signature, normalizing the time parameters of the symbolic elements in the signature, linking the signature with an implementation of an annotation algorithm that evaluates sets of FLC annotations, storing a physical representation of the classifier on a data carrier or in a memory device. Verfahren zur Extraktion einer Menge von symbolischen Signaturen für eine Ereignisklasse E aus einem Signal s →, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Generieren einer Menge K von FLC, welche eine Menge von E charakterisierenden Merkmalen in einer Zeitreihe detektieren können, Generieren einer Menge FK von FLC-Annotationen durch Annotation von s → mit Hilfe der FLC in K, Extrahieren einer Menge SQ von Sequenzen auf der Zeit- und ggf. Frequenzachse benachbarter Annotationsfakten in FK, Konvertieren jeder Sequenz in SQ in eine symbolische Signatur, so dass eine Menge SQ' von Signaturen entsteht, Normalisieren der Zeitparameter der symbolischen Elemente in SQ', Speichern einer physikalischen Repräsentation jedes Elements in SQ auf einem Datenträger oder in einem Speicherbaustein.A method for extracting a set of symbolic signatures for an event class E from a signal s →, characterized by the steps of: generating a set K of FLC that can detect a set of features characterizing E in a time series, generating a set F K of FLC Annotations by annotating s → using the FLC in K, extracting a set SQ of sequences on the time and possibly frequency axis of adjacent annotation facts in F K , converting each sequence in SQ into a symbolic signature, so that a set SQ ' of signatures arises, normalizing the time parameters of the symbolic elements in SQ ', storing a physical representation of each element in SQ on a data carrier or in a memory device. Verfahren zur Verschmelzung von zwei symbolischen Signaturen, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bestimmen eines Parameters Δτopt, der eine für alle symbolischen Elemente einer der beiden Signaturen maßgebliche Zeitverschiebung angibt, so dass durch Anwendung dieser eine maximale Anzahl symbolischer Elemente miteinander verschmelzbar wird, wobei zwei symbolische Elemente dann miteinander verschmelzbar sind, wenn sie im Zeit-Frequenz-Raum benachbart sind (vgl. Gl. 1.61 und 1.62); Verschieben aller Elemente in einer der beiden Signaturen um den Faktor Δτopt, Generieren einer Menge ϕ S / V von verschmelzbaren symbolischen Elemente aus beiden Signaturen, Generieren einer Menge ϕ S / R von nicht verschmelzbaren symbolischen Elemente aus beiden Signaturen, Verschmelzen aller verschmelzbaren Paare symbolischer Elemente in ϕ S / V zu der Menge ϕ' S / μ, Bilden der neuen Signatur durch ϕ S / μ := ϕ S / R ∪ ϕ' S / μ, Speichern einer physikalischen Repräsentation der Signatur ϕ S / μ auf einem Datenträger oder in einem Speicherbaustein.Method for merging two symbolic signatures, characterized by the following steps: Determining a parameter Δτ opt , which specifies a time shift relevant to all symbolic elements of one of the two signatures, so that a maximum number of symbolic elements can be merged with each other by applying them, two symbolic ones Elements are then merge with each other when they are adjacent in time-frequency space (see Eqs. 1.61 and 1.62); Shifting all elements in one of the two signatures by the factor Δt opt , generating an amount φ S / V of fusible symbolic elements from both signatures, generating a set φ S / R of non-fusible symbolic elements from both signatures, merging all fusible pairs symbolic Elements in φ S / V to the set φ 'S / μ, forming the new signature by φ S / μ: = φ S / R ∪ φ' S / μ, storing a physical representation of the signature φ S / μ on a data carrier or in a memory chip. Verfahren zur Anwendung eines SLC-Klassifikators auf eine Zeitreihe s →, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Generieren einer Menge FK von FLC-Annotationen mit Hilfe der FLC, welche den symbolischen Elementen in der Signatur des SLC zugrundeliegen, Berechnen eines Zeitpunktes, für jede Subsequenz von Elementen in FK, die in einer schwellwertüberschreitenden Ähnlichkeitsbeziehung zu der Signatur des SLC steht, Generieren eines SLC-Annotationsfaktums für jeden so extrahierten Zeitwert, Speichern einer physikalischen Repräsentation der so generierten Annotationsfakten auf einem Datenträger oder in einem Speicherbaustein.A method for applying an SLC classifier to a time series s →, characterized by the steps of: generating a set F K of FLC annotations using the FLC underlying the symbolic elements in the signature of the SLC, calculating a time for each subsequence of elements in F K that is in a threshold-exceeding similarity relationship to the signature of the SLC, generating an SLC annotation factor for each time value thus extracted, storing a physical representation of the annotation facts thus generated on a data carrier or in a memory device. Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahren zur Herstellung und Anwendung von Signal-Klassifikatoren, gemäß der Patentansprüche 46 bis einschließlich 53, wenn das Computer-Programm auf einer Datenverarbeitungsanlage abläuft.Computer program with a program code to carry out the Method of making and using signal classifiers, according to the claims 46 to including 53, when the computer program runs on a data processing system.
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