DE102011084526A1 - Ein Verarbeitungsverfahren und Einrichtung zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen - Google Patents

Ein Verarbeitungsverfahren und Einrichtung zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen Download PDF

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Qinyong Yang
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synthetisieren des farbändernden Rauschens, welches die folgenden Schritte umfasst: Sammeln von Ziel-Digitalsignalen oder Ziel-Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind; Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen oder Weißes-Rauschen-Signalspuren; Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weises-Rauschen-Signalen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weßes-Rauschen-Signalspuren, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen. Zusätzlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren und eine Einrichtung zum Durchführen von Simulation und Rausch-Hinzufügeverarbeitung unter Verwendung des farbändernden Rauschens.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Digitalsignalverarbeitung, im Speziellen ein Verarbeitungsverfahren und Einrichtung zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen (Engl.: noise) zu digitalen Signalen in dem Gebiet der Digitalsignalverarbeitung, wie z. B. dem Gebiet elektronischer Information (Engl.: electronic information), Kommunikation (im Speziellen Drahtlos-Kommunikation), Biomedizinische-Wissenschaften, Bildverbesserung, Radar und geophysikalische Signalverarbeitung (insbesondere für die seismische Datenverarbeitung).
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Im Bereich der digitalen Signalverarbeitung, sowie dem Gebiet der geophysikalischen. Signalverarbeitung (insbesondere die seismische Datenverarbeitung), elektronische Information, biomedizinischen Wissenschaften, Radar, Kommunikation und Bildverarbeitung und so weiter, wird das Hinzufügen von Rauschen (Engl.: adding noise) zu digitalen Signalen im Allgemeinen für die Signalsimulationsverarbeitung (Engl.: signal simulating processing) benötigt. Zum Beispiel ist es während seismischer Datenverarbeitung im Allgemeinen notwendig, Rauschen zu unterdrücken, um das Signal-zu-Rauschverhältnis zu verbessern. Insbesondere für regelmäßiges Rauschen (Engl.: regular noise), wie z. B. Mehrwellen ((Engl.: multiple wave), Streuwellen und Oberflächenwellen etc., müssen diese im Normalfall durch Anwenden eines multidimensionalen Filterungsverfahrens eliminiert oder unterdrückt werden. Jedoch können multidimensional Filterungsverfahren einen Aliasing-Effekt verursachen und eines der Ergebnisse, die durch den Effekt verursacht werden, ist, dass der Ausgangszeitabschnitt (Engl.: Output time section) zu unflexibel ist. Folglich ist es hochrelevant, Simulationen und Rausch-Hinzufügeverarbeitung (Engl.: noise-adding processing) auf der nach einer multi-dimensionalen Filterung gewonnen Spursammlung (Engl.: trace gathers) durchzuführen.
  • Die existierenden Digitalsignal-Rauschhinzufügeverfahren können in zwei Typen unterteilt werden, wobei eines das Hinzufügen von weißen Rauschen bzw. von Weißrauschen zu digitalen Signalen, und das andere das Hinzufügen farbigen Rauschens bzw. Farbrauschens (Engl.: colored noise) zu digitalen Signalen ist.
  • Das weiße Rauschen bezieht sich auf Random-Rauschverfahren, dessen Leistungsdichte (Engl.: power density) eine Konstante in einem unbegrenzten Frequenzbereich ist, und die Eigenschaften eines Samples (Engl.: sample) unkorreliert mit jedem anderen ist, was das stochastische Verhalten von Signalen zu einem gewissen Grad repräsentiert. Das farbige Rauschen bezieht sich auf Random-Rauschsignale, dessen Leistungsdichte mit den Signalfrequenzen variiert, und es kann entsprechend der Sensitivität zu bzw. in verschiedenen Bereichen identifiziert werden. Das bekannte farbige Rauschen beinhaltet rosa Rauschen, rotes Rauschen, oranges Rauschen, blaues Rauschen, violettes bzw. lila Rauschen, graues Rauschen, braunes Rauschen und schwarzes Rauschen (statistisches Rauschen). Zur Zeit sind Studien über Rauschen in dem Feld der digitalen Signalverarbeitung immer noch in der Stufe des Identifizierens von Rauschen, während die Studien über die Synthese von neuem Rauschen fast blank sind.
  • Wie zuvor beschrieben, ist die Rauschen-Hinzufügeverarbeitung im Stand der Technik normalerweise das Hinzufügen weißen, Rauschen oder farbigen Rauschens zu den Zielsignalen oder Signalspuren (Engl.: signal traces). Speziell ist, im Stand der Technik, Si(t) die rausch-hinzugefügte Signalspur (Engl.: noise-added signal trace), die durch direktes Addieren von weißen Rauschen-Signalspuren (Engl.: white noise Signal traces) zu den Zielsignalspuren (Engl.: target signal traces) erlangt wird, was eines der gewöhnlichen Rauschhinzufügeverfahren ist (3 und 8 zeigen den Zeitabschnitt bzw. das Spektrum der Rauschen-hinzugefügten Signalspursammlung (Engl.: noise-added Signal trace gather)). Es hat einen allgemeinen Ausdruck von Si(t) = Si(t) + μN1(t), wobei Si(t) die Zielsignalspur ist, welche der Rauschhinzufüge- und Simulationsverarbeitung zu unterziehen ist (1 und 6 zeigen den Zeitabschnitt (Engl.: time section) bzw. das Spektrum der Zielsignalspursammlung (Engl.: target signal trace gather)), Ni(t) ist die Signalspur weißen Rauschens bzw. die Weißes-Rauschen-Signalspursammlung (2 und 7 zeigen den Zeitabschnitt (Engl.: time section) bzw. das Spektrum der Weißes-Rauschen-Signalspursammlung), μ repräsentiert den Proportionalitätskoeffizienten (Engl.: proportionality coefficient), t repräsentiert die Zeit und i repräsentiert die Sequenznummer bzw. Sequenzzahl der Signalspur.
  • Es kann aus 3 und 8 gesehen werden, dass das Rausch-Hinzufügeverfahren bzw. das Rauschen-Hinzufügeverfahren des direkten Addieren weißen Rauschens zu dem Zielsignal oder Signalspuren das Original-Wellenformsystem nicht reflektieren oder wiederherstellen kann, womit es einen geringen Simulationsgrad aufweist. Ähnlich kann das Rausch-Hinzufügeverfahren des direkten Addierens bzw. Hinzufügens farbigen Rauschens zu dem Zielsignal das Original-Wellenformsystem nicht reflektierten oder wiederherstellen, womit es einen geringen Simulationsgrad aufweist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Um eines oder mehrere der oben genannten Probleme, die im Stand der Technik vorhanden sind, zu lösen, stellt die Erfindung ein neues Rauschen-Erzeugungsverfahren (Engl.: noise generating method) zum Durchführen von Simulations- und Rauschen-hinzufügeverarbeitung bzw. Rauschen-Addierverarbeitung (Engl.: noise-adding processing) im Gebiet der digitalen Signalverarbeitung bereit, womit ein neues synthetisches Rauschen erzeugt wird. Dieses neue synthetische Rauschen (Engl.: synthetic noise) ist ein natürliches und realistisches Random- bzw. Zufallsrauschen, und das Signal oder die Signalspur, die dem Rausch-Hinzufügen durch das neue Rauschen unterzogen wird, weist ein extrem hohen Simulationsgrad (Engl.: simulation degree) auf.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Erzeugen von Farbändernden-Rauschen bzw. mit der Farbe ändernden Rauschen (Engl.: color-changing noise) bereit, welches die folgenden Schritte umfasst:
    Schritt 1: Sammeln von Ziel-Digitalsignalen oder Ziel-Digitalsignalspuren (Engl.: target digital signal traces);
    Schritt 2: Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen bzw. Signalen weißen Rauschens oder Weißes-Rauschen-Signalspuren;
    Schritt 3: Durchführen einer Faltungsoperation (Engl.: convolution operation) auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale (Engl.: color-changing noise signals) zu erzeuge, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren (Engl.: color-changing noise traces) zu erzeugen.
  • Die Farbänderndes-Rauschen-Signale und Signalspuren sind digitale Signale oder Signalspuren, die durch Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen oder Signalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalen oder Signalspuren erlangt wird.
  • Bevorzugt wird das Farbänderndes-Rauschen-Signal durch N^(t) repräsentiert, was als N ^ / i(t) = N(t)·Si(t) ausgedrückt wird, wobei N(t) des Weißes-Rauschen-Signal repräsentiert bzw. darstellt, S(t) des Zielsignal repräsentiert, das der Rausch-Hinzufügeoperation zu unterziehen ist, t die Zeit repräsentiert, und der Operator die Faltungsoperation repräsentiert.
  • Bevorzugt wird die Farbänderndes-Rauschen-Signalspur (Engl.: color-changing noise signal trace) repräsentiert durch N ^ / i(t) was ausgedrückt wird als N ^ / i(t) = Ni(t)·Si(t) wobei Ni(t) die Weißes-Rauschen-Signalspur repräsentiert, Si(t) die Zielsignalspur repräsentiert, die der Rauschen-Hinzufügenoperation zu unterziehen ist, i die Sequenznummer bzw. Sequenzzahl der Signalspuren repräsentiert, t die Zeit repräsentiert, und der Operator ”·” die Faltungsoperation repräsentiert.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Simulieren und Rausch-Hinzufügen bzw. Rausch-Addieren auf digitalen Signalen bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst:
    Schritt 1: Sammeln der Ziel-Digitalsignale oder Ziel-Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind;
    Schritt 2: Erzeugen der Weißes-Rauschensignale oder Weißes-Rauschen-Signalspuren;
    Schritt 3: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale (Engl.: color-changing noise signals) zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen;
    Schritt 4: Hinzufügen bzw. Addieren (Engl.: adding) der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale zu den Ziel-Digitalsignalen, oder Hinzufügen bzw. Addieren der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu den Ziel-Digitalsignalspuren.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird eine Einrichtung zum Simulieren und Addieren von Rauschen zu digitalen Signalen bereitgestellt, welche umfasst:
    Ein Eingabemittel zum Eingeben der Ziel-Digitalsignale oder Ziel-Digitalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind;
    ein Weißes-Rauschen-Erzeugungsmittel zum Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen oder Weißes-Rauschen-Signalspuren;
    ein Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel, das konfiguriert ist, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen durchzuführen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen oder, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren durchzuführen, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen;
    ein Rausch-Hinzufügeverarbeitungsmittel, das konfiguriert ist, um die erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale zu den Ziel-Digitalsignalen hinzuzufügen bzw. zu addieren, oder die erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu den Ziel-Digitalsignalspuren hinzuzufügen bzw. zu addieren.
  • Die Erfindung kann weithin auf das technische Feld der Digitalsignalverarbeitung angewendet werden, sowie das Feld der elektronischen Information, Kommunikation (im Speziellen drahtlose Kommunikation), biomedizinische Wissenschaften, Bildverbesserung, Radar und geophysikalische Signalverarbeitung (im Speziellen die seismische Verarbeitung), um eine ideale Rausch-Hinzufügeverarbeitung durchzuführen. Zum Beispiel wären, wenn die Erfindung auf den Prozess der seismischen Signale angewendet werden würde, die Ziel-Digitalspuren die Signalspuren, die nach einer multidimensionalen Filterung der seismischen Digitalsignale erlangt werden. Mittels der Erfindung kann eine ideale Simulation und Rausch-Hinzufügeverarbeitung auf den multidimensional gefilterten digital-seismischen Signalen durchgeführt werden.
  • Beim Vergleich der Spektrumausgabe (Engl.: spectrum output) der Signale oder Signalspuren mit dem hinzugefügten farbändernden Rauschen mit der Spektrumausgabe der Signale oder Signalspuren mit hinzugefügtem weißen Rauschen oder farbigen Rauschen, kann gesehen werden, dass die Signale, Signalspuren oder Signalspursammlungen (Engl.: signal trace gather), welcher einer Hinzufügung unter Verwendung des farbändernden Rauschens der Erfindung unterzogen wurden, einen extrem hohen Simulationsgrad (Engl.: simulation degree) aufweisen, womit das farbändernde Rauschen der Erfindung ein natürliches und realistisches und synthetisches Zufallsrauschen ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Um die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail zu beschreiben, wird nun auf die angehängten Figuren Bezug genommen, so dass die Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung genauer verstanden werden. In den Figuren ist:
  • 1 ein Graph, welcher den Zeitabschnitt (Engl.: time section) der Zielsignalspursammlung (Engl.: target signal trace gather) darstellt, welcher der Rausch-Hinzufügungs- und Simulationsverarbeitung zu unterziehen ist;
  • 2 ein Graph, welcher den Zeitabschnitt der Weißes-Rauschen-Signalspursammlung (Engl.: white noise signal trace gather) darstellt;
  • 3 ein Graph, welcher den Zeitabschnitt der Signalspursammlung mit hinzugefügtem Rauschen bzw. der Rausch-hinzugefügten Signalspursammlung darstellt, die durch direktes Addieren bzw. Hinzufügen von Weißes-Rauschen-Signalspuren zu den Zielsignalspuren gemäß dem Stand der Technik erlangt wird;
  • 4 ein Graph, welcher den Zeitabschnitt der Signalspursammlung des neuen Zufallsrauschens (z. B. farbänderndes Rauschen (Engl.: color-changing noise)) darstellt, welches gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird;
  • 5 ist ein Graph, welcher den Zeitabschnitt der Rauschen-Hinzufügten-Signalspursammlung zeigt, welche durch Addieren der Farbänderndes-Rauschen-Signalspur, die gemäß der Erfindung erzeugt wurden, zu den Zielsignalspuren erlangt wird;
  • 6 ist ein Graph, welcher das Spektrum der Zielsignalspursammlung zeigt, die der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen ist;
  • 7 ist ein Graph, welcher das Spektrum der Weißes-Rauschen-Signalspursammlung darstellt;
  • 8 ist ein Diagramm, welches das Spektrum der Rauschen-Hinzugefügten-Signalspursammlung darstellt, die durch direktes Addieren der Weißes-Rauschen-Signalspuren zu den Zielsignalspuren entsprechend dem Stand der Technik erlangt wird;
  • 9 ist ein Graph, welcher das Spektrum der Farbänderndes-Rauschen-Signalspursammlung darstellt, die entsprechend der Erfindung erzeugt wurden;
  • 10 ist ein Graph, welcher das Spektrum der Rauschen-Hinzugefügten-Signalspursammlung darstellt, die durch Addieren der Farbänderndes-Rauschen-Spuren, die in Übereinstimmung mit der Erfindung erzeugt wurden, zu den Zielsignalspuren erlangt werden;
  • 11 ist ein Graph, welcher das Geschwindigkeitsspektrum (Engl.: volocity spectrum) (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (siehe rechten Teil des Graphen) einer Gruppe von original CMP-Spuren bzw. CMP-Sammlungen (Engl.: CMP gathers) (d. h. Spuren bzw. Sammlungen gemeinsamen Mittelpunkts (Engl.: Common Mitdpoint gathers)) zeigt, welche an einem Arbeitsbereich seismischer Erkundung gesammelt wurden, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 12 ist ein Graph, welcher das Spektrum der original CMP-Spuren bzw. Sammlungen, wie in 11 gezeigt, darstellt;
  • 13 ist ein Graph, welcher das Geschwindigkeitsspektrum (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (siehe rechten Teil des Graphen) der CMP-Spuren bzw. der CMP-Sammlung darstellt, die durch Eliminieren der Mehrwellen-Interferenzen (Engl.: multi-wave interference) auf die original CMP-Sammlung, wie in 11 und 12 gezeigt, erhalten wird;
  • 14 ist ein Graph, welcher das Spektrum der CMP-Sammlung zeit, welche durch Endrauschen (Engl.: denoising) der CMP-Sammlung, wobei die Mehrwellendifferenz eliminiert wurde, wie in 13 gezeigt, darstellt;
  • 15 ist ein Graph, welcher das Geschwindigkeitsspektrum (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (siehe rechten Teil des Graphen) der CMP-Sammlung zeigt, die durch Addieren weißen Rauschens zu der Signalsammlung (Engl.: Signal gathers), wie in 13 gezeigt, erlangt wird;
  • 16 ist ein Graph, welcher das Spektrum der CMP-Sammlung darstellt, die durch Addieren weißen Rauschens zu der Signalspursammlung, wie in 13 gezeigt, erlangt wird;
  • 17 ist ein Graph, welcher die Bandpass-gefilterte CMP-Sammlung darstellt, die durch Bandpassfiltern der CMP-Sammlung, welche hinzugefügtes weißes Rauschen aufweist, wie in 15 und 16 gezeigt, erlangt wird;
  • 18 ist ein Graph, welcher das Geschwindigkeitsspektrum (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (siehe rechten Teil des Graphen) der CMP-Sammlung darstellt, welche durch Addieren von 30% des Originalrauschens (d. h. farbigen Rauschens) zu der Signalspursammlung, wie in 13 gezeigt, nach dem Stand der Technik erlangt wird;
  • 19 ist ein Graph, welcher das Geschwindigkeitsspektrum (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (siehe rechten Teil des Graphen) der CMP-Sammlung zeigt, die durch Addieren von 30% von farbänderndem Rauschen zu der Signalspursammlung (d. h. der Zielsignalspursammlung), die in 13 gezeigt ist, nach der Erfindung erlangt wird;
  • 20 ist ein Graph, welcher das Spektrum der CMP-Sammlung, welche ein farbänderndes Rauschen hierzu addiert aufweist, wie in 19 gezeigt, darstellt;
  • 21 ist ein Flussdiagramm, welches die Implementierung in einem Zeitbereich der Simulations- und Rauschen-Hinzufügeoperation nach der Erfindung darstellt;
  • 22 ist ein Flussdiagramm, welches Implementierung in einem Frequenzbereich der Simulations- und Rauschen-Hinzufügenverarbeitung nach der Erfindung darstellt;
  • 23 zeigt die Simulation und Rausch-Hinzufügeeinrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • Es wird angemerkt, dass in allen Figuren, welche den Zeitabschnitt darstellen, die horizontale Achse die Sequenzzahl bzw. die Sequenznummer der Signalspur repräsentiert, und die vertikale Achse die Zeit (t) repräsentiert, in allen Spektren die horizontale Achse die Frequenz (f) repräsentiert und die vertikale Achse die Amplitude (|A|) repräsentiert; und in allen Geschwindigkeitsspektren, die horizontale Achse die Geschwindigkeit (v) und die vertikale Achse zeigt, (t) repräsentiert.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Einige Begriffe werden über das komplette Anmeldedokument verwendet, um spezifische Systemkomponenten zu bezeichnen. Wie durch den Fachmann verstanden, können verschiedene Namen gewöhnlich verwendet werden, um dieselbe Komponente zu bezeichnen, somit beabsichtigt dieses Anmeldedokument nicht Komponenten zu unterscheiden, welche verschieden benannt sind, aber dieselbe Funktion aufweisen. In diesem Anmeldedokument werden die Begriffe ”Umfassen”, „beinhalten”, ”Aufweisen” in einer offenen Weise verwendet, womit diese als ”umfassend aber nicht begrenzt auf...” ausgelegt werden sollten. Zusätzlich bedeutet der Begriff ”Kuppeln” oder ”kuppelt” eine indirekte oder direkte elektrische Verbindung. Daher kann, wenn eine erste Einrichtung zu einer zweiten Einrichtung gekoppelt ist, die Verbindung durch eine direkte elektrische Verbindung oder durch indirekte elektrische Verbindung über andere Einrichtungen oder Verbindungen gereicht werden.
  • Die Erfindung wird unten mit Bezug auf die Figuren beschrieben.
  • Wie zuvor beschrieben, können die vorherigen Verfahren zum Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen in zwei Typen unterteilt werden, wobei Eine ist, ein Weißes-Rauschen-Signal zu digitalen Signalen hinzuzufügen, und das Andere ist, ein farbiges Rauschen zu digitalen Signalen hinzuzufügen. Jedoch können beide dieser zwei Typen von Rauschen-Hinzufügeverfaheren das Original-Wellenformsystem nicht wirklich reflektieren oder wiederherstellen, womit sie einen geringen Simulationsgrad aufweisen, wie in 3, 6, 7 und 8 gezeigt.
  • 6 zeigt das Spektrum der Zielsignalspursammlung (Engl.: target signal trace gather) Si(t), welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen ist, 7 zeigt das Spektrum der Weißes-Rauschen-Signalspursammlung (Engl.: white noise signal trace gather) Ni(t), 3 zeigt den Zeitabschnitt (Engl.: time section) der Rauschen-Hinzugefügten-Signalspursammlung Si(t), die durch direktes Addieren bzw. Hinzufügen von Weißes-Rauschen-Signalspuren zu den Zielsignalspuren erlangt wird, nach dem Stand der Technik, und 8 zeigt das Spektrum der Rausch-Hinzugefügten-Signalspursammlung (Engl.: noise-added signal trace gather) Si(t), die durch direktes Addieren bzw. Hinzufügen der Weißen-Rauschen-Signalspuren zu den Zielsignalspuren erlangt wird.
  • Wie in 3 gezeigt, können, in dem Zeitabschnitt der Rausch-Hinzugefügter-Signalspursammlung Si(t), die durch direktes Addieren von Weißen-Rauschen-Signalspuren zu den Zielsignalspuren erlangt wird, offensichtlich Zeichen der Rausch-Hinzufügeverarbeitung gesehen werden. Zusätzlich kann, aus dem Spektrum der Rausch-hinzugefügten-Signalspursammlung Si(t), die durch Addieren der Weißen-Rauschen-Signalspuren erlangt wird, wie in 8 gezeigt, auch gesehen werden, dass das addierte weiße Rauschen gleichmäßig über den gesamten Frequenzbereich verteilt ist. Daher hat die konventionelle Rauschen-Hinzufügeverarbeitung des direkten Addierens des weißen Rauschens einen geringen Simulationsgrad.
  • Um die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen, stellt die Erfindung ein Verfahren zum Synthetisieren eines neuen Rauschens (welches hiernach farbänderndes Rauschen genannt wird) bereit, sowie ein Verfahren und eine Einrichtung zum Durchführen einer Rausch-Hinzufügeverarbeitung unter Verwendung des neuen Rauschens bereit.
  • Entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zum Synthetisieren des farbändernden Rauschens (Engl.: color-changing noise) bereit, welches die Schritte umfasst:
    Schritt 1: Sammeln von Ziel-Digitalsignalen oder Ziel-Digitalsignalspuren (Engl.: target digital signal traces), welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind;
    Schritt 2: Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen oder Weißes-Rauschen-Signalspuren (Engl.: white noise signal traces);
    Schritt 3: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen; und
    Schritt 4: Ausgeben der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale oder Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren.
  • Bevorzugt kann das Verfahren zum Synthetisieren von farbänderndem Rauschen in im Zeitbereich implementiert werden, was die folgenden Schritte umfasst, wenn es im Zeitbereich (Engl.: time domain) implementiert ist:
    Sammeln von Ziel-Digitalsignalen S(t) oder Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind, wobei t die Zeit und i die Sequenznummer bzw. die Sequenzzahl von Signalspuren (Engl.: signal traces) repräsentiert;
    Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t);
    Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) und den Weißes-Rauschen-Signalen N(t), um Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t) und den Weißes-Rauschen-Sigalspuren Ni(t), um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(i) zu erzeugen; und
    Ausgeben der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) oder Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) .
  • Ferner kann bevorzugt das Verfahren zum Synthetisieren von farbänderndem Rauschen in einem Frequenzbereich implementiert werden, was die folgenden Schritte umfasst, wenn es im Frequenzbereich implementiert ist:
    Sammeln von Ziel-Digitalsignalen S(t) oder Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind;
    Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t);
    Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) oder den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), um Ziel-Digital-Frequenzbereichsignale (Engl.: target digital frequency-domain signals) S(ω) oder Ziel-Digital-Frequenzbereichspuren Si(ω) zu erlangen bzw. zu erhalten, wobei ω die Frequenz repräsentiert und i die Sequenznummer bzw. die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert;
    Durchführen von Fourier-Transformation auf den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren um Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N(ω) oder Weißes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren (Engl.: white noise frequency-domain signal traces) Ni(ω) zu erlangen; Durchführen einer Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalen (Engl.: target digital frequency-domain signals) Si(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereichsignale (Engl.: color-changing noise frequency-domain signals) N^(ω) zu erzeugen, oder Durchführen einer Multiplikationsoperation auf dem Ziel-Digital-Frequenzbereich-Signalspuren Si(ω) oder den Weißes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren Ni(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren (Engl.: color-changing noise frequency-domain signal traces) N ^ / i(ω) zu erzeugen;
    Durchführen einer inversen Fourier-Transformation auf den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalen N^(ω) oder der Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren um die Farbänderndes-Rauschen-Signale (Engl.: color-changing noise signal) N^(t) oder die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) zu erlangen; und
    Ausgeben der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) oder Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) .
  • Offensichtlich ist N ^ / i(t) , das in der Beschreibung erzeugt wird, nicht komplett von dem Typ des farbigen Rauschens, wenn Si(t) eine Weißes-Rauschen-Signalspur ist, ist N ^ / i(t) auch eine Weißes-Rauschen-Signalspur. N ^ / i(t) ist ein neuer Typ von Zufallsrauschen, welches mit dem Typ von Si(t) zwischen dem Weißes-Rauschen-Signal und dem Farbiges-Rauschen-Signal variiert, was somit farbänderndes Rauschen in der Erfindung genannt wird.
  • Wie in 4 und 9 gezeigt, ist das farbändernde Rauschen N ^ / i(t) , das in der Erfindung gezeigt wird, immer noch ein Zufallsrauschen, und die Energieverteilungseigenschaften (Engl.: energy distribution characteristics) (siehe 4) von N ^ / i(t) in dem Zeitabschnitt stimmen mit den Energieverteilungseigenschaften der Ziel-Digitalsignalspuren Si(t) überein, und die Spektrumeigenschaften (siehe 9) von N ^ / i(t) stimmen ebenfalls mit dem Spektrumeigenschaften der Si(t) überein.
  • Daher zeigt das Ergebnis der Analyse, dass das farbändernde Rauschen, das in der Erfindung erzeugt wird, ein relativ natürliches und realistisches synthetisches Random bzw. Zufallsrauschen ist.
  • Jetzt wird die zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unten beschrieben.
  • Nach der zweiten Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verarbeitungsverfahren zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen bereit, welches die folgenden Schritte umfasst:
    Schritt 1: Sammeln der Ziel-Digitalsignale oder Ziel-Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind;
    Schritt 2: Erzeugen der Weißes-Rauschen-Signale oder Weißes-Rauschen-Signalspuren;
    Schritt 3: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen;
    Schritt 4: Addieren bzw. Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale zu den Ziel-Digitalsignalen, oder Hinzufügen bzw. Addieren (Engl.: adding) der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu den Ziel-Digitalsignalspuren;
    Schritt 5: Ausgeben der Digitalsignale oder Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung unterzogen wurden.
  • Bevorzugt kann, wie in 21 gezeigt, das Verarbeitungsverfahren zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen in einem Zeitbereicht implementiert werden, und das Verfahren zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen umfasst die folgenden Schritte, wenn es in einem Zeitbereich implementiert ist:
    • (1) Sammeln von Ziel-Digitalsignalen S(t) oder Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind, wobei t die Zeit repräsentier t und i die Sequenznummer bzw. Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert;
    • (2) Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t);
    • (3) Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) und den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) (d. h. N^(t) = N(t)·S(t)), um farbänderndes Rauschensignale N^(t) zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t) und den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t), (d. h. N ^ / i(t) = N(t)·Si(t)), um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) zu erzeugen; und
    • (4) Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) zu den Ziel-Digitalsignalen S(t), oder Addieren bzw. Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) zu den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t); und
    • (5) Ausgeben der Rausch-Hinzufügefügten-Digitalsignale S^(t) oder Digitalsignalspuren Si(t).
  • Bevorzugt wird die Verarbeitung des Addierens bzw. Hinzufügens von Farbänderndes-Rauschen-Signalen, wie in dem obigen Schritt (4) beschrieben, entsprechend der Gleichung S^(t) = S(t) + μN^(t) durchgeführt, wobei μ den Proportionalitäts-Koeffizienten (Engl.: proportionality coefficient) repräsentiert, welcher durch Techniker entsprechend des praktischen Bedarfs bestimmt werden kann.
  • Bevorzugt wird die Verarbeitung des Addierens bzw. Hinzufügens von Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren, wie in dem obigen Schritt (4) beschrieben, entsprechend der Gleichung Si(t) = Si(t) + μ N ^ / i(t) , durchgeführt, wobei i die Sequenznummer bzw. die Sequenzzahl der Signalspur repräsentiert, was eine postitive Ganzzahl ist; μ den Proportionalitäts-Koeffizienten repräsentiert, was bevorzugt eine Prozentzahl zwischen 0 und 1 ist.
  • Bevorzugt kann, wie in 22 dargestellt, das Verarbeitungsverfahren zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen im Frequenzbereich implementiert sein, und das Verfahren zum Simulieren und Hinzufügen bzw. Addieren von Rauschen umfasst die folgenden Schritte, wenn es im Frequenzbereich implementiert ist:
    • (1) Sammeln von Ziel-Digitalsignalen S(t) oder Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind;
    • (2) Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t);
    • (3) Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) oder den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), um Ziel-Digital-Frequenzbereichsignale S(ω) zu erlangen (d. h. S(ω) = FFT{S(t)}) oder Ziel-Digital Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) zu erlangen (d. h. Si(ω) = FFT{Si(t)});
    • (4) Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t), um Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N(ω) (d. h. Ni(ω) = FFT{Ni(t)}) oder Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren Ni(ω) (d. h. Ni(ω) = FFT{Ni(t)}) zu erlangen;
    • (5) Durchführen einer Multiplikationsoperation auf dem Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalen S(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N^(ω) zu erlangen (d. h. N^(ω) = N(ω)·S(ω))) oder Durchführen einer Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren Ni(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) zu erlangen (d. h. N ^ / i(ω) = Si(ω));
    • (6) Durchführen einer inversen Fourier-Transformation auf den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalen N^(ω) oder den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) , um die Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) (d. h. N^(t) = FFT–1{N^(ω)}) oder die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) (d. h. N ^ / i(t) = FFT–1{ N ^ / i(ω) }) zu erlangen;
    • (7) Ausgeben der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) oder Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N^(t);
    • (8) Hinzufügen bzw. Addieren der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) zu den Ziel-Digitalsignalen, oder Addieren bzw. Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N^(t) zu den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t); und
    • (9) Ausgeben der Rausch-Hinzugefügten Digitalsignale S^(t) oder Digitalsignalspuren S ^ / i(t) (dieser Schritt ist nicht in 22 gezeigt.
  • Bevorzugt wird die Verarbeitung des Addierens bzw. Hinzufügens von Farbänderndes-Rauschen-Signale, wie in dem Schritt (8) oben beschrieben, entsprechend der Gleichung S^(t) = S(t) + μN^(t) durchgeführt, wobei i den Proportionalitäts-Koeffizienten repräsentiert, welcher durch Techniker entsprechend dem praktischen Bedürfnis bestimmt werden kann.
  • Bevorzugt wird das Hinzufügen von Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren, wie in dem oberen Schritt (8) beschrieben, entsprechend der Gleichung S ^ / i(t) – Si(t) + μ N ^ / i(t) durchgeführt, wobei i die Sequenznummer bzw. die Sequenzzahl der Signalspuren repräsentiert und μ den Proportionalitäts-Koeffizienten repräsentiert.
  • Durch Vergleichen von 5 (d. h. der Zeitabschnitt der Rausch-Hinzugefügten-Signalspursammlung nach der Erfindung) mit 3 (d. h. der Zeitabschnitt der Rausch-Hinzugefügten-Signalspursammlung (Engl.: noise-added signal trace gather) nach dem Stand der Technik) und Vergleichen von 10 (d. h. dem Spektrum der Rausch-Hinzugefügten-Signalspursammlung nach der Erfindung) mit 8 (d. h. das Spektrum der Rausch-Hinzugefügten-Signalspursammlung nach dem Stand der Technik) kann klar gesehen werden, dass sowohl in dem Zeitabschnitt (5) als auch in dem Spektrum (10) der Digitalsignalspur S ^ / i(t) , die durch Durchführen einer Rausch-Hinzufügeverarbeitung unter Verwendung des farbändernden Rauschens erzeugt entsprechend der Erfindung erlangt wurde, fast kein Zeichen der Rausch-Hinzufüge-Verarbeitung zu sehen ist. Dies kann belegen, dass die das farbändernde Rauschen, das entsprechend der Erfindung erzeugt wurde, ein natürliches und realistisches synthetisches Zufallsrauschen ist, und die Zielsignale oder Signalspuren, die der Rausch-Hinzufügung mit dem farbändernden Rauschen unterzogen wurden, einen sehr hohen Simulationsgrad verglichen zu den Rauschen-Hinzufügeverfahren des Stands der Technik aufweist.
  • Als Nächstes wird die dritte Ausführungsform der Erfindung im Detail mit Bezug auf 23 beschrieben.
  • 23 zeigt die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche sich auf eine Simulations- und Rausch-Hinzufügeeinrichtung (Engl.: simulating and noise-adding device) 100 zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen bezieht, wobei die Einrichtung umfasst:
    Ein Eingabemittel 101 zum Eingeben der Ziel-Digitalsignale oder Ziel-Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind;
    ein Weißes-Rauschen-Erzeugungsmittel zum Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen oder Weißes-Rauschen-Signalspuren;
    ein Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel 103, welches mit dem Eingabemittel 101 und dem Weißes-Rauschen-Erzeugungsmittei 102 gekoppelt ist und konfiguriert ist, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen durchzuführen, um Farbänderndes-Rauschensignale zu erzeugen oder, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren durchzuführen, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen.
  • Ein Rausch-Hinzufügeverarbeitungsmittel 104, welches mit dem Eingabemittel 101 und dem Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel 103 gekoppelt ist, und konfiguriert ist, um die erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale den Ziel-Digitalsignalen hinzuzufügen bzw. zu addieren oder, um die erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu den Ziel-Digitalsignalspuren hinzuzufügen oder zu addieren; ein Ausgabemittel 105 zum Ausgeben der Rausch-Hinzugefügten-Digitalsignale oder Digitalsignalspuren.
  • Bevorzugt ist das Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (Engl.: color-changing noise generating means) 103 ferner konfiguriert, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) und den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) durchzuführen (d. h. N^(t) = N(t)·S(t)), um die Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) zu erzeugen, oder, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t) und den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t) durchzuführen (d. h. N ^ / i(t) = Ni(t)·Si(t)), um die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren (Engl.: color-changing noise signal traces) N ^ / i(t) zu erzeugen.
  • Alternativ ist das Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel 103 ferner konfiguriert zum:
    Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t), oder den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), um Ziel-Digital-Frequenzbereichsignale S(ω) (d. h. S(ω) = FFT{S(t)}) oder Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) (d. h. Si(ω) = FFT{Si(t)}) zu erlangen;
    Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t), um Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N(ω) (d. h. N(ω) = FFT{N(t)}) oder Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren Ni(ω) (d. h. Ni(ω) = FFT{Ni(t)}) zu erlangen;
    Durchführen einer Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalen S(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N^(ω) (d. h. N^(ω) = N(ω)·S(ω)) zu erzeugen, oder Durchführen einer Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) oder den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren Ni(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) (d. h. N ^ / i(ω) = Ni(ω)·Si(ω))) zu erzeugen;
    Durchführen einer inversen Fourier-Transformation auf den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalen N^(ω) oder den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) , um die Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) (d. h. N^(t) = FFT–1{N^(ω))}) oder die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) (d. h. N ^ / i(t) – FFT–1{ N ^ / i(ω) }) zu erlangen bzw. zu erzeugen (Engl.: obtain).
  • Bevorzugt ist das Rausch-Hinzufügeverarbeitungsmittel bzw. Rauschenaddier-Verarbeitungsmittel 104 (Engt.: noise-adding processing means) ferner konfiguriert, um die Rausch-Hinzufügung entsprechend der Gleichung S^(t) = S(t) + μN^(t) durchzuführen, wobei S(t) das Ziel-Digitalsignal, welches der Rauschen-Zuführverarbeitung zu unterziehen ist, repräsentiert, N^(t) das Farbänderndes-Rauschen-Signale repräsentiert, ω den Proportionalitätskoeffizienten repräsentiert, und es N^(t) das Rausch-Hinzugefügte-Digitalsignal repräsentiert.
  • Bevorzugt ist das Rausch-Hinzugefüge-Verarbeitungsmittel 104 ferner konfiguriert, um das Rausch-Hinzufügen bzw. die Rauschen-Hinzufügung entsprechend der Gleichung S ^ / i(t) = Si(t) + μ N ^ / i(t) durchzuführen, wobei Si(t) die Ziel-Digitalsignalspur repräsentiert, N ^ / i(t) die Farbänderndes-Rauschen-Signalspur repräsentiert, S^(t) die Rauschen-Hinzugefügte-Digitalsignalspur repräsentiert, i die Sequenzzahl bzw. Sequenznummer der Signalspuren repräsentiert, μ den Proportionalitäts-Koeffizienten repräsentiert, und t die Zeit repräsentiert.
  • Die Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ferner mit Bezug auf die folgenden spezifischen Beispiele beschrieben.
  • 11 zeigt das Geschwindigkeitsspektrum (Engl.: volocity spectrum) (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (Engl.: time section) (siehe rechten Teil des Graphen) einer Gruppe von original CMP-Sammlungen bzw. CMP-Spuren (Engl.: CMP gathers) (d. h. Sammlungen bzw. Spuren gemeinsamen Mittelpunkts (Engl.: Common Midpoint gathers)), die an einem Arbeitsbereich seismischer Erkundung gesammelt wurden, entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 12 zeigt das Spektrum der original CMP-Sammlungen wie in 11 gezeigt. Es kann mit diesem zwei Figuren gezeigt werden, dass ernsthafte Multiwellen-Interferenzen (Engl.: serious multi-wave interference) unter 3500 ms auftreten.
  • 13 zeigt das Geschwindigkeitsspektrum (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (siehe rechten Teil des Graphen) der CMP-Sammlungen, die durch Eliminieren der Multi-Welleninterferenz auf den Original-CMP-Sammlungen, wie in 11 und 12 gezeigt, erlangt werden. 14 zeigt das Spektrum der CMP-Sammlung bzw. der CMP-Spur bzw. CMP-Gathers, das durch des Endrauschen der CMP-Sammlung mit der Multiwellen-Interferenz hiervon eliminiert, wie in 13 gezeigt, erlangt wurde. Es kann aus dem Geschwindigkeitsspektrum, das in 13 gezeigt ist, gesehen werden, dass die Multiwellen-Interferenz eliminiert wurde, es gibt jedoch noch ein Problem, dass die CMP-Sammlung wie ein synthetisches Modell aussieht und unnatürlich ist.
  • 19 zeigt das Geschwindigkeitsspektrum (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (siehe rechte Seite des Graphen) der CMP-Sammlung, die durch Addieren weißen Rauschens zu der Signalspursammlung, wie in 13 gezeigt, erlangt wird. 15 zeigt das Spektrum der CMP-Sammlung; die durch Addieren weißen Rauschens zu der Signalspursammlung, wie in 13 gezeigt, erlangt wurde. 17 zeigt das Spektrum der Bandpass-gefilterten CMP-Sammlung, die durch Bandpassfiltern der CMP-Sammlung, welche weißes Gauss'sches Rauschen addiert hierzu aufweist, wie in 15 und 16 gezeigt, erlangt wird. Es kann aus diesen drei Figuren gesehen werden, dass es ein offensichtliches Zeichen des Hinzufügens des weißen Rauschens sowohl in dem Zeitabschnitt (15) oder dem Spektrum (16) gibt. Obwohl das Bandpassfiltern (5, 10, 60, 80 Hz) die Rausch-Hinzufügezeichen in dem Zeitabschnitt verbergen kann, zeigt das Ausgangs- bzw. Ausgabespektrum (17) immer noch Zeichen des Addierens weißen Rauschens, und ist in dem Daten-Analyseprozess nicht gewünscht.
  • 18 zeigt das Geschwindigkeitsspektrum (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (siehe rechten Teil des Graphen) der CMP-Sammlung, die durch Addieren von 30% des Originalrauschens (d. h. farbiges Rauschen) zu der Signalspursammlung, die in 13 gezeigt ist, nach dem Stand der Technik erlangt wird. Es kann aus 18 gesehen werden, dass die Multiwellen-Interferenz in der CMP-Sammlung teilweise geschwächt werden kann, jedoch besteht in dem Geschwindigkeitsspektrum immer noch eine große Multiwellen-Energie (Engl.: large multi-wave energy), was sehr nachteilig ist.
  • 19 zeigt das Geschwindigkeitsspektrum (siehe linken Teil des Graphen) und den Zeitabschnitt (siehe rechten Teil des Graphen) der CMP-Sammlung, die durch Addieren von 30% des farbändernden Rauschens zu den Signalspursammlungen, d. h. den Ziel-Signalspursammlungen), die in 13 gezeigt sind, erlangt wird, nach der Erfindung. 20 zeigt das Spektrum der CMP-Sammlungen mit farbändernden Rauschen hierzu addiert, wie in 19 gezeigt. Es kann aus diesen zwei Figuren gesehen werden, dass der Zeitabschnitt der CMP-Sammlungen natürlich aussieht, und es keine Multiwellen in dem Geschwindigkeitsspektrum gibt. Ferner kann, durch Vergleichen der Spektren der CMP-Sammlungen, die in 19 gezeigt sind, mit den Spektren der Ziel-Signalspursammlungen gesehen werden, das Addieren bzw. Hinzufügen des Farbänderungsrauschens zu den Ziel-Signalspursammlungen die Spektreneigenschaften der Ziel-Signalspursammlungen nicht ändert. Daher ist fast kein Zeichen der Rausch-Hinzufügeverarbeitung sowohl in dem Zeitabschnitt als auch in dem Spektrum und folglich ist das Ergebnis ideal.
  • Aus den obigen Illustrationen kann gesehen werden, dass die ausgegebenen Signalspursammlungen (Engl.: outputted signal trace gathers), die durch Durchführen einer Rausch-Hinzufügeverarbeitung mit dem farbändernden Rauschen, das in Übereinstimmung mit der Erfindung erzeugt wird, gekennzeichnet ist dadurch, dass ein offensichtliches Rauschen (Engl.: obvious noise) in dem Zeitbereich gezeigt ist, jedoch kein offensichtliches Rauschen in dem Frequenzbereich gezeigt ist. In anderen Worten können Zeichen der Rausch-Hinzufügeverarbeitung weder in dem Zeitabschnitt noch in dem Spektrum der Rausch-Hinzugefügten-Signalspuren (Engl.: noise-added signal traces) nach der Erfindung gesehen werden, und die Rausch-Hinzugefügten-Signalspuren einen extrem hohen Simulationsgrad aufweisen, was sehr hilfreich ist im Lösen von Problemen der Rauschunterdrückung, Simulation und Rausch-Hinzufügung in Digitalsignalverarbeitung.
  • Die obigen Ausführungen der Ausführungsformen sind nicht mehr als erläuternd in jeder Hinsicht, noch sind sie als beschränkend anzusehen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche eher als durch die obigen Ausführungsformen angezeigt. Ferner ist beabsichtigt, dass alle Änderungen, weiche äquivalent zu einem Anspruch sind in dem sinne und Bereich des Äquivalenzbereichs innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind.

Claims (19)

  1. Signalverarbeitungsverfahren zum Simulieren und Hinzufügen von Rauschen zu digitalen Signalen, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es die folgenden Schritte umfasst: Schritt 1: Sammeln der Ziel-Digitalsignale oder Ziel-Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind; Schritt 2: Erzeugen der Weißes-Rauschen-Signale oder Weißes-Rauschen-Signalspuren; Schritt 3: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen; Schritt 4: Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale zu den Ziel-Digitalsignalen, oder Hinzufügen der erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu den Ziel-Digitalsignalspuren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt 3 ferner aufweist: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) und den Weißes-Rauschen-Signalen N(t), um Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t), um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) , zu erzeugen, wobei t die Zeit repräsentiert und i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt 3 ferner umfasst: Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) oder den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), um Ziel-Digital-Frequenzbereichsignale S(ω) oder Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) zu erlangen; Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t), um Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N(ω) oder Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren Ni(ω) zu erlangen; wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert und ω die Frequenz repräsentiert.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt 3 ferner umfasst: Durchführen einer Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalen S(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N^(ω) zu erzeugen, oder Durchführen einer Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren Ni(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) zu erzeugen; Durchführen einer Invers-Fourier-Transformation auf den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N^(ω) oder den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) , um die Farbänderndes-Rauschen-Signals N^(t) oder die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) zu erlangen; wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert, und ω die Frequenz repräsentiert.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung des Hinzufügens von Farbänderndes-Rauschen-Signalen, wie in Schritt 4 beschrieben, entsprechend der folgenden Gleichung durchgeführt wird: S^(t) = S(t) + μN^(t) wobei μ den Proportionalitäts-Koeffizienten repräsentiert und t die Zeit repräsentiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitung des Hinzufügens von Farbänderndens-Rauschen-Signalen, wie in Schritt 4 beschrieben, entsprechend der folgenden Gleichung durchgeführt wird: S ^ / i(t) = Si(t) + μN ^ / i(t) wobei die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert, μ den Proportional-Koeffizienten repräsentiert und t die Zeit repräsentiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Digitalsignalspuren die Signalspuren der multidimensional gefilterten seismischen Daten sind.
  8. Verfahren des Erzeugens farbändernden Rauschens, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst: Schritt 1: Sammeln von Ziel-Digitalsignalen oder Ziel-Digitalsignalspuren; Schritt 2: Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen oder Weißes-Rauschen-Signalspuren; Schritt 3: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt 3 ferner umfasst: Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) und den Weißes-Rauschen-Signalen N(t), um Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) zu erzeugen, oder Durchführen einer Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t) und den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t), um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N^(t) zu erzeugen, wobei t die Zeit repräsentiert und i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt 3 ferner umfasst: Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) oder den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), um Ziel-Digital-Frequenzbereichsignale S(ω) oder Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) zu erlangen; Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t), um Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N(ω) oder Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren Ni(ω) zu erlangen; wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert und ω die Frequenz repräsentiert.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt 3 ferner umfasst: Durchführen von Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalen S(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signale N^(ω) zu erhalten oder Durchführen von Multiplikationsoperation auf dem Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren Ni(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) zu erzeugen; Durchführen einer Invers-Fourier-Transformation auf den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalen N^(ω) oder den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) , um die Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) oder die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) zu erlangen; wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert und ω die Frequenz repräsentiert.
  12. Einrichtung zum Simulatieren und Hinzufügen von Rauschen zu Digitalsignalen, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung umfasst: ein Eingabemittel (101) zum Eingeben der Ziel-Digitalsignale oder Ziel-Digitalsignalspuren, welche der Rausch-Hinzufügeverarbeitung zu unterziehen sind; ein Weißes-Rauschen-Erzeugungsmittel (102) zum Erzeugen von Weißes-Rauschen-Signalen oder Weißes-Rauschen-Signalspuren; ein Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103), welches mit dem Eingabemittel (101) und dem Weißes-Rauschen-Erzeugungsmittel (102) gekoppelt ist, und konfiguriert ist, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen und den Weißes-Rauschen-Signalen durchzuführen, um Farbänderndes-Rauschen-Signale zu erzeugen oder, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren und den Weißes-Rauschen-Signalspuren durchzuführen, um Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu erzeugen; und ein Rauschen-Hinzufügeverarbeitungsmittel (104), welches mit dem Eingangsmittel (101) und dem Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103) gekoppelt ist, konfiguriert ist, um die erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signale zu den Ziel-Digitalsignalen zu hinzuzufügen, oder, um die erzeugten Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren zu den Ziel-Digitalsignalspuren hinzuzufügen.
  13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103) ferner konfiguriert ist, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) durchzuführen, um die Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) zu erzeugen, oder, um eine Faltungsoperation auf den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t) und den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t) durchzuführen, um die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) zu erzeugen, wobei t die Zeit repräsentiert und i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert.
  14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103) ferner konfiguriert ist zum: Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Ziel-Digitalsignalen S(t) oder den Ziel-Digitalsignalspuren Si(t), um Ziel-Digital-Frequenzbereichsignale S(ω) oder Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) zu erlangen; und Durchführen einer Fourier-Transformation auf den Weißes-Rauschen-Signalen N(t) oder den Weißes-Rauschen-Signalspuren Ni(t), um Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignale N(ω) oder Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren Ni(ω) zu erlangen; wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert, und ω die Frequenz repräsentiert.
  15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbänderndes-Rauschen-Erzeugungsmittel (103) ferner konfiguriert ist zum: Durchführen von Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalen S(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalen N(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signale N^(ω) zu erzeugen, oder Durchführen von Multiplikationsoperation auf den Ziel-Digital-Frequenzbereichsignalspuren Si(ω) und den Weißes-Rauschen-Frequenzbereichsignalspuren Ni(ω), um Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) zu erzeugen; und Durchführen einer Invers-Fourier-Transformation auf den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalen N^(ω) oder den Farbänderndes-Rauschen-Frequenzbereich-Signalspuren N ^ / i(ω) , um die Farbänderndes-Rauschen-Signale N^(t) oder die Farbänderndes-Rauschen-Signalspuren N ^ / i(t) zu erlangen, wobei t die Zeit repräsentiert, i die Sequenzzahl von Signalspuren repräsentiert, und ω die Frequenz repräsentier t.
  16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rauschen-Hinzufügeverarbeitungsmittel (104) ferner konfiguriert ist, um die Rausch-Hinzufügeverarbeitung nach der folgenden Gleichung durchzuführen: S^(t) = S(t) + μN^(t) wobei S(t)das Ziel-Digitalsignal ist, welches der Rauschen-Zufügeverarbeitung zu unterziehen ist, N^(t) das Farbänderndes-Rauschen-Signal ist, S^(t) das Rausch-Hinzugefügte-Digitalsignal ist, μ den Proportional-Koeffizienten repräsentiert, und t die Zeit repräsentiert.
  17. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rausch-Hinzufügeverarbeitungsmittel (104) ferner konfiguriert ist, um die Rausch-Hinzufügeverarbeitung nach der folgenden Gleichung durchzuführen: S ^ / i(t) = Si(t) + μN ^ / i(t) wobei Si(t) die Ziel-Digitalsignalspur ist, N^(t) die Farbänderndes-Rauschen-Signalspur ist, S ^ / i(t) die Rausch-Hinzugefügte-Digitalsignalspur ist, i die Sequenzzahl der Signalspur repräsentiert, μ den Proportional-Koeffizienten repräsentiert, und t die Zeit repräsentiert.
  18. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Digitalsignalspuren die Signalspuren der multi-dimensional gefilterten seismischen Daten sind.
  19. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Simulieren und Hinzufügen von wuschen zu den multi-dimensional gefilterten Digital-seismischen-Signalen während einer Verarbeitung der seismischen Wellen verwendet wird.
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