DE102012012626B4 - Method for emphasizing and detecting repeated useful signal components within a source signal - Google Patents

Method for emphasizing and detecting repeated useful signal components within a source signal Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Hervorhebung und Detektion wiederholt auftretender Nutzsignalkomponenten innerhalb eines Quellsignals bei dem- ein eindimensionales Quellsignal q als Folge von Signalwerten vorliegt,- zwei Abstandswerte a1 und a2 als Schätzung der Abstände wiederholt auftretender Nutzsignalkomponenten bekannt sind, umfassend die Schritte- dass aus dem Quellsignal q punktweise Absolutwerte gewonnen werden, x(n) = |q(n)|, resultierend in einem Absolutsignal x,- dass eine um a1 Signalwerte verschobene Version x1 von x gebildet wird, x1(n) = x(n-a1),- dass durch punktweise Produktbildung ein Zwischensignal y1 gebildet wird, y1(n) = x1(n)*x(n),- dass eine um a2 Signalwerte verschobene Version x2 des Zwischensignals y1 gebildet wird, x2(n) = y1(n-a2),- dass durch punktweise Minimumbildung von x2 und y1 ein Resultatssignal y gebildet wird, y(n) = Min(x2(n), y1(n)),- dass aus dem Resultatsignal y durch Auffinden lokaler Maxima oder lokaler Energieanhäufungen Kandidatenpositionen bestimmt werden,- dass aus jeder der Kandidatenpositionen unter Berücksichtigung der Abstandswerte a1 und a2 Wiederholungspositionen im Quellsignal x bestimmt werden- dass die ermittelten Wiederholungspositionen zur weiteren Verarbeitung ausgegeben werden.Method for emphasizing and detecting repeatedly occurring useful signal components within a source signal in which- a one-dimensional source signal q is present as a sequence of signal values, Absolute values are obtained, x(n) = |q(n)|, resulting in an absolute signal x,- that a version x1 of x shifted by a1 signal values is formed, x1(n) = x(n-a1),- that an intermediate signal y1 is formed by product formation point by point, y1(n) = x1(n)*x(n),- that a version x2 of the intermediate signal y1 shifted by a2 signal values is formed, x2(n) = y1(n-a2) ,- that a result signal y is formed by forming a minimum of x2 and y1 point by point, y(n) = Min(x2(n), y1(n)),- that candidate positions are determined from the result signal y by finding local maxima or local energy accumulations ,- that repetition positions in the source signal x are determined from each of the candidate positions, taking into account the distance values a1 and a2- that the repetition positions determined are output for further processing.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hervorhebung und Detektion von Nutzsignalkomponenten, die innerhalb eines Quellsignals - in mehr oder weniger ähnlicher Form - wiederholt auftreten, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for emphasizing and detecting useful signal components which occur repeatedly within a source signal - in a more or less similar form - according to the preamble of claim 1.

Eine grundlegendes Problem im Bereich der Verarbeitung digitaler Signale besteht darin, alle potenziell in einem Quellsignal enthaltenen Nutzsignalkomponenten zu detektieren.A fundamental problem in the field of digital signal processing is to detect all useful signal components potentially contained in a source signal.

Die interessierenden Nutzsignalkomponenten können dabei anhand gewisser Kriterien wie Zeitdauer, enthaltenen Frequenzen, Bandbreiten oder Lautstärkeverlauf charakterisiert sein. Alternativ können interessierende Nutzsignalkomponenten anhand von Signalbeispielen gegeben sein.The useful signal components of interest can be characterized using certain criteria such as duration, frequencies contained, bandwidths or volume curve. Alternatively, useful signal components of interest can be given using signal examples.

Ein wichtiger Anwendungsbereich der Signaldetektion ist die Sprachsignalverarbeitung, wo die Detektionsaufgabe im Auffinden bestimmter Worte (Keyword Spotting) innerhalb eines Signals bestehen kann. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die akustische Umgebungsüberwachung mittels Mikrophonen, wo das Auftreten bestimmter Objekte oder Sachverhalte anhand charakteristischer Geräusche detektiert werden soll, z.B. Trittschall erzeugt von Gehbewegungen, Fahrzeuggeräusche, Motorengeräusche, menschliche Sprache, Vogelrufe, Maschinenschäden.An important area of application for signal detection is speech signal processing, where the detection task can be to find specific words (keyword spotting) within a signal. Another area of application is acoustic environmental monitoring using microphones, where the occurrence of certain objects or circumstances is to be detected using characteristic noises, e.g. footsteps generated by walking movements, vehicle noises, engine noises, human speech, bird calls, machine damage.

Im Bereich der Funksignalanalyse kann die Detektionsaufgabe im Auffinden bestimmter Funksendungen bestehen. Betrachtet man mehrdimensionale Signale, ergeben sich zahlreiche weitere Anwendungen. So können digitale Bilder als zweidimensionale Signale aufgefasst werden. Eine Detektionsaufgabe besteht dann im Auffinden von Objekten innerhalb von Bildern. Beispiele sind das Auffinden aller Personen in einem von einer Überwachungskamera aufgezeichneten Bild, das Auffinden des Nummernschildes in einem Bild von einem Kraftfahrzeug, das Auffinden aller Gebäude in einem Luftbild, etc.In the field of radio signal analysis, the detection task can be to find specific radio transmissions. Considering multi-dimensional signals, there are numerous other applications. In this way, digital images can be understood as two-dimensional signals. A detection task then consists of finding objects within images. Examples are locating everyone in an image recorded by a surveillance camera, locating the license plate in an image of a motor vehicle, locating all buildings in an aerial photograph, etc.

Als Lösung solcher Detektionsaufgaben erwartet man meist eine Liste aller in einem Quellsignal detektierter Objekte. Im Folgenden werden diese Objekte auch als Nutzsignale bezeichnet. Es ist dabei sinnvoll, jedes detektierte Objekt in Form von seiner Position innerhalb des Quellsignals anzugeben. Die Position kann dabei in einem eindimensionalen Signal durch Start- (und eventuell Endpunkt) angegeben werden, in einem zweidimensionalen Signal als zweidimensionale Region - etwa speziell als Rechteck - und für Signale höherer Dimension entsprechend durch höherdimensionale Teilbereiche.A list of all objects detected in a source signal is usually expected as the solution to such detection tasks. In the following, these objects are also referred to as useful signals. It makes sense to specify each detected object in the form of its position within the source signal. The position can be specified in a one-dimensional signal by the start point (and possibly the end point), in a two-dimensional signal as a two-dimensional region - specifically as a rectangle - and for higher-dimensional signals accordingly by higher-dimensional sub-areas.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Grunde liegenden Anwendungskontext geht es um eine Detektionsaufgabe, bei der die zu detektierenden Nutzsignale mehr als einmal im Quellsignal - in einer mehr oder weniger ähnlichen Form - vorkommen, sich also in Form von Nutzsignalkomponenten, kurz auch Signalkomponenten, wiederholen.The application context underlying the method according to the invention involves a detection task in which the useful signals to be detected occur more than once in the source signal—in a more or less similar form—i.e. repeat themselves in the form of useful signal components, or signal components for short.

Beispiele sind für den Fall der Sprachdetektion wiederholte Hilferufe, für den Fall der akustischen Umgebungsüberwachung wiederholte Vogelrufe, Signalgeräusche oder Schrittfolgen (ein Schritt wird wiederholt), für das Funkbeispiel wiederholte Aussendungen derselben Nachricht und für das zweidimensionale Beispiel Luftbilder auf denen ein Fahrzeug eines bestimmten Typs mehrfach vorkommt.Examples are repeated calls for help in the case of voice detection, repeated calls of birds, signal noises or sequences of steps (one step is repeated) in the case of acoustic environmental monitoring, repeated transmissions of the same message for the radio example and aerial photographs showing a vehicle of a certain type several times for the two-dimensional example occurs.

Kommt eine Signalkomponente in einem Signal - in einer mehr oder weniger ähnlichen Form - zwei- (bzw. mehr-) mal vor, so kann man diesen Vorkommen mittels Differenz der jeweiligen Startpunkte einen Abstand zuordnen. Analog kann man bei noch zahlreicherem Vorkommen einer Signalkomponente Abstände aller möglicher Paare angeben - bei M Vorkommen sind dies beispielsweise M*(M-1)/2 mögliche Abstände. An Stelle von Abständen kann man auch von Offsets sprechen. Für den Fall höherer Dimensionen betrachtet man allgemeiner Offset-Vektoren, die den Abstand in jeder Dimension angeben.If a signal component occurs twice (or more) times in a signal - in a more or less similar form - then a distance can be assigned to these occurrences by means of the difference in the respective starting points. In the same way, if a signal component occurs even more frequently, the distances of all possible pairs can be specified - for M occurrences, these are, for example, M*(M-1)/2 possible distances. Instead of distances one can also speak of offsets. For the case of higher dimensions one considers more generally offset vectors which give the distance in each dimension.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft insbesondere solche Detektionsaufgaben, bei denen vorab bestimmte Abstände wiederholter Nutzsignalkomponenten im Quellsignal bekannt sind. Dies wird von dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft zum Zwecke der Hervorhebung und Detektion dieser fortan als „wiederholt“ bezeichneten Nutzsignalkomponenten innerhalb des Quellsignals genutzt.The method according to the invention relates in particular to such detection tasks in which certain distances between repeated useful signal components in the source signal are known in advance. This is advantageously used by the method according to the invention for the purpose of emphasizing and detecting these useful signal components, which are henceforth referred to as “repeated”, within the source signal.

Kennt man beispielsweise die normierte Drehzahl einer bestimmten Maschine und weiß, dass sich bestimmte Maschinendefekte immer nach einer Umdrehung in gleicher Form akustisch äußern, so kann man hieraus einen (zeitlichen) Abstand ableiten und mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Auffinden von Maschinendefekten verwenden. Ein weiteres Beispiel ist die Detektion von Störsignalen im Funkspektrum, denen charakteristische Obertonspektren zu Grunde liegen, so dass sich Signalkomponenten einer bestimmten Störung stets in einem bekannten Frequenzabstand wiederholen.If one knows, for example, the normalized speed of a specific machine and knows that certain machine defects always express themselves acoustically after one revolution in the same form, a (time) interval can be derived from this and used with the method according to the invention for finding machine defects. Another example is the detection of interference signals in the radio spectrum, which are based on characteristic overtone spectra, so that signal components of a specific interference are always repeated at a known frequency spacing.

Stand der TechnikState of the art

Es werden im Folgenden Methoden zur Hervorhebung und Detektion wiederholter Nutzsignalkomponenten, auch wiederholte Signalkomponenten genannt, innerhalb von Quellsignalen nach dem Stand der Technik vorgestellt. Solche Verfahren sind beispielsweise schon aus der DE 1 900 289 B bekannt.In the following, methods for emphasizing and detecting repeated useful signal components, also called repeated signal components, within source signals after the State of the art presented. Such methods are, for example, already from the DE 1 900 289 B famous.

Charakteristisch für eine Vielzahl von Verfahren zur Detektion wiederholter Signalkomponenten nach dem Stand der Technik ist ein Vorgehen, bei dem zunächst wiederholte Vorkommen einer Signalkomponente verstärkt (im Sinne von herausgearbeitet, hervorgehoben) werden, somit ein Zwischensignal abgeleitet wird, und nachfolgend einem solchen Verstärkungsschritt aus dem Zwischensignal signifikante Signalwerte, also Indizien auf eine Signalwiederholung, bestimmt werden.Characteristic of a large number of methods for detecting repeated signal components according to the prior art is a procedure in which first repeated occurrences of a signal component are amplified (in the sense of worked out, emphasized), thus an intermediate signal is derived, and subsequently such an amplification step from the Intermediate signal significant signal values, ie indications of a signal repetition, are determined.

Ein wichtiges Beispiel solcher Verfahren sind korrelative Verfahren, insbesondere Autokorrelationsverfahren. Die Autokorrelation, nachzulesen in jedem Standardwerk zur Signalverarbeitung, basiert darauf, ein gegebenes Nutzsignal mit um gewisse ganzzahlige Abstandswerte a verschobenen Versionen desselben Nutzsignals zu multiplizieren und das resultierende Produktsignal aufzusummieren, AKF[x] (a) = ... x(0)*x(a) + x(1)*x(1+a) + x(2)*x(2+a) +... , wobei die Summe über einen geeigneten Teilbereich des Quellsignals x bestimmt wird. Im Allgemeinen werden dazu systematisch eine Folge von Abstandswerten a, etwa a gleich 0, 1, 2, ... , n, durchlaufen. Im resultierenden Autokorrelationssignal AKF[x] zu x, bestehend aus den Werten AKF[x] (0), AKF[x] (1),... AKF[x] (n), deuten besonders stark ausgeprägte Werte, erkennbar im Allgemeinen durch lokale Maxima, auf im Quellsignal x wiederholte Signalkomponenten hin: ist AKF[x](a) besonders stark ausgeprägt, liegt im Quellsignal x gegebenenfalls eine Wiederholung einer Signalkomponenten im Abstand a vor. Dies macht sich beispielsweise das in der EP 1 543 665 B1 offenbarte Verfahren zu Nutze.An important example of such methods are correlative methods, in particular autocorrelation methods. Autocorrelation, which can be looked up in any standard work on signal processing, is based on multiplying a given useful signal with versions of the same useful signal that have been shifted by certain integral distance values a and summing up the resulting product signal, AKF[x] (a) = ... x(0)* x(a) + x(1)*x(1+a) + x(2)*x(2+a) +... , where the sum is determined over a suitable sub-range of the source signal x. In general, a sequence of distance values a, for example a equal to 0, 1, 2, . . . , n, is run through systematically for this purpose. In the resulting autocorrelation signal AKF[x] to x, consisting of the values AKF[x] (0), AKF[x] (1),... AKF[x] (n), indicate particularly pronounced values, recognizable in general by local maxima, to signal components repeated in the source signal x: if AKF[x](a) is particularly pronounced, there may be a repetition of a signal component at a distance a in the source signal x. This makes itself, for example, in the EP 1 543 665 B1 disclosed methods.

Ein bekannter Vorteil der Autokorrelation ist, dass sie sehr robust ist in dem Sinne, dass (z. B. gegenüber einem Störpegel) auch äußerst schwache Wiederholungen detektiert werden können. Effiziente Verfahren zur Bestimmung von Korrelationen sind zum Beispiel aus der DE 199 18 610 A1 bekannt. Zudem können Korrelationsfunktionen allgemein mit Hilfe schneller Fouriertransformationen sehr schnell berechnet werden. Übertragen auf die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Aufgabenstellung, bei der die den Wiederholungen der Signalkomponenten zugrunde liegenden Abstandswerte a1, a2,... schon vorab bekannt sind, kann man sich vereinfacht darauf beschränken, die Werte der Autokorrelationsfunktion nur für die bekannten Abstandswerte zu bestimmen, also AKF[x] (a1), AKF[x] (a2),.... Die Beurteilung der Ausgeprägtheit dieser Werte kann dann zur Beurteilung dessen herangezogen werden, ob sich in den Abständen a1, a2, im Quellsignal Signalkomponenten wiederholen. Nachteilig am Stand der Technik ist, dass eine Lokalisation dieser gegebenenfalls vorhandenen Signalkomponenten anderweitig vorgenommen werden muss.A well-known advantage of autocorrelation is that it is very robust in the sense that even extremely weak repetitions can be detected (e.g. compared to a noise level). Efficient methods for determining correlations are, for example, from DE 199 18 610 A1 famous. In addition, correlation functions can generally be calculated very quickly using fast Fourier transformations. Transferred to the task on which the method according to the invention is based, in which the distance values a1, a2, , i.e. AKF[x] (a1), AKF[x] (a2),.... The assessment of the distinctiveness of these values can then be used to assess whether signal components are repeated in the distances a1, a2 in the source signal. A disadvantage of the prior art is that the signal components that may be present must be localized in some other way.

In der DE 1 900 289 B werden zur Detektion periodisch (also andauernd) wiederkehrender Signalkomponenten mit festem vorab bekannten Abstand a fortlaufend in bestimmtem Abständen und in großer Zahl Signalproben entnommen und akkumuliert. Somit kann nach der DE 1 900 289 B als Variante eines korrelativen Verfahrens angesehen werden.In the DE 1 900 289 B For the detection of periodically (ie continuously) recurring signal components with a fixed, previously known distance a, signal samples are continuously taken at specific intervals and in large numbers and accumulated. Thus, after DE 1 900 289 B be regarded as a variant of a correlative method.

Aus der DE 35 06 449 C1 ist zudem ein Verfahren bekannt, das durch Ausnutzung der Abstände periodischer Signalimpulse eine effiziente Form eines Korrelators realisiert.
Weitere Varianten korrelativer Verfahren sind in großer Zahl bekannt. So kann die Autokorrelation auf die Fouriertransformierte, auch Spektralsignal genannt, Dx eines Quellsignals x angewendet werden, um Wiederholungen innerhalb des Spektralsignals Dx zu detektieren. Beispiele solcher spektralen Wiederholungen sind Obertöne oder Harmonische eines Grundtons, beispielsweise vorkommend in Sprache- oder Musiksignalen. Weitere Beispiele sind sogenannte Mehrträgersignale im Bereich der Funksignale.
From the DE 35 06 449 C1 a method is also known which implements an efficient form of a correlator by utilizing the intervals between periodic signal pulses.
A large number of other variants of correlative methods are known. Thus, the autocorrelation can be applied to the Fourier transform, also called spectral signal, Dx of a source signal x in order to detect repetitions within the spectral signal Dx. Examples of such spectral repetitions are overtones or harmonics of a fundamental, for example occurring in speech or music signals. Further examples are so-called multi-carrier signals in the field of radio signals.

In einigen Fällen kann auch die Fouriertransformation eines Quellsignals für sich genommen dazu herangezogen werden, um das Auftreten - in einer mehr oder weniger ähnlichen Form - wiederholter Signalkomponenten zu detektieren. Bevorzugt geschieht dies in solchen Fällen, wenn besonders viele Wiederholungen und zugehörige Abstandswerte a1, a2,... einer Signalkomponente bekannt sind und zudem die Abstandswerte möglichst ganzzahlige Vielfache voneinander sind, etwa a2 = k*a1, wobei k eine positive ganze Zahl ist, wobei insbesondere bevorzugt ist, wenn alle Abstandswerte übereinstimmen. Im Gegensatz zur (Auto-) Korrelation, die besonders zur Detektion von wiederholten Signalkomponenten geeignet ist, ist die Fouriertransformation nämlich besonders zur Detektion periodischer Wiederholungen, also solcher Wiederholungen, die sich nach einem gewissen Abstandswert stets wiederholen, geeignet. Liegen in einem mittels der Fouriertransformation analysierten Quellsignal besonders viele Wiederholungen einer Signalkomponente vor, so ist dies mit Methoden nach dem Stand der Technik an bestimmten Stellen der Fouriertransformierten abzulesen.In some cases, the Fourier transform of a source signal can also be used by itself to detect the occurrence - in a more or less similar form - of repeated signal components. This is preferably done in such cases when a particularly large number of repetitions and associated distance values a1, a2,... of a signal component are known and the distance values are also integer multiples of one another, for example a2=k*a1, where k is a positive whole number, it being particularly preferred if all distance values match. In contrast to (auto) correlation, which is particularly suitable for detecting repeated signal components, the Fourier transformation is particularly suitable for detecting periodic repetitions, ie repetitions that are always repeated after a certain distance value. If there are a particularly large number of repetitions of a signal component in a source signal analyzed by means of the Fourier transformation, this can be read off at specific points of the Fourier transformation using methods according to the prior art.

Auch sind zahlreiche Kombinationen von korrelativen und Fouriertransformationsmethoden bekannt, beispielsweise die sogenannte Spektrale Korrelation oder die zyklische Autokorrelation [Gardner 1986]. Weiterhin die Anwendung korrelativer Techniken auf die sogenannte gefensterte Fouriertransformation, beispielsweise mit dem Ziele der Erkennung wiederholter Komponenten von Tierstimmen im Bereich der bioakustischen Mustererkennung [Bardeli et al. 2008].Numerous combinations of correlative and Fourier transformation methods are also known, for example the so-called spectral correlation or cyclic autocorrelation [Gardner 1986]. Furthermore, the application of correlative Techniques based on the so-called windowed Fourier transform, for example with the aim of recognizing repeated components of animal voices in the field of bioacoustic pattern recognition [Bardeli et al. 2008].

Eine im Bereich der Audiosignalverarbeitung verbreitete Methode zur Sichtbarmachung wiederholter Signalkomponenten basiert auf der Verwendung sogenannter Ähnlichkeitsmatrizen. Hierzu werden systematisch alle Positionen eines Quellsignals x = x (1) , x (2) ,..., x (n) paarweise miteinander verglichen, resultierend in einer (symmetrischen) Matrix S, deren Position (i,j) einen Ähnlichkeitswert S(i,j) zwischen x(i) und x(j) enthält. A method for visualizing repeated signal components that is widespread in the field of audio signal processing is based on the use of so-called similarity matrices. For this purpose, all positions of a source signal x = x (1) , x (2) ,..., x (n) are compared in pairs, resulting in a (symmetrical) matrix S whose position (i,j) has a similarity value S (i,j) between x(i) and x(j).

Selbstverständlich können Selbstähnlichkeitsmatrizen nicht nur unmittelbar für Quellsignale x, sondern auch in besonders vorteilhafter Weise für irgendwelche aus den Quellsignalen mit Mitteln der Merkmalsextraktion abgeleiteten sekundären Repräsentationen des Quellsignals gewonnen werden. Charakteristisch für Selbstähnlichkeitsmatrizen S ist, dass sich wiederholte Signalteile in Form deutlich hervortretender Nebendiagonalen äußern. Anhand einer solchen Nebendiagonalen können Beginn und Ende einer jeden Wiederholung eines Signalteils oder einer Signalkomponente bestimmt werden [Müller 2007].Of course, self-similarity matrices can be obtained not only directly for source signals x, but also in a particularly advantageous manner for any secondary representations of the source signal derived from the source signals by means of feature extraction. It is characteristic of self-similarity matrices S that repeated signal parts are expressed in the form of clearly prominent secondary diagonals. Such an off-diagonal can be used to determine the beginning and end of each repetition of a signal part or signal component [Müller 2007].

Bezogen auf die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Aufgabenstellung können Selbstähnlichkeitsmatrizen Anwendung finden, wobei zu vorgegebenen Abstandswerten a1, a2,... entsprechende Nebendiagonalen mit Abständen entsprechend a1, a2,... zur Hauptdiagonalen auf das simultane Vorkommen ausgeprägter Werte hin, entsprechend simultaner Wiederholungen einer Signalkomponente, untersucht werden müssen.In relation to the task on which the method according to the invention is based, self-similarity matrices can be used, with corresponding secondary diagonals with distances corresponding to a1, a2, . . a signal component, need to be examined.

Bevorzugt in solchen Fällen, in denen Signalbeispiele der wiederholten Signalkomponente bekannt sind, können nach dem Stand der Technik bekannte Verfahren der Mustererkennung (englische Bezeichnung Pattern Matching) zur Detektion wiederholt vorkommender Signalkomponenten verwendet werden. Eine große Klasse solcher Verfahren ist bekannt, die alle Vorkommen eines vorgegebenen Signalausschnitts (genannt Muster) in einem gegebenen Zielsignal oder einer Menge von Zielsignalen lokalisiert und alle entsprechenden Fundstellen meldet. Die Lokalisierung erfolgt durch Angabe eine Positionsinformation zu jeder Fundstelle. Man spricht auch davon, dass das das Muster in einem Zielsignal an einer Stelle als Teilsignal enthalten ist. Varianten dieser Aufgabe erlauben gewisse, vorab konfigurierbare Abweichungen zwischen Muster und Fundstelle oder fragen nur nach einer bestmöglichen Fundstelle bezüglich eines vorgegebenen Gütemaßes. Ein Überblick solcher Methoden nach dem Stand der Technik findet sich in [Ouyang et al. 2012].Preferably in such cases in which signal examples of the repeated signal component are known, methods of pattern recognition (pattern matching) known from the prior art can be used to detect repeatedly occurring signal components. A large class of such methods is known which locates all occurrences of a given portion of a signal (called a pattern) in a given target signal or set of target signals and reports all corresponding occurrences. The localization is carried out by specifying position information for each place of discovery. It is also said that the pattern is contained in a target signal at one point as a partial signal. Variants of this task allow certain, pre-configurable deviations between pattern and source or only ask for the best possible source with regard to a given quality measure. An overview of such prior art methods can be found in [Ouyang et al. 2012].

Eine andere Klasse von Methoden der Mustererkennung ist darauf spezialisiert, eine besonders robuste Detektionsleistung zu erbringen, insbesondere für den Fall, dass Muster und Fundstelle anwendungsbedingt signifikant voneinander abweichen können. Eine Klasse solcher Verfahren nutzt einen sogenannten generativen Ansatz, um anhand einer repräsentativen Menge vorhandener Muster der interessierenden Signalkomponenten in einem Vorverarbeitungsschritt ein repräsentatives Modell zu erzeugen. Anhand eines solchen Modells erfolgt alsdann der Abgleich mit einem Quellsignal, wobei wiederholte Vorkommen des Musters als diejenigen Stelle gemeldet werden, die besonders gut zu dem vorab erstellten Modell passen. Ein etwa in der Audiosignalverarbeitung sehr verbreitetes Beispiel bilden die Hidden Markov Modelle (HMMs) [Rabiner 1989].Another class of pattern recognition methods specializes in providing a particularly robust detection performance, especially in the event that the pattern and location can differ significantly from one another due to the application. One class of such methods uses a so-called generative approach to generate a representative model in a pre-processing step based on a representative set of existing patterns of the signal components of interest. Such a model is then matched to a source signal, with repeated occurrences of the pattern being reported as those locations that best match the pre-built model. A very common example in audio signal processing are the Hidden Markov Models (HMMs) [Rabiner 1989].

Ein Verfahren nach dem Stand der Technik zum gezielten Auffinden von in einer gewissen Anordnung (genannt Konstellation) in einem Signal vorkommenden Signalkomponenten wird in [Clausen et al. 2003] dargestellt. Die entsprechende Technik wird Konstellationssuche genannt. Auf Nutzsignale angewendet basiert diese Methode darauf, in einem Vorverarbeitungsschritt aus jedem der beteiligten Signale (Quellsignale) nach einer vorgegebenen Vorschrift Signalmerkmale verschiedener Typen zu erzeugen, die in sogenannten invertierten Listen abgelegt werden. Mit Hilfe dieser Listen und geeigneter Schnittmengenbildung kann alsdann eine vorliegende bekannte Signalkomponente, von der ebenfalls mittels Merkmalsextraktion eine Menge von Merkmalen erzeugt wurde, genannt Anfragekonstellation, effizient innerhalb in den beteiligten Signalen lokalisiert werden, wobei für jede Lokalisierung eine Trefferstelle zurückgegeben wird. Eine Trefferstelle beschreibt dabei anschaulich, wie die Anfragekonstellation zu verschieben ist, damit sie mit der lokalisierten Position im betreffenden Quellsignal übereinstimmt.A method according to the prior art for specifically finding signal components occurring in a certain arrangement (called a constellation) in a signal is described in [Clausen et al. 2003]. The corresponding technique is called constellation search. When applied to useful signals, this method is based on generating signal features of different types from each of the signals involved (source signals) in a pre-processing step according to a specified rule, which are stored in so-called inverted lists. With the help of these lists and suitable intersection formation, an existing known signal component, from which a set of features was also generated by means of feature extraction, called query constellation, can then be efficiently localized within the signals involved, with a hit point being returned for each localization. A hit position clearly describes how the query constellation is to be shifted so that it matches the localized position in the relevant source signal.

Auf das vorliegende Anwendungsszenario des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen, können die bekannten im Nutzsignal erwarteten Abstände a1, a2,... von Signalkomponenten dazu benutzt werden, um eine geeignete Anfragekonstellation zu erzeugen. Das gerade skizzierte Vorgehen zur Verwendung der Konstellationssuche kann jedoch leider die vorliegende Aufgabe nicht mit hinreichender Genauigkeit lösen. Es können aber gewisse der Konstellationssuche zugrunde liegenden Prinzipien, in abgewandelter und mit vollkommen anderen charakterisierenden Eigenschaften geeignet kombinierter Form, zur Lösung der Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens beitragen.Transferred to the present application scenario of the method according to the invention, the known distances a1, a2, . . . of signal components expected in the useful signal can be used to generate a suitable query constellation. Unfortunately, the procedure just outlined for using the constellation search cannot solve the present task with sufficient accuracy. However, certain principles on which the search for a constellation is based, in a modified form and in a form suitably combined with completely different characterizing properties, can contribute to the solution of the object of the method according to the invention.

Nachteile des Stands der TechnikDisadvantages of the Prior Art

Obwohl die Verfahren nach dem Stand der Technik in vielen Fällen eine gute Leistungsfähigkeit besitzen, gibt es verschiedene Situationen, in denen deren Leistungsfähigkeit limitiert ist. Solche Situationen sind insbesondere die Überlagerung eines oder mehrerer Nutzsignale (oder Nutzsignalkomponenten) oder die Überlagerung eines Nutzsignals (oder Nutzsignalkomponente) mit starken Stör- oder Rauschkomponenten.Although the prior art methods perform well in many cases, there are several situations where their performance is limited. Such situations are in particular the superimposition of one or more useful signals (or useful signal components) or the superimposition of a useful signal (or useful signal components) with strong interference or noise components.

Prinzipiell nachteilig bei korrelativen Verfahren ist, dass mit deren Hilfe zwar die für wiederholte Signalkomponenten charakteristischen Abstände zwischen den Positionen der Signalkomponenten aufgespürt werden können, jedoch keine direkte Aussage über die Positionen der wiederholten Signalkomponenten innerhalb des Quellsignals getroffen werden kann. Eine solche Lokalisierung der Signalkomponenten muss somit anderweitig vorgenommen werden. Weiterhin nachteilig ist, dass ein mehrfaches Vorliegen wiederholter Signalkomponenten nicht von einem einmaligen Vorliegen unterschieden werden kann. Ein wesentlicher Nachteil rein korrelativer Verfahren ist auch, dass hiermit zwar wiederholte Signalkomponenten verstärkt werden, aber andere, etwa nicht im vorgegebenen Abstand wiederholte, Signalkomponenten im Allgemeinen erhalten bleiben. Solche Komponenten werden zwar oft im Vergleich zu den wiederholten Signalkomponenten abgeschwächt, können aber trotzdem bei der weiteren Verarbeitung als Fehltreffer gemeldet werden.
Nachteilig bei der Verwendung der Fouriertransformation zur Detektion wiederholter Signalkomponenten ist die fehlende Möglichkeit zur direkten Bestimmung der Positionen der detektierten Signalkomponenten und die implizite Anforderung, dass mehrfache, günstigenfalls periodische Wiederholungen vorliegen. Somit ist die Fouriertransformation zur Detektion nur weniger, etwa 2, 3 oder 4, vorliegender Wiederholungen, im Allgemeinen nicht besonders gut geeignet, insbesondere wenn die entsprechenden Abstandswerte nicht irgendwelche ganzzahligen Vielfachen voneinander sind.
A fundamental disadvantage of correlative methods is that although they can be used to detect the distances between the positions of the signal components that are characteristic of repeated signal components, no direct statement can be made about the positions of the repeated signal components within the source signal. Such a localization of the signal components must therefore be carried out in some other way. Another disadvantage is that a multiple presence of repeated signal components cannot be distinguished from a single presence. A major disadvantage of purely correlative methods is that although repeated signal components are amplified, other signal components, such as those not repeated at the specified interval, are generally retained. While such components are often attenuated compared to the repeated signal components, they can still be reported as a miss in further processing.
A disadvantage of using the Fourier transformation to detect repeated signal components is the lack of possibility of directly determining the positions of the detected signal components and the implicit requirement that multiple, preferably periodic, repetitions are present. Thus, the Fourier transform is generally not particularly well suited to detecting only a few, say 2, 3 or 4 repeats present, especially if the corresponding distance values are not some integer multiple of each other.

Selbstähnlichkeitsmatrizen eignen sich gegenüber reinen Korrelationsverfahren besser zur Ermittlung von Positionen einzelner wiederholter Signalkomponenten. Wiederholen sich bekanntermaßen Signalkomponenten mehrfach, wie in der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden Aufgabenstellung, so ist bei der Verwendung von Selbstähnlichkeitsmatrizen für jede Wiederholung das Vorhandensein einer ausgeprägten Nebendiagonalen im vorgegebenen Abstand zu erkennen. Dieser Prozess kann aber bei schwach ausgeprägten Wiederholungen unrobust sein und somit zu fehlenden Detektionen führen. Weiterhin ist die Verwendung von Selbstähnlichkeitsmatrizen auf einzelnen Signalwerten unrobust, da diese oftmals mit Rauschen versetzt sind, so dass sich schließlich keine klaren (Diagonal-) Strukturen in der Selbstähnlichkeitsmatrix ausprägen. Aus diesem Grunde wird in den allermeisten Fällen die Verwendung einer Vorverarbeitung des Quellsignals zur Extraktion von an die Aufgabenstellung angepassten Signalmerkmalen erforderlich. Diese Merkmale kombinieren meist mehrere benachbarte Werte des Quellsignals in ein einziges Signalmerkmal, das dann einen aussagekräftigeren Vergleichswert innerhalb der Ähnlichkeitsmatrix liefern soll. In einigen Anwendungsfällen ist dies allerdings nicht möglich bzw. es sind keine sinnvollen Signalmerkmale bekannt. Ein wesentlicher Nachteil der genannten Methoden der Mustererkennung nach dem Stand der Technik ist, dass vor allem beispielbasiert gesucht wird, wobei ein oder mehrere möglichst repräsentative Muster einer zu detektierenden Signalkomponente vorliegen müssen. Je robuster die Detektionsleistung gewünscht ist, desto zahlreicher und desto repräsentativer müssen die vorhandenen Muster sein. Eine große Anzahl an Mustern und eine hohe Robustheit gehen dabei zudem oft mit einer verminderten Leistungsfähigkeit einher.Compared to pure correlation methods, self-similarity matrices are more suitable for determining the positions of individual repeated signal components. If, as is known, signal components are repeated several times, as in the task on which the method according to the invention is based, then when using self-similarity matrices for each repetition the presence of a pronounced secondary diagonal at the specified distance can be seen. In the case of weak repetitions, however, this process can be unreliable and thus lead to missing detections. Furthermore, the use of self-similarity matrices on individual signal values is not robust, since these are often mixed with noise, so that ultimately no clear (diagonal) structures are formed in the self-similarity matrix. For this reason, in most cases it is necessary to use pre-processing of the source signal to extract signal features that are adapted to the task. These features usually combine several adjacent values of the source signal into a single signal feature, which is then intended to provide a more meaningful comparison value within the similarity matrix. In some applications, however, this is not possible or no meaningful signal characteristics are known. A major disadvantage of the methods of pattern recognition mentioned according to the prior art is that the search is primarily based on examples, with one or more patterns that are as representative as possible of a signal component to be detected having to be present. The more robust the detection performance is desired, the more numerous and the more representative the available samples must be. A large number of patterns and a high level of robustness are often associated with reduced performance.

Die Methode der Konstellationssuche erlaubt prinzipiell, bestimmte vorab bekannte Eigenschaften, hier Abstandswerte, betreffend erwarteter Wiederholungen von Signalkomponenten innerhalb eines Quellsignals, zu modellieren. Jedoch ist die Konstellationssuche erst nach einer Vorverarbeitung, bei der ein Quellsignal typischerweise nach bestimmten Kriterien einer Merkmalsextraktion unterzogen wird, auf signalbasierte Daten in praktikabler Form, das bedeutet hinreichend effizient, anwendbar. Die Trefferbestimmung erfolgt nämlich mengentheoretisch durch Schnittmengenbildungen und Vereinigungen sogenannter invertierter Listen. Weiterhin erfordert die Konstellationssuche zur Reduzierung fehlerhafter Detektionen eine gewisse Größe der Anfragekonstellation. Somit kann im vorliegenden Anwendungsfall, wo nur einige wenige, insbesondere nur zwei Abstandswerte zur möglichen Generierung einer Anfragekonstellation vorliegen, leider nicht ohne weiteres anhand der Konstellationssuche ein Verfahren zur Detektion wiederholter Signalkomponenten innerhalb eines Quellsignals abgeleitet werden.In principle, the constellation search method allows certain previously known properties, here distance values, relating to expected repetitions of signal components within a source signal to be modeled. However, the constellation search can only be applied to signal-based data in a practicable form, i.e. sufficiently efficiently, after pre-processing, in which a source signal is typically subjected to feature extraction according to certain criteria. The determination of hits takes place in a set-theoretical manner by forming intersections and combining so-called inverted lists. Furthermore, to reduce erroneous detections, the constellation search requires a certain size of the query constellation. Therefore, in the present application, where only a few, in particular only two, distance values are available for the possible generation of a query constellation, unfortunately a method for detecting repeated signal components within a source signal cannot be derived directly from the constellation search.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht gegenüber dem dargestellten Stand der Technik einen prinzipiellen Schritt weiter, indem es bestimmte Komponenten von Verfahren zur Konstellationssuche in veränderter Form mit Teilen der Autokorrelation kombiniert, dabei jedoch an Stelle von Mengenoperationen (Konstellationssuche) und Produktsummen (Autokorrelation) die sich komplementierenden, nichtlinearen arithmetischen Operationen der Produkt- und Minimumbildung innerhalb eines iterativen Prozesses verwendet. The method according to the invention goes one step further in principle than the prior art presented, in that it combines certain components of methods for constellation search in a modified form with parts of the autocorrelation, but instead of set operations (constellation search) and product sums (autocorrelation) the complementary, nonlinear arithmetic operations of product and minimum formation within an iterative process.

Zudem wird durch den systematischen Einbezug bekannter Eigenschaften der erwarteten Signalwiederholungen in Form von Abstandswerten vorhandenes Vorwissen verwendet, jedoch ohne die bei Verfahren der Mustererkennung typische Erfordernis, die interessierenden Signalkomponenten mittels einer oder mehrerer Signalbeispiele beschreiben zu müssen. Hierdurch können die angegebenen Nachteile des Stands der Technik in einem weiten Umfang vermieden werden.In addition, existing prior knowledge is used through the systematic inclusion of known properties of the expected signal repetitions in the form of distance values, but without the need, which is typical for methods of pattern recognition, of having to describe the signal components of interest by means of one or more signal examples. As a result, the stated disadvantages of the prior art can be avoided to a large extent.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Lichte des dargelegten Standes der Technik darin, ein Verfahren zu schaffen, das eine geeignete Hervorhebung und nachfolgenden Detektion von innerhalb eines Quellsignals wiederholt vorkommenden Nutzsignalkomponenten ermöglicht. Hierzu wird wesentlich ausgenutzt, dass vorab Abstände wiederholt vorkommender Nutzsignalkomponenten bekannt sind.In the light of the prior art presented, the object of the method according to the invention is to provide a method which enables useful signal components which occur repeatedly within a source signal to be suitably emphasized and subsequently detected. For this purpose, use is made of the fact that distances between repeatedly occurring useful signal components are known in advance.

Lösung der Aufgabesolution of the task

Die Aufgabe wird durch die Merkmale eines Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is solved by the features of a method according to claim 1. Advantageous developments and refinements of the method according to the invention result from the dependent claims.

Beschreibung des VerfahrensDescription of the procedure

Die Erfindung macht sich Eigenschaften von Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu Nutze.The invention makes use of properties of methods according to the preamble of claim 1.

Zur besseren Orientierung, nicht jedoch einschränkend, ist ein Schema des im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens in 1 dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren verarbeitet ein digitales Quellsignal q und zwei vorab bekannte Abstandswerte a1 und a2, die in Form von Ganzzahlwerten gegeben sind. Sind a1 bzw. a2 als reelle Zahlen gegeben, wird eine geeignete Rundung auf die jeweils nächsten ganzen Zahlen durchgeführt. Bei der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass eine Folge von m Signalwerten gegeben ist. Dies ist jedoch keine Einschränkung, da das erfindungsgemäße Verfahren für Signale beliebiger Länge ausgeführt werden kann. Die Signalwerte können reelle oder komplexe Zahlen sein. Im ersten Schritt wird aus dem Quellsignal q (1) durch punktweise Bildung von Absolutbeträgen ein Absolutsignal x (2) gebildet, d.h. x(1) = |q(1)|,...,x(m) = |q(m)|. Im nachfolgenden Schritt (3) wird unter Verwendung des ersten Abstandswertes a1 aus dem Absolutsignal x (2) ein verschobenes Absolutsignal x1 (4) gebildet. Hierbei wird der Signalwert von x1 an der Stelle n durch die Vorschrift x1(n)=x(n-a1) aus dem Signalwert von x an der um a1 verschobenen Stelle gebildet. Für Werte von n kleiner oder gleich a1, also für n-a1 kleiner als Null, wird ohne Einschränkung und als Spezialfall x1(n-a1)=0 gesetzt. Da in bevorzugten Anwendungsszenarien die Signallänge m wesentlich größer als a1 ist, betrifft dieser Spezialfall verhältnismäßig wenige Werte. Im übrigen ist die Behandlung dieses Spezialfalls rein technischer Natur, dient allein der Vereinfachung der folgenden Darstellung, genauer der Ermöglichung der Verwendung einheitlicher Signallängen m, und hat für das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens keine weitere Bedeutung; die so behandelten Signalwerte können ohne Auswirkungen auf das schließlich bestimmte Resultatsignal (8) vernachlässigt werden.For better orientation, but not restrictively, a scheme of the method according to the invention described below is shown in 1 shown. The method according to the invention processes a digital source signal q and two previously known distance values a1 and a2, which are given in the form of integer values. Given a1 and a2 as real numbers, appropriate rounding to the nearest integer is performed. In the following description it is assumed that a sequence of m signal values is given. This is not a limitation, however, since the method according to the invention can be carried out for signals of any length. The signal values can be real or complex numbers. In the first step, an absolute signal x (2) is formed from the source signal q (1) by forming absolute amounts point by point, ie x(1) = |q(1)|,...,x(m) = |q(m). )|. In the subsequent step (3), a shifted absolute signal x1(4) is formed from the absolute signal x(2) using the first distance value a1. Here, the signal value of x1 at point n is formed from the signal value of x at the point shifted by a1 by the rule x1(n)=x(n−a1). For values of n less than or equal to a1, i.e. for n-a1 less than zero, x1(n-a1)=0 is set without restriction and as a special case. Since the signal length m is significantly greater than a1 in preferred application scenarios, this special case affects relatively few values. Otherwise, the treatment of this special case is of a purely technical nature, serves solely to simplify the following description, more precisely to enable the use of uniform signal lengths m, and has no further significance for the principle of the method according to the invention; the signal values treated in this way can be neglected without affecting the result signal (8) finally determined.

Aus dem Absolutsignal (2) und dem verschobenen Absolutsignal (4) wird in einem nachfolgenden Schritt unter Anwendung einer punktweisen Multiplikation ein Zwischensignal y1 (5) gebildet. In Formeln werden die Werte des Zwischensignals dabei durch y1(1)=x1(1)*x(1),..., y1(m)=x1(m)*x(m) gebildet.In a subsequent step, an intermediate signal y1 (5) is formed from the absolute signal (2) and the shifted absolute signal (4) using point-by-point multiplication. In formulas, the values of the intermediate signal are formed by y1(1)=x1(1)*x(1),..., y1(m)=x1(m)*x(m).

Aus dem Zwischensignal (5) wird daraufhin in einem weiteren Schritt (6) unter Verwendung des zweiten vorgegebenen Abstandswertes a2 ein verschobenes Zwischensignal x2 (7) gebildet, wobei die Werte des verschobenen Zwischensignals x2 (7) sich aus den Werten des Zwischensignals y1 (5) durch die Vorschrift x2(n)=y1(n-a2) ergeben. Wie schon im Falle der Bestimmung des verschobenen Absolutsignal wird für den Fall, dass in letzterer Vorschrift n-a2 kleiner oder gleich Null ist, als Spezialfall und ohne Einschränkung x2(n)=0 gewählt. Für diesen Spezialfall gilt alles oben Genannte entsprechend.In a further step (6), a shifted intermediate signal x2 (7) is then formed from the intermediate signal (5) using the second predetermined distance value a2, the values of the shifted intermediate signal x2 (7) being derived from the values of the intermediate signal y1 (5th ) by the rule x2(n)=y1(n-a2). As in the case of the determination of the shifted absolute signal, x2(n)=0 is selected as a special case and without restriction if n-a2 is less than or equal to zero in the latter rule. Everything mentioned above applies accordingly to this special case.

Aus dem Zwischensignal y1 (5) und dem verschobenen Zwischensignal x2 (7) wird daraufhin durch punktweise Minimumbildung ein Resultatsignal y (8) gebildet, in Formeln y(1)=Min(x2(1),y1(1)),...,y(m)=Min(x2(m),y1(m)), wobei die Min-Funktion von zwei als Argument gegebenen Werten, wie im Stand der Technik üblich, den minimalen Wert zurückliefert.A result signal y (8) is then formed from the intermediate signal y1 (5) and the shifted intermediate signal x2 (7) by forming a minimum point by point, in formulas y(1)=Min(x2(1),y1(1)),.. .,y(m)=Min(x2(m),y1(m)), where the Min function returns the minimum value of two values given as an argument, as is usual in the prior art.

Innerhalb des Resultatsignals y (8) werden in einem weiteren Schritt (9) eine endliche Folge von Kandidatenpositionen (10), bezeichnet mit k(1), k(2),... bestimmt, wobei jede der Kandidatenpositionen eine ganze Zahl aus dem Intervall von 1 bis m bezeichnet. Jede Kandidatenposition kann somit als Positionsangabe innerhalb des Resultatsignals interpretiert werden. Bevorzugt werden die Kandidatenpositionen k(1), k(2),... so gewählt, dass sie Positionen innerhalb des Resultatsignals y bezeichnen, an denen besonders große Werte angenommen werden, d.h. y(k(1)), y(k(2)),... sind besonders groß. Bevorzugt werden die Kandidatenpositionen k(i) hierbei als Positionen lokaler Maxima von y gebildet. Lokale Maxima können dabei bezüglich eines Lokalitätsparameters L so definiert sein, dass k(i) als lokales Maximum genau dann bezeichnet wird, falls y(k(i)) > y(r) für alle r so dass der Betrag der Differenz k(i)-r kleiner as L ist, in Formeln, falls |k(i) - r| < L. Alternativ kann k(i) als lokales Maximum bezeichnet werden, falls die linksseitige Folge y(k(i)-L),...,y(k(i)-1),y(k(i)) eine streng monoton ansteigende Folge von Zahlen ist und gleichzeitig die rechtsseitige Folge y(k(i),y(k(i)+1),...,y(k(i)+L) eine streng monoton ansteigende Folge von Zahlen. Der Lokalitätsparameter wird dabei je nach Anwendungsbereich geeignet gewählt. Neben den genannten Methoden zur Bestimmung von Kandidatenpositionen können noch zahlreiche weitere Methoden nach dem Stand der Technik zur Bestimmung solcher Kandidatenpositionen verwendet werden. Besonders hervorzuheben sind dabei Methoden zur Signalsegmentierung, insbesondere zur sogenannten spektralen Signalsegmentierung. Ausgestaltungen solcher Methoden bestimmen Kandidatenpositionen durch die Ermittlung von Signalausschnitten y(s),y(s+1),...,y(s+N), der Länge N+1 in denen die Summe y(s)+y(s+1)+...+y(s+N) der Signalwerte besonders groß ist, insbesondere größer als in benachbarten Signalausschnitten. An Stelle der Summe der Werte sind auch andere Maße, wie etwa die Summe der Betragsquadrate, möglich. Eine weitere Klasse von Methoden nach dem Stand der Technik zur Bestimmung von Kandidatenpositionen sind Verfahren zur sogenannten Signalspitzen- oder Peak-Extraktion, etwa solche, die lokale Maxima in sogenannten Neuheits- oder Novelty-Kurven berechnen [Foote 2000], die aus dem Resultatssignal mittels geeigneter Vorverarbeitung nach dem Stand der Technik bestimmt werden.Within the result signal y (8), in a further step (9), a finite sequence of candidate positions (10) denoted by k(1), k(2),... is determined, with each of the candidate positions being an integer from the designated interval from 1 to m. Each candidate position can thus be interpreted as position information within the result signal. The candidate positions k(1), k(2), den, ie y(k(1)), y(k(2)),... are particularly large. The candidate positions k(i) are preferably formed here as positions of local maxima of y. Local maxima can be defined with respect to a locality parameter L in such a way that k(i) is called a local maximum if and only if y(k(i)) > y(r) for all r such that the absolute value of the difference k(i )-r is less than L, in formulas if |k(i) - r| < L. Alternatively, k(i) can be called a local maximum if the left-sided sequence y(k(i)-L),...,y(k(i)-1),y(k(i)) is a strictly increasing sequence of numbers and at the same time the right-hand sequence y(k(i),y(k(i)+1),...,y(k(i)+L) is a strictly increasing sequence of numbers The locality parameter is chosen appropriately depending on the area of application. In addition to the methods mentioned for determining candidate positions, numerous other methods according to the prior art can also be used for determining such candidate positions. Methods for signal segmentation, in particular for so-called spectral signal segmentation, should be particularly emphasized. Embodiments of such methods determine candidate positions by determining signal sections y(s),y(s+1),...,y(s+N) of length N+1 in which the sum y(s)+y(s +1)+...+y(s+N) of the signal values is particularly large, in particular larger than in neighboring signal sections Other dimensions, such as the sum of the squares of the absolute values, are also possible for the sum of the values. Another class of state-of-the-art methods for determining candidate positions are methods for so-called signal peak or peak extraction, such as those that calculate local maxima in so-called novelty curves [Foote 2000], which are extracted from the resultant signal using suitable pre-processing according to the state of the art.

Aus den Kandidatenpositionen k(1), k(2),.... (10) werden schließlich in einem letzten Schritt (11) eine Menge von Wiederholungspositionen w(1), w(2),... (12) bestimmt, wobei die bekannten Abstandswerte a1, a2 vorteilhaft einbezogen werden können. Stimmen die Abstandswerte dabei überein, also a1=a2, ist gemäß Anspruch 5 eine zu bevorzugende Wahl w(n)=k(n)-a1 für alle Werte n (übereinstimmend mit w(n)=k(n)-a2). Stimmen a1 und a2 nicht überein, und sind unter den Kandidatenpositionen solche Werte k(i) und k(j) zu finden, für die k(i)=k(j)+a1 exakt oder näherungsweise gilt, so besteht gemäß Anspruch 2 eine bevorzugte Wahl für mit k(i) und k(j) assoziierten Wiederholungspositionen in den drei Positionen k(j), k(j)-a2 und k(j)-a2-a1. Im Falle aller anderer ermittelter Kandidatenpositionen k(i) können als assoziierte Wiederholungspositionen gemäß Anspruch 6 bevorzugt die vier Positionen k(i), k(i)-a1, k(i)-a2 und k(i)-a1-a2 ausgegeben werden.Finally, in a last step (11), a set of repetition positions w(1), w(2),... (12) is determined from the candidate positions k(1), k(2),... (10). , where the known distance values a1, a2 can advantageously be included. If the distance values are the same, ie a1=a2, a preferred choice is w(n)=k(n)-a1 for all values n (corresponding to w(n)=k(n)-a2). If a1 and a2 do not match, and if the candidate positions include values k(i) and k(j) for which k(i)=k(j)+a1 applies exactly or approximately, then according to claim 2 there is one preferred choice for repeat positions associated with k(i) and k(j) in the three positions k(j), k(j)-a2 and k(j)-a2-a1. In the case of all other determined candidate positions k(i), the four positions k(i), k(i)-a1, k(i)-a2 and k(i)-a1-a2 can preferably be output as associated repetition positions .

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung, die für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft sein kann, werden die Schritte der punktweisen Minimumbildung und der punktweisen Produktbildung vertauscht. Dies bedeutet, dass erstens durch punktweise Minimumbildung ein Zwischensignal y1 (5) aus dem Absolutsignal x (2) und dem verschobenen Absolutsignal x1 (4) gebildet wird, in Formeln y1(n) = Min(x(n), x1(n)) für jeden Wert von n. Zweitens wird durch punktweise Produktbildung ein Resultatsignal y (8) aus dem Zwischensignal y1 (5) und dem verschobenen Zwischensignal x2 (7) gebildet, in Formeln y(n)=y1(n)*x2(n) für jeden Wert von n. Stimmen die Abstandswerte a1 und a2 dabei überein, also a1=a2, ist gemäß Anspruch 5 eine zu bevorzugende Wahl w(n)=k(n)-a1 für alle Werte n (übereinstimmend mit w(n)=k(n)-a2). Stimmen a1 und a2 nicht überein, und sind unter den Kandidatenpositionen solche Werte k(i) und k(j) zu finden, für die k(i)=k(j)+a2 exakt oder näherungsweise gilt, so besteht gemäß Anspruch 4 eine bevorzugte Wahl für mit k(i) und k(j) assoziierten Wiederholungspositionen in den drei Positionen k(i), k(i)-a2 und k(i)-a2-a1. Im Falle aller anderer ermittelter Kandidatenpositionen k(i) können gemäß Anspruch 6 als assoziierte Wiederholungspositionen bevorzugt die vier Positionen k(i), k(i)-a1, k(i)-a2 und k(i)-a1-a2 ausgegeben werden.In an alternative embodiment of the invention, which can be advantageous for certain applications, the steps of point-by-point minimum formation and point-by-point product formation are interchanged. This means that, firstly, an intermediate signal y1 (5) is formed from the absolute signal x (2) and the shifted absolute signal x1 (4) by forming a minimum point by point, in formulas y1(n) = Min(x(n), x1(n) ) for each value of n. Second, a result signal y (8) is formed from the intermediate signal y1 (5) and the shifted intermediate signal x2 (7) by pointwise product formation, in formulas y(n)=y1(n)*x2(n ) for each value of n. If the distance values a1 and a2 are the same, i.e. a1=a2, according to claim 5 a preferred choice is w(n)=k(n)-a1 for all values n (corresponding to w(n )=k(n)-a2). If a1 and a2 do not match, and if the candidate positions include values k(i) and k(j) for which k(i)=k(j)+a2 applies exactly or approximately, then according to claim 4 there is one preferred choice for repeat positions associated with k(i) and k(j) in the three positions k(i), k(i)-a2 and k(i)-a2-a1. In the case of all other determined candidate positions k(i), the four positions k(i), k(i)-a1, k(i)-a2 and k(i)-a1-a2 can preferably be output as associated repetition positions .

Sind mehr als zwei Abstandswerte bekannt, also allgemein K Abstandswerte a1,...,aK, kann nach Anspruch 7 eine Folge von K Zwischensignalen y1,...,y(K+1) gebildet werden, wobei in jedem von K Schritten eines der Zwischensignale y(i+1) durch eine der Operationen Produktbildung oder Minimumbildung aus dem vorhergehenden Zwischensignal yi und dem verschobenen Zwischensignal yi(n-ai) gebildet wird. Im Detail ist dieses Vorgehen in 2 dargestellt. Aus Gründen der Vereinfachung, nicht jedoch einschränkend, wird das Absolutsignal x (2) dabei ohne weitere Änderung in ein erstes Zwischensignal y1 (2a) überführt. Dieses wird sogleich unter Ausnutzung des ersten Abstandswerts a1 in ein verschobenes Zwischensignal x1 (4) überführt (3). Daraufhin wird unter vorheriger Auswahl einer der Operationen Minimumbildung oder Produktbildung ein zweites Zwischensignal y2 (5) bestimmt. Ist die Operation Minimumbildung gewählt, bestimmt sich das zweite Zwischensignal als Minimum y2(n)=Min(y1(n), x1(n)) für alle Werte von n. Ist die Operation Produktbildung gewählt, bestimmt sich das zweite Zwischensignal als Produkt y2(n)=y1(n)*x1(n) für alle Werte von n. Allgemein wird unter vorheriger Auswahl einer der Operationen Minimumbildung oder Produktbildung im i-ten Schritt ein Zwischensignal yi bestimmt. Ist die Operation Minimumbildung gewählt, bestimmt sich das i-te Zwischensignal als Minimum yi(n)=Min(y(i-1) (n), x(i-1) (n)) für alle Werte von n. Ist die Operation Produktbildung gewählt, bestimmt sich das zweite Zwischensignal als Produkt yi(n)=y(i-1) (n)*x(i-1) (n) für alle Werte von n. In 2 ist als Ausgestaltung K=4 gewählt, resultierend in einer Folge von fünf Zwischensignalen. Charakteristisch für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass bei diesem Vorgehen mindestens eines der Zwischensignale durch Produktbildung und mindestens eines der Zwischensignale durch Minimumbildung gebildet wird. Nachfolgend dem Schritt der Bestimmung von Kandidatenpositionen können Wiederholungspositionen bevorzugt wie folgt bestimmt werden: Für den Fall, dass alle Abstandswerte übereinstimmen, also a1=a2=...=aK, ist, falls K=2*M eine gerade Zahl ist, für jede Kandidatenposition k als Wiederholungsposition die Zahl k-a1*M eine bevorzugte Wahl. Falls K=2*M+1 eine ungerade Zahl ist, ist für jede Kandidatenposition k als Wiederholungsposition eine der Zahlen k-a1*M oder k-a1*(M+1) zu bevorzugen. Für den Fall, dass die Abstandswerte a1, a2,..., aK nicht übereinstimmen, sind für eine Kandidatenposition k bevorzugt solche Wiederholungspositionen zu bestimmen, die sich aus k durch Subtraktion eines oder mehrerer Korrekturfaktoren, von denen jeder die Summe einer oder mehrerer der Abstandspositionen ist, ergeben. Die genaue Wahl der Korrekturfaktoren hängt von den gewählten Abstandspositionen ab und kann im Einzelfall in naheliegender Weise unter Berücksichtigung der offenbarten Eigenheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeleitet werden. If more than two distance values are known, i.e. generally K distance values a1,...,aK, a sequence of K intermediate signals y1,...,y(K+1) can be formed according to claim 7, wherein in each of K steps one of the intermediate signals y(i+1) is formed by one of the operations product formation or minimum formation from the preceding intermediate signal yi and the shifted intermediate signal yi(n-ai). This procedure is detailed in 2 shown. For reasons of simplification, but not limitation, the absolute signal x(2) is converted into a first intermediate signal y1(2a) without any further changes. This is immediately converted (3) into a shifted intermediate signal x1 (4) using the first distance value a1. A second intermediate signal y2 (5) is then determined with prior selection of one of the operations of forming a minimum or forming a product. If the formation of the minimum operation is selected, the second intermediate signal is determined as the minimum y2(n)=Min(y1(n), x1(n)) for all values of n. If the formation of the product operation is selected, the second intermediate signal is determined as the product y2 (n)=y1(n)*x1(n) for all values of n. In general, an intermediate signal yi is determined in the ith step after selecting one of the operations minimum formation or product formation. If the operation minimum formation is selected, the i-th intermediate signal is determined as the minimum yi(n)=Min(y(i-1) (n), x(i-1) (n)) for all values of n If the product formation operation is selected, the second intermediate signal is determined as the product yi(n)=y(i-1) (n)*x(i-1) (n) for all values of n. In 2 is chosen as an embodiment K=4, resulting in a sequence of five intermediate signals. It is characteristic of the method according to the invention that in this procedure at least one of the intermediate signals is formed by product formation and at least one of the intermediate signals is formed by minimum formation. Subsequent to the step of determining candidate positions, repeat positions can preferably be determined as follows: In the event that all distance values match, ie a1=a2=...=aK, if K=2*M is an even number, for each candidate position k as a repetition position the number k-a1*M is a preferred choice. If K=2*M+1 is an odd number, one of the numbers k-a1*M or k-a1*(M+1) is preferable for each candidate position k as a repetition position. In the event that the distance values a1, a2,..., aK do not match, such repetition positions are preferably to be determined for a candidate position k that result from k by subtracting one or more correction factors, each of which is the sum of one or more of the Distance positions is revealed. The exact selection of the correction factors depends on the selected spacing positions and can be derived in an obvious manner in individual cases, taking into account the disclosed peculiarities of the method according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich an Stelle von eindimensionalen Signalen wie im Vorherigen dargestellt auch auf mehrdimensionale Signale mit einer positiven ganzen Zahl D von Dimensionen anwenden. An die Stelle einer bei einem eindimensionalen Signal x = x(1), x(2) , .... , x (n) gegebenen Folge von Signalwerten, wobei durch die Positionsangabe j, j eine ganze Zahl, der Signalwert x(j) an Position j spezifiziert ist, tritt bei einem D-dimensionalen Signal eine D-dimensionale Folge von Signalwerten x (n1, ..., nD) , von denen jeder unter Angabe einer aus D ganzen Zahlen bestehenden Positionsinformation n1, ..., nD spezifiziert ist. In einem Anwendungsbeispiel mit D=2 erhält man (zweidimensionale) Bilder und x(n1, n2) bezeichnet den Signalwert an der x-Koordinate n1 und der y-Koordinate n2 des Bildes. In einem Anwendungsbeispiel kann x(n1, n2) etwa ein Graustufenwert, alternativ ein Farbwert, sein. In einem Anwendungsbeispiel mit D=3 kann eine Bildfolge, oder auch ein Film, beschrieben sein, wobei in einem Signalwert x(n1, n2, n3) zusätzlich zum letztgenannten Anwendungsbeispiel das Argument n3 eine Zeitangabe darstellt. Ein D-dimensionales Signal x kann unter Angabe eines Abstandswerts a und einer Dimensionskomponente j, wobei j eine ganze Zahl größergleich 1 und kleinergleich D ist, in ein in der j-ten Dimension um a verschobenes Signal überführt werden. In diesem verschobenen Signal tritt an die Stelle eines Signalwerts x (n1, ..., nj,...,nD) nunmehr der Wert x(n1, ..., nj-a,...,nD). Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich somit auf den Fall mehrdimensionaler Signale ausdehnen, wobei Verfahren nach Anspruch 7 derart erweitert werden, dass zusätzlich zu Abstandswerten a1, ..., aK nunmehr eine Spezifikationsliste d1, ..., dK auszuwählender Dimensionen, wobei für jedes i der Wert di größergleich 1 und kleinergleich D ist, gewählt wird. Das Zwischensignal y(i+1) wird nun aus dem Zwischensignal yi und einer in der di-ten Dimension um ai verschobenen Version des Zwischensignals yi gebildet. In Formeln wird y(i+1) im Falle einer Produktbildung durch y(i+1) (n1,...,nD) = Min (yi (n1,..., nj,..., nD) , yi (n1, .... nj-ai,..., nD) ) und im Falle einer Produktbildung durch y(i+1) (n1,...,nD) = yi (n1, ..., nj , ..., nD) *yi (n1,...,nj-ai,...,nD) gebildet. Die Entscheidung, ob im i-ten Schritt eine Produktbildung oder eine Minimumbildung vorgenommen wird, wird vorab anhand der gegebenen Aufgabenstellung getroffen. Im Prinzip sind hierzu alle 2^K denkbaren Kombinationen von Produkt- und Minimumbildung möglich. Besonders bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren jedoch solche Abfolgen von Produkt- und Minimumbildung, die mindestens einmal eine Produktbildung und mindestens einmal eine Minimumbildung enthalten. Das Auffinden von Kandidatenpositionen im Resultatsignal kann wie im eindimensionalen Fall mit Methoden nach dem Stand der Technik zur Detektion lokaler Maxima oder Energieanhäufungen, vorgenommen werden. Die Bestimmung von Wiederholungspositionen kann von einem Fachmann unter Berücksichtigung der in den Ansprüchen 2, 4, 5, 6 und 8 offenbarten Prinzipien in naheliegender Weise vorgenommen werden, wenn berücksichtigt wird, dass diese Prinzipien für jede der D Dimensionen unabhängig angewandt werden. Ein weitere naheliegende Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, beim vorliegen D-dimensionaler Signale an Stelle eines als Zahl vorliegenden Abstandswertes a nunmehr vektorwertige Abstandswerte (A1,..., AD) zu betrachten. Zwischensignale y(i+1) werden somit aus vorherigen Zwischensignalen yi und (A1,...,AD)-verschobenen Versionen gebildet, wobei sich jeder der Werte y(i+1) (n1, ..., nj , ..., nD) durch die Multiplikation yi (n1,...,nj,...,nD) *yi (n1-A1,..., nD-AD) oder, im Falle der Minimumbildung, durch Min(yi(n1,...,nj,...,nD) , yi(n1-A1,...,nD-AD)) ergibt, Anspruch 15.Instead of one-dimensional signals, as described above, the method according to the invention can also be applied to multidimensional signals with a positive whole number D of dimensions. Instead of a sequence of signal values given for a one-dimensional signal x = x(1), x(2) , .... , x (n), where the position specification j, j is an integer, the signal value x(j ) is specified at position j, a D-dimensional signal occurs in a D-dimensional sequence of signal values x (n1, ..., nD) , each of which is specified by specifying position information n1, ..., consisting of D integers. nD is specified. In an application example with D=2, one obtains (two-dimensional) images and x(n1, n2) denotes the signal value at the x-coordinate n1 and the y-coordinate n2 of the image. In an application example, x(n1, n2) can be a grayscale value, alternatively a color value. In an application example with D=3, an image sequence or also a film can be described, with the argument n3 representing a time specification in a signal value x(n1, n2, n3) in addition to the last-mentioned application example. A D-dimensional signal x can be converted into a signal shifted by a in the j-th dimension by specifying a distance value a and a dimension component j, where j is an integer greater than or equal to 1 and less than or equal to D. In this shifted signal, the value x(n1,...,nj-a,...,nD) now takes the place of a signal value x(n1,...,nj,...,nD). The method according to the invention can thus be extended to the case of multidimensional signals, the method according to claim 7 being expanded in such a way that in addition to distance values a1, ..., aK, a specification list d1, ..., dK of dimensions to be selected is now provided, with each i the value di is greater than or equal to 1 and less than or equal to D is chosen. The intermediate signal y(i+1) is now formed from the intermediate signal yi and a version of the intermediate signal yi shifted by ai in the di-th dimension. In formulas, y(i+1) becomes in the case of a product formation by y(i+1) (n1,...,nD) = Min (yi (n1,..., nj,..., nD) , yi (n1, .... nj-ai,..., nD) ) and in case of a product formation by y(i+1) (n1,...,nD) = yi (n1, ..., nj , ...,nD) *yi (n1,...,nj-ai,...,nD) formed. The decision as to whether a product is formed or a minimum is formed in the i-th step is made in advance on the basis of the given task. In principle, all 2^K conceivable combinations of product and minimum formation are possible. In the process according to the invention, however, particular preference is given to sequences of product and minimum formation which contain at least one product formation and at least one minimum formation. As in the one-dimensional case, candidate positions in the result signal can be found using state-of-the-art methods for detecting local maxima or energy accumulations. The determination of repeat positions can be made in an obvious manner by a person skilled in the art considering the principles disclosed in claims 2, 4, 5, 6 and 8, considering that these principles are applied independently for each of the D dimensions. Another obvious variant of the method according to the invention consists in considering vector-valued distance values (A1, . . . , AD) instead of a distance value a present as a number when D-dimensional signals are present. Intermediate signals y(i+1) are thus formed from previous intermediate signals yi and (A1,...,AD)-shifted versions, with each of the values y(i+1) (n1, ..., nj , .. ., nD) by multiplying yi (n1,...,nj,...,nD) *yi (n1-A1,...,nD-AD) or, in the case of minimum formation, by Min(yi( n1,...,nj,...,nD) , yi(n1-A1,...,nD-AD)), claim 15.

In zahlreichen technischen Anwendungen sind die Quellsignale sogenannte Zeitsignale q=q (1) ,..., q (m) wobei q (1) ,..., q (m) als zeitliche Abfolge von Signalwerten interpretiert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch von solch einer Interpretation unabhängig und auf beliebige, als Folge oder sonst welche Funktion angegebenen Signale anwendbar. Ein für sehr viele technische Anwendungen wichtiger Spezialfall liegt dann vor, wenn das Quellsignal ein Spektralsignal ist. An Stelle einer zeitlichen Abfolge von Signalwerten tritt somit eine Abfolge von Frequenzwerten. 3 illustriert dies für den in Anwendungen besonders bevorzugten Fall, in dem ein zeitliches Quellsignal q (1) durch Anwendung einer Spektraltransformation D nach dem Stand der Technik, bevorzugt einer diskreten Fouriertransformation (DFT), ebenfalls bevorzugt ausgeführt als schnelle Fouriertransformation (FFT), in einem ersten Schritt in eine Fouriertransformierte Dq = Dq(1) ,...,Dq(m) (2) überführt wird, die dann wiederum mit Methoden nach dem Stand der Technik in ein Absolutsignal x=x(1),...,x(m) (2a), mit Absolutbetragbildung x(i)=|Dq(i) |, überführt wird, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren weiterverarbeitet werden kann, so dass schließlich ein Resultatsignal y=y(1) ,..., y(m) (8) entsteht.In numerous technical applications, the source signals are so-called time signals q=q(1),...,q(m), where q(1),...,q(m) is interpreted as a time sequence of signal values. However, the method according to the invention is independent of such an interpretation and can be applied to any signals specified as a sequence or any other function. A special case that is important for many technical applications is when the source signal is a spectral signal. Instead of a chronological sequence of signal values, a sequence of frequency values. 3 illustrates this for the case that is particularly preferred in applications, in which a temporal source signal q(1) is obtained by using a spectral transformation D according to the prior art, preferably a discrete Fourier transformation (DFT), also preferably executed as a fast Fourier transformation (FFT), in one first step into a Fourier transform Dq = Dq(1),...,Dq(m) (2), which in turn is converted into an absolute signal x=x(1),..., using methods according to the state of the art. x(m) (2a), with formation of the absolute value x(i)=|Dq(i) |, which can be further processed with the method according to the invention, so that finally a result signal y=y(1) ,..., y(m) (8) arises.

In einer für bestimmte Anwendungen besonders vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 10, siehe 3, wird aus dem Resultatsignal y (8) vor dem Schritt der Bestimmung von Kandidatenpositionen ein zweites Resultatsignal y'(12) bestimmt, aus dem daraufhin die Kandidatenpositionen wie im Vorherigen dargelegt bestimmt werden können. Zur Bestimmung des zweiten Resultatsignals wird zunächst nach dem Stand der Technik aus dem Resultatsignal y (8) mittels einer gefensterten Fouriertransformation (STFT - Short Time Fourier Transform oder WFT - Windowed Fouriertransform) (9) ein Spektrogramm (manchmal auch Sonagramm oder gefensterte Fouriertransformierte) S=S(1),..., S(r) (10) gebildet. Hierbei sind Fensterfunktionen nach dem Stand der Technik wählbar, bevorzugt Rechteck-, Hann-, Hamming, oder Dreiecksfenster. Weiterhin ist nach dem Stand der Technik und entsprechend der gegebenen Anwendung eine Fensterbreite F und eine Schrittweite S auszuwählen. Der Eintrag S(1) des Spektrogramm ergibt sich dann aus dem Resultatsignal y durch den Vektor S(1) = D(y(1) , ..., y(1+F-1)), wobei D die diskrete Fouriertransformation ist und y(1),..., y(1+F-1) ein Ausschnitt des Resultatsignals y der der Fensterbreite entsprechenden Länge F. Der Eintrag S(2) des Spektrogramms ergibt sich dann aus dem Resultatsignal y durch den Vektor S(2) = D(y(1+S),..., y(1+S+F-1)), wobei y(1+S),..., y(1+S+F-1) ein um die Schrittweite S verschobener Ausschnitt des Resultatsignals y der der Fensterbreite entsprechenden Länge F ist. Entsprechend ergibt sich jeder der F-dimensionalen Vektoren S(i) zu S(i) = D(y(1+i* (S-1)) , ..., y(1+ i*(S-1)+F-1). Aus dem vektorwertigen Spektrogramm (10) wird in einem weiteren Schritt (11) das eindimensionale zweite Resultatsignal y'= y'(1) ,..., y' (r) gebildet. Bevorzugt wird dabei der Wert y'(i) als Energie oder Betragswert - mathematisch durch irgendeinen Längenwert unter Verwendung bekannter Vektornormen - bestimmt. In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung wird der Wert y'(i) als Ähnlichkeits- oder auch als Abstandswert benachbarter Vektoren von S, bevorzugt S(i) und S(i-1) oder alternativ S(i) und S(i+1), gewählt. Bevorzugte Ähnlichkeitswerte sind Skalarprodukte, normierte Skalarprodukte, Winkelwerte und euklidische Abstände.In a particularly advantageous embodiment for certain applications according to claim 10, see 3 , a second result signal y′(12) is determined from the result signal y (8) before the step of determining candidate positions, from which the candidate positions can then be determined as explained above. To determine the second result signal, a spectrogram (sometimes also called a sonagram or windowed Fourier transform) S =S(1),...,S(r) (10) formed. Here, window functions according to the prior art can be selected, preferably rectangular, Hann, Hamming, or triangular windows. Furthermore, according to the state of the art and according to the given application, a window width F and an increment S must be selected. The entry S(1) of the spectrogram then results from the result signal y using the vector S(1)=D(y(1) ,...,y(1+F-1)), where D is the discrete Fourier transformation and y(1),..., y(1+F-1) a section of the result signal y of the length F corresponding to the window width. The entry S(2) of the spectrogram then results from the result signal y using the vector S( 2) = D(y(1+S),..., y(1+S+F-1)), where y(1+S),..., y(1+S+F-1) is a section of the result signal y of the length F corresponding to the window width, shifted by the increment S. Correspondingly, each of the F-dimensional vectors S(i) results in S(i) = D(y(1+i* (S-1)) , ..., y(1+ i*(S-1)+ F-1) In a further step (11), the one-dimensional second result signal y′=y′(1),...,y′(r) is formed from the vector-valued spectrogram (10), the value y being preferred '(i) as energy or absolute value - determined mathematically by any length value using known vector norms In a further preferred embodiment, the value y'(i) is determined as a similarity or also as a distance value of neighboring vectors of S, preferably S(i) and S(i-1), or alternatively S(i) and S(i+1), Preferred similarity values are dot products, normalized dot products, angular values and Euclidean distances.

Eine wesentliche Fähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Hervorhebung von im Quellsignal wiederholten Nutzsignalkomponenten innerhalb des mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Resultatsignals oder innerhalb eines zweiten Resultatsignals. Die hervorgehobenen Nutzsignalkomponenten sind dabei im Resultatsignal als besonders stark und an bestimmten Positionen hervortretende Signalwerte des Resultatsignals erkennbar. Solche Positionen sind meist durch besonders große einzelne Signalwerte oder durch eine besonders große Signalenergie (Summe oder Quadratsumme der Signalabsolutwerte) innerhalb eines im Vergleich zur Signallänge kurzen Intervalls von Signalwerten gegeben. Die Positionen solcher Signalwerte lassen sich mit nach dem Stand der Technik bekannten Methoden zum Auffinden lokaler Maxima oder lokaler Energieanhäufungen ermitteln und werden im erfindungsgemäßen Verfahren in Form der oben genannten Kandidatenpositionen weiterverarbeitet. Aus verschiedenen Bereichen der Signalverarbeitung und Mustererkennung sind zahlreiche weitere Verfahren zur Ermittlung von Kandidatenpositionen bekannt. Besonders bevorzugte Verfahren sind Verfahren zur sogenannten Spektralen Segmentierung, die aus dem Anwendungsbereich der Funksignalverarbeitung bekannt sind, beispielsweise aus der DE 42 43 113 C2 und der DE 32 20 073 C1 . Weiterhin bevorzugte Verfahren sind aus dem Bereich der Audiosignalverarbeitung bekannt, beispielsweise allgemeine Verfahren zur Detektion impulsartiger Signale [Kaupinnen 2002] oder Signale zur Detektion von Einsatzzeitpunkten in Musiksignalen [Bello et al 2005]. Solche Verfahren können mit Methoden nach dem Stand der Technik so modifiziert werden, dass sie zum Auffinden von Kandidatenpositionen innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können.An essential capability of the method according to the invention is the emphasizing of useful signal components repeated in the source signal within the result signal determined by means of the method according to the invention or within a second result signal. The emphasized useful signal components are recognizable in the result signal as particularly strong signal values of the result signal that emerge at specific positions. Such positions are usually given by particularly large individual signal values or by a particularly large signal energy (sum or square sum of the absolute signal values) within an interval of signal values that is short compared to the signal length. The positions of such signal values can be determined using methods known from the prior art for finding local maxima or local energy accumulations and are further processed in the method according to the invention in the form of the candidate positions mentioned above. Numerous other methods for determining candidate positions are known from various areas of signal processing and pattern recognition. Particularly preferred methods are methods for so-called spectral segmentation, which are known from the field of application of radio signal processing, for example from DE 42 43 113 C2 and the DE 32 20 073 C1 . Further preferred methods are known from the field of audio signal processing, for example general methods for the detection of pulse-like signals [Kaupinnen 2002] or signals for the detection of onset times in music signals [Bello et al 2005]. Such methods can be modified with prior art methods so that they can be used to find candidate positions within the method of the invention.

An Stelle der zweistelligen mathematischen Operationen der Produkt- und Minimumbildung können auch alternative zweistellige Operationen verwendet werden. Dabei können an Stelle der Produktbildung bevorzugt solche Operationen verwendet werden, die zu zwei Eingangszahlwerten einen Ergebniszahlwert bestimmen, der nur dann größenordnungsmäßig klein ist, wenn beide der Eingangszahlwerte größenordnungsmäßig klein sind und ansonsten größenordnungsmäßig groß ist. Bevorzugte Beispiele solcher zweistelliger Operationen sind die Summenbildung zweier Zahlen und die Maximumbildung zweier Zahlen. Weiterhin können an Stelle der Minimumbildung bevorzugt solche Operationen verwendet werden, die zu zwei Eingangszahlwerten einen Ergebniszahlwert bestimmen, der nur dann größenordnungsmäßig groß ist, wenn beide der Eingangszahlwerte größenordnungsmäßig groß sind und ansonsten größenordnungsmäßig klein ist.Instead of the two-place mathematical operations of product and minimum formation, alternative two-place operations can also be used. In this case, instead of forming the product, those operations can preferably be used which, for two input numerical values, determine a result numerical value which is only small in terms of magnitude if both of the input numerical values are small in terms of magnitude and otherwise large in terms of magnitude. Preferred examples of such two-digit operations are the summation of two numbers and the maximum of two numbers. Furthermore, instead of forming the minimum, those operations can preferably be used which, for two input numerical values, determine a result numerical value which is only large in terms of order of magnitude if both of the input numerical values are of the same order of magnitude are large and otherwise small in magnitude.

Es ist auch eine Verwendung nur approximativ bekannter Abstandswerte a möglich. So kann beim Schritt der Bestimmung eines jeden Zwischensignals an Stelle der Bestimmung eines einzelnen Zwischensignals bezüglich eines vorgegebenen Abstandswertes a nunmehr für eine Menge von zu a ähnlichen Abstandswerten eine Menge von Zwischensignalen gebildet werden. Von diesen kann dann in der weiteren Verarbeitung bevorzugt nur dasjenige Zwischensignal verwendet werden, das besonders ausgeprägte Signalkomponenten aufweist. Dabei sind ähnliche Abstandswerte zu a solche mit ähnlicher Größenordnung, beispielsweise etwa nur um kleine ganze Zahlen abweichende Werte.It is also possible to use only approximately known distance values a. Thus, in the step of determining each intermediate signal, instead of determining a single intermediate signal with respect to a predetermined distance value a, a set of intermediate signals can now be formed for a set of distance values similar to a. Of these, only that intermediate signal which has particularly pronounced signal components can preferably be used in the further processing. In this case, similar distance values to a are those of a similar order of magnitude, for example values deviating only by small whole numbers.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind eine extrem hohe Robustheit in dem Sinne, dass - in einer mehr oder weniger ähnlichen Form - wiederholt auftretende Nutzsignalkomponenten auch dann noch detektiert und lokalisiert werden können, wenn sie durch sehr starkes Rauschen überlagert sind und/oder von anderen, nicht interessierenden, Signalkomponenten überlagert sind. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren universell auf prinzipiell alle Signaltypen und auf mehrdimensionale Signale anwendbar. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren offensichtlich auch auf aus Signalen abgeleiteten Merkmalsrepräsentationen, insbesondere Merkmalsfolgen, anwendbar, da diese wiederum als Signale interpretiert werden können.Advantages of the method according to the invention are an extremely high level of robustness in the sense that—in a more or less similar form—repeatedly occurring useful signal components can still be detected and localized even if they are superimposed by very strong noise and/or by others of interest, signal components are superimposed. Furthermore, the method according to the invention can be applied universally to, in principle, all types of signals and to multidimensional signals. Of course, the method according to the invention can obviously also be applied to feature representations derived from signals, in particular feature sequences, since these in turn can be interpreted as signals.

Weiterhin ist das Verfahren sehr effizient implementierbar und eignet sich daher auch sehr für hardwarenahe Realisierungen, beispielsweise auf GPU-basierten (Graphics Processing Unit) Architekturen. Insofern umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. seiner Realisierungsvarianten. Ebenfalls von der Erfindung umfasst ist ein Softwareprogrammprodukt, das z. B. einen digitalen Signalprozessor (DSP) entsprechend programmiert bzw. in seiner Funktion steuert.Furthermore, the method can be implemented very efficiently and is therefore also very suitable for hardware-related realizations, for example on GPU-based (Graphics Processing Unit) architectures. In this respect, the invention also includes a device for carrying out the method according to the invention or its implementation variants. Also encompassed by the invention is a software program product which e.g. B. programmed accordingly a digital signal processor (DSP) or controls its function.

Wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik werden im Folgenden dargelegt. Gegenüber korrelationsbasierten Verfahren, insbesondere Autokorrelationsverfahren, bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass hiermit nicht nur das Vorliegen einer wiederholten Signalkomponente mit vorgegebenen Abstandswerten detektiert werden kann, sondern - gegenüber dem Stand der Technik - auch die Positionen der wiederholt auftretenden Signalkomponenten innerhalb des Quellsignals ermittelt werden können.Significant advantages of the method according to the invention compared to the prior art are set out below. Compared to correlation-based methods, in particular autocorrelation methods, the method according to the invention offers the advantage that not only can it be used to detect the presence of a repeated signal component with predetermined distance values, but also—compared to the prior art—the positions of the repeatedly occurring signal components within the source signal can be determined be able.

Weiterhin vorteilhaft ist, dass auch mehrfache, genauer alle, Vorkommen wiederholter Signalkomponenten mit den vorgegebenen Abstandswerten zusammen mit deren Positionen ermittelt werden können. Zur Vermeidung fehlerhafter Detektionsmeldungen ist weiterhin als sehr vorteilhaft anzuführen, dass das erfindungsgemäße Verfahren, im Gegensatz zu rein korrelativen Verfahren, nicht interessierende Signalkomponenten - durch die Minimumbildung - gezielt abschwächt oder ganz unterdrückt, aber gleichzeitig die vorteilhafte Eigenschaft korrelationsbasierter Verfahren, nämlich interessierende Wiederholungen in vorgegebenen Abständen zu verstärken, besitzt.It is also advantageous that multiple, more precisely all, occurrences of repeated signal components with the specified distance values can also be determined together with their positions. To avoid erroneous detection reports, it is also very advantageous that the method according to the invention, in contrast to purely correlative methods, specifically weakens or completely suppresses signal components that are not of interest - through the formation of the minimum - but at the same time the advantageous property of correlation-based methods, namely repetitions of interest in predetermined ones To reinforce distances, owns.

Gegenüber Verfahren nach dem Stand der Technik, die mehrere um gegebene Abstandswerte verschobene Versionen eines Quellsignals miteinander kombinieren, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren darin aus, dass es in iterativer Weise in jedem Schritt ein vorher erzeugtes Zwischensignal mit dem, um einen der gegebenen Abstandswerte verschobenen, Zwischensignal kombiniert, wodurch die Signalpegel der kombinierten Signale erst vergleichbar werden und wodurch nicht interessierende Signalkomponenten erst sinnvoll unterdrückt werden können.Compared to methods according to the prior art, which combine several versions of a source signal shifted by given distance values, the method according to the invention is characterized in that in each step iteratively combines a previously generated intermediate signal with the one of the given distance values shifted, Intermediate signal combined, whereby the signal level of the combined signals can only be compared and whereby signal components that are not of interest can only be meaningfully suppressed.

Gegenüber der Verwendung von Selbstähnlichkeitsmatrizen entfällt beim erfindungsgemäßen Verfahren bei Kenntnis mehrerer, etwa n, Abstandswerte a1, ..., an die Betrachtung von mehreren, nämlich n, verschiedenen Teilergebnissen, hier Nebendiagonalen, da das erfindungsgemäße Verfahren unter Ausnutzung aller Abstandswerte ein einzelnes Resultatsignal erzeugt, das schließlich alleinig zur Ermittlung der gesuchten wiederholten Signalkomponenten herangezogen werden kann. Dieses Prinzip vermeidet fehlende Detektionen, die bei Verwendung von Selbstähnlichkeitsmatrizen dadurch resultieren können, dass einige, im Grenzfall sogar nur eine, der prägnanten Nebendiagonalen nicht detektiert wurden. Zudem ist beim erfindungsgemäßen Verfahren der allgemein zusätzlich nötige Schritt der Merkmalsextraktion nicht erforderlich.Compared to the use of self-similarity matrices, the method according to the invention dispenses with the consideration of several, namely n, different partial results, in this case secondary diagonals, if several, for example n, distance values a1, . . . are known, since the method according to the invention generates a single result signal using all distance values , which can ultimately be used solely to determine the repeated signal components sought. This principle avoids missing detections, which can result when using self-similarity matrices because some, in the limit case even only one, of the concise secondary diagonals were not detected. In addition, the generally additionally required step of feature extraction is not required in the method according to the invention.

Gegenüber der Konstellationssuche bietet das erfindungsgemäße Verfahren einerseits eine Möglichkeit, unmittelbar und ohne Schritt der Merkmalsextraktion aus dem Quellsignal wiederholte Signalkomponenten zu ermitteln. Weiterhin ist dies auch und gerade dann mit hoher Detektionsgüte möglich, wenn nur wenige charakteristische Abstandswerte bekannt sind.Compared to the constellation search, the method according to the invention offers on the one hand a possibility of determining repeated signal components directly and without a feature extraction step from the source signal. Furthermore, this is also and especially possible with a high detection quality when only a few characteristic distance values are known.

Anwendungsgebieteapplication areas

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet breite Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der signalbasierten Mustererkennung und zwar auf allen Anwendungsgebieten, in denen die Detektion von Nutzsignalen innerhalb von Quellsignalen eine Rolle spielt und die Nutzsignale, auch Signalkomponenten oder Nutzsignalkomponenten genannt, in irgendeiner Form wiederholt vorkommen. Besonders hervorzuheben sind hierbei eindimensionale und zweidimensionale Nutzsignale und Quellsignale. Im Falle der eindimensionalen Quellsignale bestehen bevorzugt Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Audiosignalverarbeitung, insbesondere der Verarbeitung akustischer Signale, der Verarbeitung von Sprachsignalen, der bioakustischen Mustererkennung und der Musiksignalverarbeitung. Wiederholt vorliegende Nutzsignale sind in diesen Anwendungsgebieten beispielsweise, aber nicht ausschließend, Maschinengeräusche bei regulärem Betrieb und/oder bei Defekten, Schrittgeräusche, Klopfgeräusche, menschliche Rufe, bioakustische Geräusche (Tierstimmen, -rufe, Bewegungsgeräusche) oder im musikalischen Rhythmus auftretende Geräusche. Nach Anwendung einer Spektraltransformation, beispielsweise Fouriertransformation, sind häufig eine Vielzahl weiterer wiederholter Nutzsignale vorzufinden, beispielsweise harmonische Komponenten von Musik, harmonische Komponenten menschlicher Sprache, die besonders bei tonalen Sprachlauten anzutreffen sind, oder sonstwelche Nutzsignale, die harmonische, auch Oberton genannte, Komponenten besitzen. Solche Komponenten sind nämlich dadurch gekennzeichnet, dass zu einer gegebenen Frequenz F (auch Grundfrequenz oder Grundton) ebenfalls die Frequenzen 2*F, 3*F, 4*F,... Energie aufweisen, somit wiederholte Auftreten der Nutzsignalkomponenten bei Frequenz F mit Abstandswerten F, 2*F, 3*F,... sind. Solch ein Szenario kann im erfindungsgemäßen Verfahren auch so aufgefasst werden, dass Abstandswerte a1=F, a2=F, a3=F, .... bekannt sind. Typischerweise wird die Menge der verwendeten Abstandswerte jedoch klein, z.B. kleiner als 10, und endlich sein. Ebenfalls typisch, wie etwa bei harmonischen Signalen aus den Bereichen Sprache, Musik und Bioakustik, ist eine zeitliche Variabilität der Grundfrequenz F. Zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet es sich deswegen in diesem Fall besonders an, jeweils kurze zeitliche Ausschnitte zu betrachten. In einer besonderen Ausgestaltung wird eine sinnvolle Grundfrequenz F, also hier ein sinnvoller Abstandswert a=F, soweit nicht vorab bekannt, geeignet vor Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens geschätzt. Hierbei wird typischerweise ein grober Wertebereich für F bekannt sein, innerhalb dessen unter Zuhilfenahme des Quellsignals die Schätzung erfolgen kann.The method according to the invention offers a wide range of possible applications in the field of signal-based pattern recognition in all areas of application in which the detection of useful signals within source signals plays a role and the useful signals, also known as signal components or useful signal components, occur repeatedly in some form. Particularly noteworthy here are one-dimensional and two-dimensional useful signals and source signals. In the case of the one-dimensional source signals, there are preferably possible applications in the field of audio signal processing, in particular the processing of acoustic signals, the processing of speech signals, bioacoustic pattern recognition and music signal processing. Repeatedly present useful signals in these areas of application are, for example, but not exclusively, machine noises during regular operation and/or in the event of defects, footstep noises, knocking noises, human calls, bioacoustic noises (animal voices, calls, movement noises) or noises occurring in the musical rhythm. After the application of a spectral transformation, for example Fourier transformation, a large number of other repeated useful signals are often found, for example harmonic components of music, harmonic components of human speech, which are particularly found in tonal speech sounds, or other useful signals that have harmonic components, also known as overtones. Such components are namely characterized in that the frequencies 2*F, 3*F, 4*F, F, 2*F, 3*F,... are. In the method according to the invention, such a scenario can also be understood such that distance values a1=F, a2=F, a3=F, . . . are known. Typically, however, the set of distance values used will be small, e.g., less than 10, and finite. A temporal variability of the fundamental frequency F is also typical, such as in the case of harmonic signals from the areas of speech, music and bioacoustics. In order to use the method according to the invention, it is therefore particularly appropriate in this case to consider short time excerpts. In a special embodiment, a meaningful basic frequency F, ie here a meaningful distance value a=F, is suitably estimated before the application of the method according to the invention, if this is not known in advance. In this case, a rough value range for F will typically be known, within which the estimation can take place with the aid of the source signal.

Bei zweidimensionalen Signalen kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders bevorzugt im Bereich der Bildverarbeitung und der Mustererkennung in der Bildverarbeitung eingesetzt werden. Einsatzmöglichkeiten sind insbesondere dort gegeben, wo bestimmte, exemplarisch bekannte Objekte, Objektkonstellationen, Gegenstände etc. als Teilbilder eines gegebenen Bildes gesucht werden, wobei die exemplarisch bekannten Objekte sich dadurch auszeichnen, dass bestimmte ihrer Teilkomponenten charakteristische Abstände voneinander haben, also Abstandswerte liefern, bevorzugt mindestens zwei Abstandswerte, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden können. Beispiele solcher Objekte und charakteristischer Abstandswerte sind Gebäude oder Gebäudegrundrisse mit gegebenen Abständen der parallelen Außenwände voneinander, weiterhin Luftbilder von Straßen mit Abständen von Fahrbahnen und/oder Fahrbahnbegrenzungen, weiterhin Fahrzeuge mit aus Länge und Durchmesser resultierenden Abständen, weiterhin Bilder, beispielsweise urheberrechtlich geschützte Bilder, in denen wiederholte Teilkomponenten, beispielsweise parallele Linienzüge, vorkommen, die charakteristische Abstände voneinander haben. Im letzteren Anwendungsfall kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise eine effiziente Methode zur Ermittlung der Verwendung eines gegebenen Bildes, etwa als Teilbild eines anderen Bildes, abgeleitet werden, wobei ein anwendungsrelevantes Anwendungsgebiet die Ermittlung von Urheberrechtsverletzungen ist.In the case of two-dimensional signals, the method according to the invention can be used particularly preferably in the field of image processing and pattern recognition in image processing. Possible uses are given in particular where certain, exemplary known objects, object constellations, objects, etc. are searched for as sub-images of a given image, with the exemplary known objects being characterized in that certain of their sub-components have characteristic distances from one another, i.e. provide distance values, preferably at least two distance values that can be used by means of the method according to the invention. Examples of such objects and characteristic distance values are buildings or building floor plans with given distances between the parallel outer walls, aerial photos of streets with distances between lanes and/or lane boundaries, also vehicles with distances resulting from length and diameter, further images, for example copyrighted images, in which repeated sub-components, for example parallel polylines, occur that have characteristic distances from each other. In the latter application, the method according to the invention can be used, for example, to derive an efficient method for determining the use of a given image, for example as a sub-image of another image, with an application-relevant area of application being the determination of copyright infringements.

Für das erfindungsgemäße Verfahren gibt es weiterhin Einsatzmöglichkeiten im Bereich der Funkaufklärung, sowie in der Überwachung und im Monitoring von Funkverkehr. Insbesondere besteht Anwendungspotenzial im Bereich des nicht autorisierten, oder auch „nicht kooperativen“, Empfangs. Hier gibt es Anwendungsszenarien, wo innerhalb eines erfassten Quellsignals, hier Funksignals, bestimmte Nutzsignale zu detektieren sind, von denen jedoch nicht die genaue Zeitposition und/oder die genaue Sendefrequenz bekannt sind. Bekannt sind aber in hier besonders bevorzugten Anwendungsszenarien Informationen über in diesen Nutzsignalen vorkommende Wiederholungen, genauer wiederholen sich Signalkomponenten zeitlich im Abstand bestimmter Abstandswerte und/oder in der Frequenz im Abstand bestimmter Frequenzabstände. Beispiele sind Burstsignale, etwa ARQ-Signale, oder Mehrträgersignale. Die Wiederholungen können dabei exakt oder auch nur annähernd exakt oder auch nur ähnlich sein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hier besonders vorteilhaft anzuwenden, wenn solche Nutzsignale zu detektieren sind, die sehr schwach sind, beispielsweise nur wenig stärker als das Hintergrundrauschen hervortreten. Weiterhin können solche Nutzsignale vom erfindungsgemäßen Verfahren besonders geeignet hervorgehoben werden, von denen eine oder mehrere der wiederholten Komponenten teilweise von anderen Signalen in Zeit und Frequenz überdeckt sind.There are also possible uses for the method according to the invention in the field of radio reconnaissance, as well as in the surveillance and monitoring of radio traffic. In particular, there is application potential in the area of unauthorized, or "non-cooperative" reception. There are application scenarios where specific useful signals are to be detected within a recorded source signal, in this case a radio signal, but the exact time position and/or the exact transmission frequency of which are not known. However, in application scenarios that are particularly preferred here, information is known about repetitions occurring in these useful signals; more precisely, signal components are repeated at intervals of certain interval values and/or in frequency at intervals of certain frequency intervals. Examples are burst signals, such as ARQ signals, or multi-carrier signals. The repetitions can be exact or only approximately exact or even similar. The method according to the invention can be used particularly advantageously here if useful signals are to be detected which are very weak, for example only slightly stronger than the background noise. Furthermore, such useful signals can be emphasized particularly suitably by the method according to the invention those in which one or more of the repeated components are partially obscured by other signals in time and frequency.

Gut geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren typischerweise auch zur Detektion von Störsignalen, also solchen Signalen, die unbeabsichtigt oder auch nicht kooperativ erzeugt wurden und sich in einem Frequenzsignal durch ungewollte Signalkomponenten äußern, und zudem andere Nutzsignale in unvorteilhafter Weise überlagern können. Störsignale liegen in einem Frequenzsignal oftmals in Form von in gewissen Abständen wiederholten Signalkomponenten vor. Hierbei gibt es ebenfalls oftmals vorab bekannte Abstandswerte, beispielsweise solche Abstände, die Vielfache der Wellenlänge oder der reziproken Wellenlänge der Netzspannungsfrequenz sind. Weiterhin ergeben sich oftmals Abstandswerte, die für bestimmte elektrische Geräte oder Maschinen charakteristisch sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann unter Ausnutzung solcher vorab bekannter Abstandswerte somit besonders vorteilhaft zu Detektion der resultierenden Störsignale eingesetzt werden.The method according to the invention is typically also well suited for detecting interference signals, i.e. signals that were generated unintentionally or not cooperatively and are expressed in a frequency signal by unwanted signal components, and can also disadvantageously superimpose other useful signals. Interfering signals are often present in a frequency signal in the form of signal components repeated at certain intervals. Here, too, there are often previously known distance values, for example distances that are multiples of the wavelength or the reciprocal wavelength of the mains voltage frequency. Furthermore, there are often distance values that are characteristic of specific electrical devices or machines. The method according to the invention can thus be used particularly advantageously for detecting the resulting interference signals using such previously known distance values.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den 4 und 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. In 4 zeigt (i) ein Quellsignal mit drei Signalkomponenten (Nutzsignalkomponenten) an den mit s1, s2 und s3 markierten Positionen. Dabei hat s1 von s2 den Abstand a, weiterhin hat s2 von s3 ebenfalls den Abstand a. Dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit die Abstandswerte a1=a und a2=a zugeführt. Gemäß einem realistischen Anwendungsszenario ist hier charakteristischerweise das Quellsignal so gewählt, dass es an keiner Stelle exakt gleich Null ist. Die in (i) dargestellten horizontalen Signalbereiche (vor s1, zwischen s1 und s2, zwischen s2 und s3 und hinter s3) bestehen somit aus Werten, die von Null verschieden sind. Dies Darstellung trägt dem in Anwendungsfällen charakteristischen Szenario Rechnung, bei dem ein irgendwie gewonnenes oder aufgezeichnetes Signal, auch an Stellen an denen keine Nutzsignale vorliegen zumindest aus einem irgendwie gearteten Rauschhintergrund aus größenordnungsmäßig kleinen Signalwerten, besteht. Sodann wird aus dem Quellsignal das Absolutsignal gebildet, welches im vorliegenden Anwendungsbeispiel jedoch mit dem Quellsignal übereinstimmt, somit nicht gesondert dargestellt ist. In 4 zeigt (i) somit auch gleichzeitig das Absolutsignal. Sodann wird durch Verschiebung um den Abstandswert a1=a das in (ii) dargestellte verschobene Absolutsignal x1 gebildet. Nachfolgend wird durch punktweise Produktbildung das in (iii) dargestellte Zwischensignal y1 gebildet, das sich für jedes n zu y1(n) = x(n)*x1(n), gleichbedeutend mit y1(n)=x(n)*x(n-a), ergibt. Aufgrund der Verschiebung um den Abstandswert a enthält das verschobene Absolutsignal (ii) die Signalkomponenten an den Stellen s1+a, s2+a und s3+a. Da somit im Absolutsignal (i) und im verschobenen Absolutsignal (ii) Signalkomponenten an den Stellen s1+a = s2 und s2+a = s3 vorkommen, enthält das Zwischensignal (iii) an diesen beiden Stellen besonders große Signalkomponenten, in (iii) bezeichnet mit S1 und S2. Da sich weiterhin im Absolutsignal (i) an der Stelle a1 und im verschobenen Absolutsignal (ii) an der Stelle s3+a jeweils eine Signalkomponente befindet und keines der Signale in irgendeinem Bereich gleich Null ist, sind im Zwischensignal (iii) durch die Produktbildung an diesen Stellen ebenfalls Signalkomponenten, bezeichnet mit G1 und G2, zu finden. Diese Komponenten sind jedoch nicht so stark ausgeprägt, wie die Komponenten S1 und S2. Es ist somit zu erkennen, wie der Schritt der Produktbildung Signalkomponenten, die in beiden der Signale (i) und (ii) an derselben Stelle vorkommen, gegenüber denen, die nur in einem der beiden Signal vorkommen, hervorhebt. The invention is based on one in the 4 and 5 illustrated preferred embodiment described. In 4 shows (i) a source signal with three signal components (useful signal components) at the positions marked s1, s2 and s3. In this case, s1 has the distance a from s2, and s2 also has the distance a from s3. The distance values a1=a and a2=a are thus supplied to the method according to the invention. According to a realistic application scenario, the source signal is typically selected in such a way that it is not exactly equal to zero at any point. The horizontal signal areas shown in (i) (in front of s1, between s1 and s2, between s2 and s3 and behind s3) thus consist of non-zero values. This representation takes into account the scenario that is characteristic of applications, in which a signal obtained or recorded in some way, even at points where no useful signals are present, consists of at least some type of noise background made up of signal values that are small in the order of magnitude. The absolute signal is then formed from the source signal, which in the present application example, however, corresponds to the source signal and is therefore not shown separately. In 4 (i) shows the absolute signal at the same time. The shifted absolute signal x1 shown in (ii) is then formed by shifting by the distance value a1=a. The intermediate signal y1 shown in (iii) is then formed by point-by-point product formation, which for each n becomes y1(n) = x(n)*x1(n), equivalent to y1(n)=x(n)*x( well), results. Due to the shift by the distance value a, the shifted absolute signal (ii) contains the signal components at positions s1+a, s2+a and s3+a. Since signal components occur in the absolute signal (i) and in the shifted absolute signal (ii) at the points s1+a=s2 and s2+a=s3, the intermediate signal (iii) contains particularly large signal components at these two points, denoted in (iii). with S1 and S2. Since there is also a signal component in the absolute signal (i) at point a1 and in the shifted absolute signal (ii) at point s3+a and none of the signals is equal to zero in any area, the intermediate signal (iii) is due to the product formation signal components, denoted by G1 and G2, can also be found in these positions. However, these components are not as pronounced as components S1 and S2. It can thus be seen how the product formation step emphasizes signal components which occur at the same place in both signals (i) and (ii) over those which only occur in one of the two signals.

5 zeigt die Auswirkung des nachfolgenden Schritts der Minimumbildung des Zwischensignals mit dem verschobenen Zwischensignal. Zu besseren Illustration der Funktionsweise der Minimumbildung ist in (i) von 5 ein Zwischensignal y (Bezeichnung aus 1) dargestellt, dass mit dem in 4 (i) dargestellten Absolutsignal übereinstimmt. Neben eine Illustration des Funktionsprinzips der Minimumbildung wird somit ein Vergleich zum Funktionsprinzip der Produktbildung ermöglicht. Das Signal in 5 (i) zeigt wiederum an den Positionen s1, s2 und s3 ausgeprägte Signalkomponenten (ein sich dreimalig wiederholendes Nutzsignal), wobei zwischen s1 und s2 sowie zwischen s2 und s3 jeweils ein Abstandswert von a vorliegt. In (ii) ist wiederum eine um einen Abstandswert a verschobene Version des Signals aus (i) dargestellt, das verschobene Zwischensignal x2 (Bezeichnung aus 1). Letzteres zeigt ausgeprägte Signalkomponenten an den Stellen s1+a, s2+a und s3+a. In (iii) ist das aus der Produktbildung bestimmte Resultatsignal zu sehen, das sich an jeder Stelle n mathematisch als y(n) = Min(y1(n),x2(n)) berechnet. Da das Zwischensignal y1 (i) und das verschobene Zwischensignal x2 (ii) jeweils an den Stellen s2=s1+a und s3=s2+a ausgeprägte Signalkomponenten aufweisen, weist das Resultatsignal y (iii) an diesen Stellen auch nach der Minimumbildung ausgeprägte Signalkomponenten, bezeichnet mit S1 und S2, auf. Für die Stellen s1 und s3+a, an denen nur eines der beiden Signale y1 (i) und x2 (ii) eine ausgeprägte Signalkomponente aufweist, bewirkt die Minimumbildung eine Unterdrückung von Signalkomponenten, so dass an diesen Stellen im Resultatsignal y (iii) keine ausgeprägten Signalkomponenten auftreten. 5 shows the effect of the subsequent step of minimizing the intermediate signal with the shifted intermediate signal. For a better illustration of how the minimum formation works, see (i) of 5 an intermediate signal y (designation from 1 ) shown that with the in 4 (i) shown absolute signal. In addition to an illustration of the functional principle of minimum formation, a comparison with the functional principle of product formation is thus made possible. The signal in 5 (i) shows signal components (a useful signal repeated three times) at positions s1, s2 and s3, with a distance value of a between s1 and s2 and between s2 and s3. In (ii) again a version of the signal from (i) shifted by a distance value a is shown, the shifted intermediate signal x2 (designation from 1 ). The latter shows distinct signal components at the positions s1+a, s2+a and s3+a. In (iii) the result signal determined from the product formation can be seen, which is calculated mathematically at each point n as y(n) = Min(y1(n),x2(n)). Since the intermediate signal y1 (i) and the shifted intermediate signal x2 (ii) each have pronounced signal components at the points s2=s1+a and s3=s2+a, the result signal y (iii) has pronounced signal components at these points even after the minimum formation , labeled S1 and S2. For the points s1 and s3+a, at which only one of the two signals y1 (i) and x2 (ii) has a pronounced signal component, the formation of the minimum causes a suppression of signal components, so that at these points in the result signal y (iii) there are no pronounced signal components occur.

Der Schritt der Produktbildung bewirkt in vorteilhafter Weise eine Verstärkung von im Abstand a in einem Quellsignal wiederholten Signalkomponenten. Die in der Produktbildung resultierenden Komponenten G1 und G2 werden auch als Geisterkomponenten bezeichnet, da sie im nach der Produktbildung resultierenden Signal zusätzliche, im Quellsignal nicht vorhandene Signalkomponenten darstellen können. Insbesondere resultieren für jede in einem Quellsignal vorhandene Signalkomponente, die sich nicht im vorgegebenen Abstand a wiederholt, die also kein durch das erfindungsgemäße Verfahren zu verstärkendes oder zu detektierendes Nutzsignal darstellt, zwei Geisterkomponenten. Eine wesentliche Einsicht, die dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegt ist, dass der Schritt der Minimumbildung den gegenteiligen Effekt der Produktbildung bewirkt, indem solche Signalkomponenten unterdrückt werden, die sich nicht im Abstand a wiederholen. Deswegen ist es besonders vorteilhaft, die beiden Schritte der Produktbildung und der Minimumbildung, wie im erfindungsgemäßen Verfahren offenbart, zu kombinieren.The step of product formation advantageously brings about an amplification of signal components repeated at a distance a in a source signal. The components G1 and G2 resulting in product formation are also referred to as ghost components, since they can represent additional signal components in the signal resulting after product formation that are not present in the source signal. In particular, two ghost components result for each signal component present in a source signal which is not repeated at the predetermined distance a, ie which does not represent a useful signal to be amplified or detected by the method according to the invention. An essential insight on which the method according to the invention is based is that the step of minimum formation has the opposite effect of product formation by suppressing those signal components which are not repeated at the distance a. It is therefore particularly advantageous to combine the two steps of product formation and minimum formation, as disclosed in the method according to the invention.

6 illustriert den dargestellten Sachverhalt anhand eines Absolutsignals zu einem Quellsignal, dass aus einem Leistungsdichtespektrum eines Funksignals gewonnen wurde. In dem Absolutsignal sind wiederholte, mit A bezeichnete Signalkomponenten sichtbar, die im vorliegenden Anwendungsfall durch Störsignale erzeugt wurden. Benachbarte Signalkomponenten A haben voneinander einen Abstandswert von a = 2430 Hertz. Weiterhin zeigt 6 drei sonstige besonders ausgeprägte Signalkomponenten, bezeichnet mit B, die jedoch mit den interessierenden Störsignalen nichts zu tun haben. Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nun die Hervorhebung und Detektion der Signalkomponenten A unter Ausnutzung des bekannten Abstandswerts a. 7 zeigt die Auswirkung der einmaligen Anwendung eines Schritts der Produktbildung zur Bestimmung eines Zwischensignals. Neben einer Verstärkung der Komponenten des interessierenden Störsignals A ist deutlich die Ausprägung von Geisterkomponenten B' zu den nicht interessierenden Signalkomponenten B zu erkennen. 8 dient der Illustration des Effekts einer nochmaligen Anwendung des Schritts der Produktbildung, bei der ein Produktsignal des Zwischensignals aus 7 mit einer um a verschobenen Version ebendieses Zwischensignals gebildet wird. Es ist zu erkennen, wie neben einer weiteren Verstärkung der interessierenden Signalkomponenten A weitere Geisterkomponenten B'' entstehen. 6 illustrates the facts presented using an absolute signal for a source signal that was obtained from a power density spectrum of a radio signal. Repeated signal components, denoted by A, are visible in the absolute signal, which were generated by interference signals in the present application. Neighboring signal components A have a distance from one another of a=2430 Hertz. Furthermore shows 6 three other particularly pronounced signal components, denoted by B, which, however, have nothing to do with the interference signals of interest. The aim of the method according to the invention is now to emphasize and detect the signal components A using the known distance value a. 7 Figure 12 shows the effect of applying a product formation step once to determine an intermediate signal. In addition to an amplification of the components of the interference signal A of interest, the development of ghost components B′ relative to the signal components B of no interest can be clearly seen. 8th serves to illustrate the effect of a repeated application of the product formation step, in which a product signal of the intermediate signal from 7 is formed with a version of this intermediate signal that is shifted by a. It can be seen how, in addition to a further amplification of the signal components A of interest, further ghost components B'' arise.

Gegenüber der gerade dargestellten Methode der zweimaligen Produktbildung zeigt 9 das aus dem erfindungsgemäßen Verfahren entstehende Resultatsignal. Hier ist klar zu erkennen, wie im Abstand das Abstandswertes a die Signalkomponenten des interessierenden Störsignals hervorgehoben sind. Die im ursprünglichen Absolutsignal (6) vorhandenen nicht interessierenden Signalkomponenten B sind im Signal in 9 stark unterdrückt und nicht oder nur sehr schwer zu erkennen. Geisterkomponenten sind ebenfalls nicht zu erkennen. Es ist einleuchtend, wie aus dem Resultatsignal in 9 auf einfache Weise und nach dem Stand der Technik durch Methoden zur Detektion lokaler Energieanhäufungen oder lokaler Maxima die Positionen der interessierenden Signalkomponenten ermittelt werden können.Compared to the method of double product formation just presented 9 the result signal resulting from the method according to the invention. It can be clearly seen here how the signal components of the interference signal of interest are emphasized in the distance of the distance value a. In the original absolute signal ( 6 ) existing signal components B that are not of interest are in the signal in 9 strongly suppressed and not or only with great difficulty recognized. Ghost components are also not visible. It is obvious how from the result signal in 9 the positions of the signal components of interest can be determined in a simple manner and according to the prior art by methods for detecting local energy accumulations or local maxima.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens (der Verfahrensablauf selbst ist dargestellt in 3) ist in den 6, 9, 10 und 11 illustriert. Die 6 zeigt, wie im Vorherigen bereits dargestellt, ein Absolutsignal welches aus einem Quellsignal durch Spektraltransformation, hier Fouriertransformation, mit anschließender Bildung des Absolutsignals gebildet wurde. Es sei im übrigen erwähnt, dass alternativ und nach dem Stand der Technik weitere Schritte der Signaltransformation, insbesondere die Bildung von Signalquadraten, die Bildung von höheren Signalpotenzen, die Bildung von Logarithmen und/oder Signalskalierungen als punktweise Operationen auf dem Absolutsignal durchgeführt werden können, bevor eine weitere Verarbeitung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt. Das dabei resultierende Signal wird dann an Stelle des Absolutsignals (2a, 3) der weiteren Verarbeitung zugeführt. 9 zeigt dann, wie bereits dargestellt, das mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte Resultatsignal y (8 in 3). 10 zeigt das im Schritt 9 (3) mittels gefensterter Fouriertransformation berechnete Spektrogramm S = S(1),...,S(r) (10 in 3). Die Vektoren S(1), S(2),... sind dabei in fortlaufender Weise in den Spalten der in 10 mittels Intensitätswerten dargestellten Matrix S dargestellt. Dunkle Werte bedeuten dabei ausgeprägte (große) Werte. Deutlich ist wieder zu erkennen, wie sich Signalkomponenten im Abstand a ausprägen. Die zur Bestimmung der gefensterten Fouriertransformation gewählte Fensterbreite entspricht im dargestellten Beispiel 1500 Hz, die gewählte Schrittweite beträgt 500 Hz. Neben der erkennbaren Ausgeprägtheit der Signalkomponenten ist zu erkennen, dass jede der Komponenten ein horizontales, relativ gleichförmiges Linienmuster aufweist. Dieses innerhalb der Komponenten gleichförmige Muster bewirkt im Übrigen bei der weiteren Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine besonders starke Ausprägung der interessierenden Signalkomponenten A. Es zeigt nämlich 11 das im Schritt 11 (gemäß 3) bestimmte zweite Resultatsignal y' (in 11 mit 1 bezeichnet), welches im vorliegenden Anwendungsbeispiel durch den Vergleich benachbarter Vektoren von S gewonnen wurde, genauer durch Skalarprodukte energienormierter benachbarter Vektoren. So enthält der Wert y'(i) im Anwendungsbeispiel, jedoch alternative Vergleichsmethoden nicht ausschließend, das Skalarprodukt von energienormierten Versionen der Vektoren S(i) und S(i+1), in der Fachliteratur auch als Kosinusmaß bezeichnet. Lediglich Beispiele weiterer möglicher Abstandswerte sind die wechselseitige Entropie, der euklidische Abstand, der Abstand bezüglich eine beliebigen Vektornorm bzw. Metrik, oder die Kullback-Leibler (KL-) Divergenz.A preferred embodiment of the method according to the invention (the process sequence itself is shown in 3 ) is in the 6 , 9 , 10 and 11 illustrated. the 6 shows, as already explained above, an absolute signal which was formed from a source signal by spectral transformation, here Fourier transformation, with subsequent formation of the absolute signal. It should also be mentioned that alternatively and according to the prior art, further steps of signal transformation, in particular the formation of signal squares, the formation of higher signal powers, the formation of logarithms and/or signal scaling can be carried out as point-by-point operations on the absolute signal before further processing with the method according to the invention takes place according to a preferred embodiment. The resulting signal is then used instead of the absolute signal (2a, 3 ) for further processing. 9 then shows, as already shown, the result signal y (8 in 3 ). 10 shows that in step 9 ( 3 ) spectrogram S = S(1),...,S(r) (10 in 3 ). The vectors S(1), S(2),... are sequentially in the columns of the in 10 matrix S represented by intensity values. Dark values mean pronounced (large) values. It can be clearly seen again how signal components develop at distance a. The window width selected to determine the windowed Fourier transformation corresponds to 1500 Hz in the example shown, the selected step size is 500 Hz. In addition to the recognizable distinctiveness of the signal components, it can be seen that each of the components has a horizontal, relatively uniform line pattern. This pattern, which is uniform within the components, causes a particularly strong expression of the signal components A of interest during the further implementation of the method according to a further preferred embodiment 11 that in step 11 (according to 3 ) determined second result signal y' (in 11 denoted by 1), which in the present application example benach by comparison barter vectors of S, more precisely by scalar products of energy normalized neighboring vectors. The value y'(i) in the application example contains the scalar product of energy-normalized versions of the vectors S(i) and S(i+1), also referred to as the cosine measure in the technical literature, but this does not exclude alternative comparison methods. Mere examples of other possible distance values are the mutual entropy, the Euclidean distance, the distance with respect to any vector norm or metric, or the Kullback-Leibler (KL) divergence.

11 zeigt weiterhin, wie die Positionen zu den interessierenden Signalkomponenten (A) mittels eines Verfahrens zur sogenannten spektralen Segmentierung nach dem Stand der Technik aus dem zweiten Resultatsignal (1) bestimmt werden können. Dieses Verfahren arbeitet wie folgt: aus dem zweiten Resultatsignal (1) wird durch Tiefpassfilterung ein erstes Hilfssignal (2) erzeugt, das eine geglättete Version des Resultatsignals darstellt. Daraufhin wird durch Tiefpassfilterung des um das erste Hilfssignal (2) verminderten zweiten Resultatsignals (1) ein zweites Hilfssignal (3) erzeugt. Nach Ermittlung der Schnittpunkte des zweiten Hilfssignals (3) mit dem zweiten Resultatssignal (1) wird für jeden solchen Schnittpunkt die Position des bezüglich einer lokal beschränkten Nachbarschaft minimalen Werts des zweiten Resultatssignals (1) bestimmt. Im Beispiel in 11 sind die Positionen dieser minimalen Werte mit Dreiecken bezeichnet. Benachbarte Dreiecke werden als Intervallgrenzen zur Bestimmung möglicherweise interessierender Signalkomponenten herangezogen. Eine linke Intervallgrenze wird dabei gebildet, wenn der rechtsseitige Teil des zweiten Resultatssignals (3) (d.h. das Signal rechts von der ermittelten Intervallgrenze) steigend ist, im Beispiel ist solch eine linke Intervallgrenze mit (4a) bezeichnet. Eine rechte Intervallgrenze wird dabei weiterhin gebildet, wenn der linksseitige Teil des zweiten Resultatssignals (3) (d.h. das Signal links von der ermittelten Intervallgrenze) steigend ist, im Beispiel ist solch eine rechte Intervallgrenze mit (4b) bezeichnet. Daraufhin wird ein Signifikanzwert aus der Energiedifferenz (aushilfsweise Summe der Signaldifferenzen) zwischen dem zweiten Resultatsignal (1) und dem zweiten Hilfssignal (3) zwischen allen Paaren unmittelbar benachbarter linker und rechter Intervallgrenzen gebildet. Im dargestellten Beispiel hat der so ermittelte Signifikanzwert zwischen der linken Intervallgrenze (4a) und der rechten Intervallgrenze (4b) den einheitslosen Wert 3,25. Zu jedem ermittelten Intervall wird schließlich eine Erkennungsmeldung für eine potenziell interessierende Signalkomponente genau dann ausgegeben, wenn der zugehörige Signifikanzwert einen vorab festgelegten Schwellwert überschreitet. In 11 sind sechs solche schließlich gemeldete Intervalle mit einer Raute markiert. 12 zeigt schließlich ein Anwendungsszenario des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall mehrdimensionaler Signale gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, hier für den beispielhaften Fall von zwei Dimensionen. Das Beispiel zeigt ein umrahmtes (zweidimensionales) Bild, in dem vier Fahrzeuge (1), (2), (3) und (4) in Draufsicht dargestellt sind. Die Figur zeigt (nicht zum Bildinhalt gehörig) die Abmessungen (a1) bis (a6) der Fahrzeuge, wobei die Fahrzeuge (1), (2) und (4) in Länge und Breite dieselben Abmessungen (a1) (a2) und (a3) besitzen. Die Abmessungen (a4), (a5) und (a6) des Fahrzeugs (3) sind davon abweichend. Das erfindungsgemäße Verfahren kann nun beispielsweise, bei vorheriger Kenntnis eines Fahrzeugs vom Typ (1) und dessen Abmessungen, zur Hervorhebung der Fahrzeugpositionen verwendet werden, indem die bekannten vertikalen Abstände (a2) und (a3) der mehrdimensionalen Ausgestaltung nach Anspruch 9 zugeführt werden, wobei als Dimensionswerte zweimal die vertikale (oder y-) Dimension gewählt wird. Wie das Beispiel zeigt, bietet sich beim Vorliegen von Kanten bzw. Linien und Abständen zwischen solchen Linien an, vorab der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Verfahren zur Hervorhebung von Kanten, etwa ein Filterungsverfahren nach dem Stand der Technik, anzuwenden. 11 also shows how the positions of the signal components (A) of interest can be determined from the second result signal (1) by means of a method for so-called spectral segmentation according to the prior art. This method works as follows: a first auxiliary signal (2), which represents a smoothed version of the result signal, is generated from the second result signal (1) by low-pass filtering. A second auxiliary signal (3) is then generated by low-pass filtering the second result signal (1) reduced by the first auxiliary signal (2). After determining the points of intersection of the second auxiliary signal (3) with the second result signal (1), the position of the minimum value of the second result signal (1) with respect to a locally limited neighborhood is determined for each such point of intersection. In the example at 11 the positions of these minimum values are marked with triangles. Neighboring triangles are used as interval boundaries to determine signal components that may be of interest. A left interval boundary is formed when the right-hand part of the second result signal (3) (ie the signal to the right of the determined interval boundary) is rising; in the example, such a left interval boundary is denoted by (4a). A right interval boundary is also formed when the left-hand part of the second result signal (3) (ie the signal to the left of the determined interval boundary) is rising; in the example, such a right interval boundary is denoted by (4b). A significance value is then formed from the energy difference (temporary sum of the signal differences) between the second result signal (1) and the second auxiliary signal (3) between all pairs of immediately adjacent left and right interval boundaries. In the example shown, the significance value determined in this way between the left interval limit (4a) and the right interval limit (4b) has the unitless value 3.25. Finally, for each determined interval, a detection message for a potentially interesting signal component is output precisely when the associated significance value exceeds a previously specified threshold value. In 11 six such finally reported intervals are marked with a diamond. 12 finally shows an application scenario of the method according to the invention for the case of multidimensional signals according to a further preferred embodiment, here for the exemplary case of two dimensions. The example shows a framed (two-dimensional) image in which four vehicles (1), (2), (3) and (4) are shown in top view. The figure shows (not part of the image content) the dimensions (a1) to (a6) of the vehicles, vehicles (1), (2) and (4) having the same length and width dimensions (a1), (a2) and (a3 ) own. The dimensions (a4), (a5) and (a6) of the vehicle (3) are different. The method according to the invention can now be used, for example, with prior knowledge of a vehicle of type (1) and its dimensions, to highlight the vehicle positions by the known vertical distances (a2) and (a3) of the multidimensional configuration according to claim 9 are supplied, where twice the vertical (or y) dimension is chosen as dimension values. As the example shows, if edges or lines and distances between such lines are present, it is advisable to use a method for emphasizing edges, such as a filtering method according to the prior art, before using the method according to the invention.

Druckschriftenpamphlets

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  • [Gardner 1986] Gardner, W. (1986): The Spectral Correlation Theory of Cyclostationary Time-Series, Signal Processing 11, S. 13-36.[Gardner 1986] Gardner, W. (1986): The Spectral Correlation Theory of Cyclostationary Time-Series, Signal Processing 11, pp. 13-36.
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Claims (17)

Verfahren zur Hervorhebung und Detektion wiederholt auftretender Nutzsignalkomponenten innerhalb eines Quellsignals bei dem - ein eindimensionales Quellsignal q als Folge von Signalwerten vorliegt, - zwei Abstandswerte a1 und a2 als Schätzung der Abstände wiederholt auftretender Nutzsignalkomponenten bekannt sind, umfassend die Schritte - dass aus dem Quellsignal q punktweise Absolutwerte gewonnen werden, x(n) = |q(n)|, resultierend in einem Absolutsignal x, - dass eine um a1 Signalwerte verschobene Version x1 von x gebildet wird, x1(n) = x(n-a1), - dass durch punktweise Produktbildung ein Zwischensignal y1 gebildet wird, y1(n) = x1(n)*x(n), - dass eine um a2 Signalwerte verschobene Version x2 des Zwischensignals y1 gebildet wird, x2(n) = y1(n-a2), - dass durch punktweise Minimumbildung von x2 und y1 ein Resultatssignal y gebildet wird, y(n) = Min(x2(n), y1(n)), - dass aus dem Resultatsignal y durch Auffinden lokaler Maxima oder lokaler Energieanhäufungen Kandidatenpositionen bestimmt werden, - dass aus jeder der Kandidatenpositionen unter Berücksichtigung der Abstandswerte a1 und a2 Wiederholungspositionen im Quellsignal x bestimmt werden - dass die ermittelten Wiederholungspositionen zur weiteren Verarbeitung ausgegeben werden.Method for emphasizing and detecting repeatedly occurring useful signal components within a source signal in which - a one-dimensional source signal q is available as a sequence of signal values, - two distance values a1 and a2 are known as estimates of the distances of repeatedly occurring useful signal components, comprising the steps - that absolute values are obtained point by point from the source signal q, x(n) = |q(n)|, resulting in an absolute signal x, - that a version x1 of x shifted by a1 signal values is formed, x1(n) = x(n-a1), - that an intermediate signal y1 is formed by product formation point by point, y1(n) = x1(n)*x(n), - that a version x2 of the intermediate signal y1 shifted by a2 signal values is formed, x2(n) = y1(n-a2), - that by forming a minimum of x2 and y1 point by point, a result signal y is formed, y(n) = Min(x2(n), y1(n)), - that candidate positions are determined from the result signal y by finding local maxima or local energy accumulations, - that repetition positions in the source signal x are determined from each of the candidate positions, taking into account the distance values a1 and a2 - That the repetition positions determined are output for further processing. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Falle verschiedener Abstandswerte a1 und a2 für zwei bestimmte Kandidatenpositionen k1 und k2, für die k1=k2+a1 exakt oder näherungsweise gilt, als Wiederholungspositionen k2, k2-a2 und k2-a2-a1 ausgegeben werden.procedure after claim 1 , in which, in the case of different distance values a1 and a2 for two specific candidate positions k1 and k2, for which k1=k2+a1 applies exactly or approximately, k2, k2-a2 and k2-a2-a1 are output as repetition positions. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt der punktweisen Produktbildung vor der punktweisen Minimumbildung ausgeführt wird.procedure after claim 1 , in which the pointwise product formation step is carried out before the pointwise minimum formation step. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem im Falle verschiedener Abstandswerte a1 und a2 für zwei bestimmte Kandidatenpositionen k1 und k2, für die k1=k2+a2 exakt oder näherungsweise gilt, als Wiederholungspositionen k1, k1-a2 und k1-a2-a1 ausgegeben werden.procedure after claim 3 , in which, in the case of different distance values a1 and a2 for two specific candidate positions k1 and k2, for which k1=k2+a2 applies exactly or approximately, k1, k1-a2 and k1-a2-a1 are output as repetition positions. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem im Falle gleicher Abstandswerte a1=a2 für jede bestimmte Kandidatenposition mit dem Wert k eine Wiederholungsposition w = k-a1 bestimmt wird.Procedure according to one of Claims 1 - 4 , in which, in the case of the same distance values a1=a2, a repetition position w=k-a1 is determined for each specific candidate position with the value k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem im Falle verschiedener Abstandswerte a1 und a2 für eine Kandidatenposition k als Wiederholungspositionen k, k-a1, k-a2 und k-a2-a1 bestimmt werden.Procedure according to one of Claims 1 - 5 , in which, in the case of different distance values a1 and a2 for a candidate position k, k, k-a1, k-a2 and k-a2-a1 are determined as repetition positions. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, bei dem eine beliebige endliche Zahl K von Abstandswerten a1,...,aK bekannt sind, wobei K größer als zwei ist, das Absolutsignal mit y0 bezeichnet wird (y0=x) und an Stelle der Bildung eines Zwischensignals nunmehr eine Folge von K+1 Zwischensignalen y1,...,y(K+1) gebildet wird, wobei jedes Zwischensignal y(i+1) aus dem vorhergehenden Zwischensignal yi und einer verschobenen Version yi(n-di) hiervon, entweder durch Minimumbildung, y(i+1) (n) = Min(yi(n), yi(n-ai)), oder durch Produktbildung, y(i+1) (n) = yi(n)*yi(n-ai), bestimmt wird, und das Resultatsignal y schließlich aus yK gebildet wird, y(n)=yK(n), wobei jedoch mindestens eines der Zwischensignale durch Produktbildung und mindestens eines der Zwischensignale durch Minimumbildung gebildet wird.Procedure according to one of Claims 1 or 3 , for which any finite number K of distance values a1,...,aK are known, where K is greater than two, the absolute signal is denoted by y0 (y0=x) and instead of forming an intermediate signal, now a sequence of K +1 intermediate signals y1,...,y(K+1), where each intermediate signal y(i+1) is formed from the previous intermediate signal yi and a shifted version yi(n-di) thereof, either by minimizing, y( i+1) (n) = Min(yi(n), yi(n-ai)), or by product formation, y(i+1) (n) = yi(n)*yi(n-ai). and the result signal y is finally formed from yK, y(n)=yK(n), but at least one of the intermediate signals is formed by product formation and at least one of the intermediate signals is formed by minimum formation. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem alle Abstandswerte a1,...,aK übereinstimmen und, falls K=2*M eine gerade Zahl ist, für jede Kandidatenposition k als Wiederholungsposition die Zahl k-a1*M bestimmt wird, und, falls K=2*M+1 eine ungerade Zahl ist, für jede Kandidatenposition k als Wiederholungsposition die Zahl k-a1*M oder die Zahl k-a1*(M+1) bestimmt wird.procedure after claim 7 , in which all distance values a1,...,aK agree and, if K=2*M is an even number, the number k-a1*M is determined as repetition position for each candidate position k, and, if K=2*M +1 is an odd number, for each candidate position k, the number k-a1*M or the number k-a1*(M+1) is determined as the repetition position. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Quellsignal ein N-dimensionales Signal ist, q=q(n1,...,nD), somit auch das Absolutsignal x=x(x1,...,xN), und zusätzlich zur Liste von Abstandswerten a1,..., ak eine Spezifikationsliste d1,..., dk auszuwählender Dimensionen vorliegt und sich jeder einzelne der Schritte der Minimum- bzw. Produktbildung nunmehr auf jeweils eine einzelne der D Dimensionen wie in der Spezifikationsliste angegeben bezieht, im Falle von di=j und der Minimumbildung somit y(i+1) (n1,...,nD) = Min(yi(n1,..., nj,..., nD) , yi(n1,..., nj-ai,..., nD)) bzw. im Falle der Produktbildung y(i+1) (n1,...,nD) = yi(n1, ..., nj , ..., nD) *yi(n1,...,nj-ai,...,nD).Method according to one of the preceding claims, in which the source signal is an N-dimensional signal, q=q(n1,...,nD), thus also the absolute signal x=x(x1,...,xN), and additionally for the list of distance values a1,..., ak there is a specification list d1,..., dk of dimensions to be selected and each individual step of minimum or product formation now relates to one individual of the D dimensions as specified in the specification list, in the case of di=j and the formation of the minimum, y(i+1) (n1,...,nD) = Min(yi(n1,..., nj,..., nD) , yi(n1,. .., nj-ai,..., nD)) or in the case of product formation y(i+1) (n1,...,nD) = yi(n1, ..., nj , ..., nD) *yi(n1,...,nj-ai,...,nD). Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, bei dem aus dem Quellsignal q zunächst die diskrete Fouriertransformierte Dq bestimmt wird, das Absolutsignal x aus dem Absolutbetrag der Fouriertransformierten bestimmt wird, x = |Dq|, aus dem Resultatsignal y vor dem Schritt des Auffindens lokaler Maxima mittels gefensterter Fouriertransformation ein Spektrogramm STFT[y] gewonnen wird und aus dem Spektrogramm durch punktweises Normieren der Spalten oder durch paarweisen Vergleich benachbarter Spalten ein zweites Resultatsignal y' gewonnen wird, was an Stelle von y der weiteren Verarbeitung zugeführt wird.Procedure according to one of Claims 1 - 8th , in which the discrete Fourier transform Dq is first determined from the source signal q, the absolute signal x is determined from the absolute value of the Fourier transform, x = |Dq|, a spectrogram STFT[ from the result signal y before the step of finding local maxima using windowed Fourier transformation y] is obtained and a second result signal y' is obtained from the spectrogram by normalizing the columns point by point or by comparing adjacent columns in pairs, which is fed to further processing instead of y. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kandidatenpositionen aus dem Resultatsignal mittels Verfahren zur spektralen Segmentierung ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, in which the candidate positions are determined from the result signal using methods for spectral segmentation. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem an einer oder mehreren Stellen an Stelle der Produktbildung eine Summenbildung vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, in which a summation is carried out at one or more points instead of the product formation. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem an einer oder mehreren Stellen an Stelle der Produktbildung eine Maximumbildung vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, in which a maximum is formed at one or more points instead of the product being formed. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem im Schritt der Bestimmung eines Zwischensignals an Stelle der Bestimmung eines einzelnen Zwischensignals bezüglich eines vorgegebenen Abstandswertes a nunmehr für eine Menge von zu a ähnlichen Abstandswerten eine Menge von Zwischensignalen gebildet wird, aus der nur dasjenige Zwischensignal der weiteren Verarbeitung zugeführt wird, das besonders ausgeprägte Signalkomponenten aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which, in the step of determining an intermediate signal, instead of determining an individual intermediate signal with regard to a predetermined distance value a, a set of intermediate signals is now formed for a set of distance values similar to a, from which only that intermediate signal of the further Processing is supplied, which has particularly pronounced signal components. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Quellsignal ein N-dimensionales Signal ist, q=q(n1,...,nD), somit auch das Absolutsignal x=x x1,...,xN), und eine Liste von N-dimensionalen Abstandsvektoren a1,...,ak vorliegt und das j-te verschobene Zwischensignal xj durch Verschiebung des j-ten Zwischensignals um den j-ten Abstandsvektor aj=(aj1, ..., ajD) als xj (n1, ..., nD) = yj (n1-aji,...,nD-ajD) gebildet wird.Method according to one of the preceding claims, in which the source signal is an N-dimensional signal, q=q(n1,...,nD), thus also the absolute signal x=x x1,...,xN), and a list of N-dimensional distance vectors a1,...,ak and the j-th shifted intermediate signal xj by shifting the j-th intermediate signal by the j-th distance vector aj=(aj1,...,ajD) as xj (n1, ..., nD) = yj (n1-aji,...,nD-ajD) is formed. Vorrichtung zur Hervorhebung und Detektion wiederholt auftretender Nutzsignalkomponenten innerhalb eines Quellsignals umfassend Mittel zum Einlesen eines in Form einer Folge von Signalwerten vorliegenden eindimensionalen Quellsignals q, Mittel zur Schätzung zweier Abstandswerte a1 und a2 der Abstände wiederholt auftretender Nutzsignalkomponenten, Mittel zur Erzeugung punktweiser Absolutwerte aus dem Quellsignal q, x(n) = |q(n)|, resultierend in der Erzeugung eines Absolutsignals x, Mittel zur Bildung einer um a1 Signalwerte verschobenen Version x1 von x, x1(n) = x(n-a1), Mittel zur punktweisen Produktbildung eines Zwischensignals y1, y1(n) = x1(n)*x(n), Mittel zur Erzeugung einer um a2 Signalwerte verschobenen Version x2 des Zwischensignals y1, x2(n) = y1(n-a2), Mittel zur punktweisen Minimumbildung von x2 und y1 Mittel zur Erzeugung eines Resultatssignals y, y(n) = Min(x2(n), y1(n)), Mittel zum Auffinden lokaler Maxima oder lokaler Energieanhäufungen zwecks Bestimmung von Kandidatenpositionen aus dem Resultatsignal y, Mittel zur Bestimmung von Wiederholungspositionen im Quellsignal x aus jeder der Kandidatenpositionen unter Berücksichtigung der Abstandswerte a1 und a2 Mittel zur Ausgabe der ermittelten Wiederholungspositionen.Device for emphasizing and detecting repeatedly occurring useful signal components within a source signal full Means for reading in a in the form of a sequence of signal values present one-dimensional source signal q, Means for estimating two distance values a1 and a2 of the distances between repeatedly occurring useful signal components, means for generating pointwise absolute values from the source signal q, x(n) = |q(n)|, resulting in the generation of an absolute signal x, means for forming a version x1 of x shifted by a1 signal values, x1(n) = x(n-a1), Means for point-by-point product formation of an intermediate signal y1, y1(n) = x1(n)*x(n), Means for generating a version shifted by a2 signal values x2 of the intermediate signal y1, x2(n) = y1(n-a2), Means for point-by-point minimization of x2 and y1 Means for generating a result signal y, y(n) = Min(x2(n), y1(n)), Means for finding local maxima or local energy accumulations for determining candidate positions from the result signal y, Means for determining repetition positions in the source signal x from each of the candidate positions, taking into account the distance values a1 and a2 Means for outputting the determined repetition positions. Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt, mit einem Programmcode zur Durchführung aller Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft bzw. wenn das Computerprogrammprodukt mit einem Computer in Wirkverbindung steht.Computer program or computer program product, with a program code for carrying out all steps of the method claim 1 , if the computer program runs on a computer or if the computer program product is operatively connected to a computer.
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