EP0422158A1 - Process and device for extracting certain parameters from the features of an unsteady flow based on a complex-value doppler signal - Google Patents

Process and device for extracting certain parameters from the features of an unsteady flow based on a complex-value doppler signal

Info

Publication number
EP0422158A1
EP0422158A1 EP90905554A EP90905554A EP0422158A1 EP 0422158 A1 EP0422158 A1 EP 0422158A1 EP 90905554 A EP90905554 A EP 90905554A EP 90905554 A EP90905554 A EP 90905554A EP 0422158 A1 EP0422158 A1 EP 0422158A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
coefficients
average
signal
correlation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP90905554A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alain Herment
Guy 3 résidence de Chevreuse DEMOMENT
Jean-Paul Guglielmi
Philippe Dumee
Pierre Peronneau
Alain Barbet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Original Assignee
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM filed Critical Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Publication of EP0422158A1 publication Critical patent/EP0422158A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/24Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
    • G01P5/241Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect
    • G01P5/244Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect involving pulsed waves

Definitions

  • the invention relates to the extraction of character estimators of an unsteady flow from a Doppler signal with complex values.
  • the invention relates to the extraction of character estimators of an unsteady flow, from a signal.
  • Sampled complex value Doppler designates a parameter providing an indication representative of a characteristic of the flow at a determined time, such as in particular the average Doppler frequency (representing the average speed of the flow) and the average bandwidth of the spectrum. Doppler (representing the dispersion of velocities in the flow).
  • the invention finds a particularly important application in medical ultrasound imaging with Doppler effect: the average frequency then gives an indication of the speed in a vessel or a cavity.
  • the bandwidth makes it possible to determine the flow regime and, in particular, to detect the jet regimes.
  • the average frequency is given by
  • patent application FR n ° 89 03761 for "Method and device for real-time spectral analysis of complex unsteady signals” makes it possible to represent the signals concerned by the present invention using an autoregressive parametric model, whose coefficients remain stationary over short time intervals. We could therefore calculate the estimators mentioned above from the coefficients of the autoregressive model. But this approach results in a large volume of computation and difficulties of computation of integral.
  • the invention aims to provide a method for extracting estimators making it possible to arrive at high precision by calculations on a small number of samples, therefore with a relatively reduced calculation volume for a significant estimator.
  • the invention uses the covariance function of the sampled signal as a calculation aid.
  • the latter being locally stationary, its covariance is stationary in each block of samples and identifies with an autocorrelation function whose coefficients C Y (n), for whole delays, are the Fourier coefficients of the dsp g y (f) which is itself a periodic function of the frequency. So we have :
  • the invention proposes a method for extracting estimators according to which: the Doppler spectrum of a flow is measured and the Doppler signal is sampled, characterized in that: the coefficients of the autocorrelation function are calculated for each block d 'samples; the sum of the correlation coefficients corresponding to the different available delays is calculated, each weighted by the integral of the product of the frequency by a negative exponential as a function of the delay to obtain the average frequency.
  • formula (8) shows a real average frequency, which corresponds to physical reality and that, in the case of a signal with real values, whose correlation function is real and even, the frequency mean is zero.
  • the invention consequently also proposes a method according to which the sum of the imaginary parts of the autocorrelation coefficients of the signal is each assigned a weighting coefficient.
  • the number p of coefficients is limited to a low value which leads to deviations for the frequencies close to the sampling frequency. Since it is often sufficient to obtain a satisfactory representation in a limited frequency range, where the dsp is maximum, the factors 1 / n can be replaced by factors a n chosen to improve the representation in the zone judged essential, at the cost of degradation in other areas.
  • the selection of a n will be carried out by a process of optimization of a polynomial approximation of the part considered essential.
  • the average frequency is thus obtained directly.
  • the invention also provides a device for implementing the above-defined method, which can be entirely wired and therefore capable of operating in real time at high speed, comprising only elements of a simple nature (multipliers and accumulators).
  • FIG. 1 is a block diagram of a circuit for calculating the average frequency and the average bandwidth of an unsteady Doppler signal with complex value, representing the Doppler spectrum of a flow from the real parts and imaginary of its correlation function;
  • FIG. 2 is a block diagram showing a circuit for calculating the imaginary part of the coefficients of the signal autocorrelation function, coefficients acting as inputs for the calculation of the average value in the circuit of Figure 1;
  • Figure 3 similar to Figure 2, shows a circuit for calculating the real part of the coefficients of the autocorrelation function, involved in the calculation of the average bandwidth.
  • the average frequency is calculated by bringing into play all the terms of formula (8). But it will often be possible to truncate the sum by omitting the terms corresponding to a value of n greater than a determined threshold. Indeed, the weight of successive correlation coefficients varies in 1 / n. These coefficients themselves cannot have a module greater than unity and are often of the same order of magnitude. Consequently, their contribution often decreases rapidly with n.
  • the notation Im (Cxx) designates the coefficients Im which are involved in formula (8).
  • the successive coefficients pass through a cascade constituted by a memory S and a network of flip-flops or "latch" L.
  • the coefficients corresponding to the delays successive are applied one after the other to a multiplier 10 whose second input receives the multiplier coefficients 0, 1 / ⁇ , ... (-1) n + 1 / ⁇ n stored in a register 11 or an addressable memory for form the successive terms of the sum of formula (8).
  • the average frequency appears in a memory
  • this value is normalized as a function of the signal strength of which the auto-correlation moment for a zero delay constitutes a representation.
  • this zero delay autocorrelation moment is also used for the calculation of the average bandwidth.
  • the autocorrelation coefficients of the signal are taken directly from the input of the real parts Re. Normalization can be carried out using a divider or, better, as indicated in FIG. 1, using a table 18 constituted by a logical network programmable.
  • This fundamental process can be refined to further improve the quality of the estimate of the average frequency, by acting on the estimator and / or the iterations of the estimator.
  • the estimator can be modified to correct various effects and improve the compromise between the robustness with respect to the approximations introduced by the windowing of the signal and the frequency dynamics.
  • Correcting the windowing effect on the correlation means amounts to correcting the bias introduced into the calculation of the correlation coefficients by the windowing of the signal.
  • the calculation performed is not that of Cy (n) but that of ((pn -) / p) Cy (n), where: p is the number of points in the window,
  • the summation is performed for n varying from 1 to p.
  • the correction of the windowing effect on the weighted sum of the correlation coefficients is carried out by using more correlation moments in the calculation of the mean frequency.
  • f ⁇ [(1 / ⁇ n) (-1) n + 1 Im ⁇ Cy (n)>)] with the summation performed for n varying from 1 to p by the sum: f 2 - ⁇ [(1 / ⁇ ) (-1) 3m-1 + 1 a ⁇ (3m-1) im ⁇ C'y (3m-1) >].
  • the summation is carried out for m varying from 1 to p and 1 varying from 0 to 2.
  • R (n) [(Re ⁇ Cy (n)>) 2 + (Im ⁇ Cy (n)>) 2 ] 1/2
  • R (n-1) [(Re ⁇ Cy (n-1)>) 2 + (Im ⁇ Cy (n-1)>) 2 ] 1/2
  • R (3m-1) [2R (n) + R (n-1)] / 3
  • ⁇ (n-1) tg -1 [(Im ⁇ Cy (n-1)>) / (Re ⁇ Cy (n-1)>)]
  • ⁇ (3m-1) [2 ⁇ (n) + ⁇ (n-1)] / 3
  • ⁇ (3M-2) [ ⁇ (n) + 2 ⁇ (n-1)] / 3
  • C'y (3m-2) R (3m-2) [cos ⁇ (3m-2) + i.sin ⁇ (3m-2)].
  • f u k + 1 f k + 1 , f 1 k + 1 , f 2 k + 1 or f 3 k + 1
  • the average frequency already estimated at the previous instant, at the previous pixel of the same line or finally at the previous line of the same image is used to calculate the average frequency.
  • f u k represents one of the estimators f, f 1 , f 2 or fg at time k or at pixel k or at line k.
  • the estimated average frequency is not to vary too much between k and k + 1.
  • ⁇ + ⁇ 0 ⁇ 0 , ⁇ 1 and ⁇ 2 are set by the user.
  • ⁇ 0 is the increment used to modify ⁇ .
  • ⁇ 1 prohibits rapid variations of the average frequency around zero.
  • the average frequency is calculated by the estimator f 1 .
  • the average frequency at time k + 1 is calculated as the sum of the average frequency at time k and a change in average frequency at time k + 1 according to l '' following algorithm: Initialization:
  • f u k + 1 f k + 1 f 1 k + 1 f 2 k + 1 , or f 3 k + 1
  • the average bandwidth used to calculate the circuit illustrated in Figure 1 is defined by formula (2) for a standardized dsp.
  • the average frequency being known, it remains to calculate (or the variance ⁇ ) which constitutes the second order moment of the dsp:
  • the part of the circuit of Figure 1 providing the mean of the square of the frequency has a constitution similar to that of the part of calculation of The only difference is to add 1/12 to each input value from the looped register 12a, before normalization.
  • the average value can be calculated from only the imaginary parts of the autocorrelation coefficients which can be calculated directly from the samples of the signal, which has a real part Re and an imaginary part Im.
  • the circuit shown in Figure 2 has two channels with the same constitution.
  • the samples Re and Im of the Doppler signal are applied to two respective inputs 22 and 24.
  • each channel comprises, in FIG. 2, two sets of shift registers on each track, operating alternately.
  • the samples Re of the real part are alternately directed, by the switch 30, to two registers 26 and 26a and two registers 28 and 28a.
  • the samples Im are alternately directed, by a switch 32 controlled in synchronism with the switch 30, to registers 34 and 34a and registers 36 and 36a.
  • Multipliers 38 and 40 receive the signals from the registers through switches controlled in synchronism with switches 30 and 32 and carry out the partial sums of the samples of the same block, designated by v1 to vn in Figure 2, are first in phase, then with successive shifts.
  • the circuit shown in Figure 1 can be completed to go beyond the second order moment, in particular in the case of a highly disturbed signal or with a very asymmetrical spectrum.
  • An alternative embodiment of the invention uses, as input data, not the samples of the real and imaginary parts of the complex signal, but the parameters of an autoregressive model obtained for example by implementing the method according to the request âe Patent "Method and device for real time spectral analysis of complex unsteady signals" FR n ° 89 03761.
  • the inverse Levinson algorithm is a fast algorithm requiring order of p 2 elementary arithmetic operations to pass from a prediction vector a p to the corresponding correlation matrix.
  • the matrix obtained is a Toeplitz matrix satisfying the optimality conditions and guaranteeing high precision, given the absence of approximation.
  • the application of the method described above to medical Doppler imaging has shown satisfactory results on short blocks, of only eight samples, representative of current working conditions in color Doppler imaging.
  • the method according to the invention revealed a lower variance than that of the conventional methods for determining the average frequency by correlation methods, on the estimation of the average frequency in diastole.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

Le procédé et le dispositif sont notamment utilisables pour extraire les estimateurs du signal Doppler en imagerie médicale ultrasonore. Le dispositif utilise comme paramètre d'entrée, pour calculer la fréquence moyenne, les coefficients de corrélation Im(Cxx) correspondant à la partie imaginaire du signal. Ces coefficients sont appliqués en séquence à une entrée d'un multiplieur (10). L'autre entrée reçoit des coefficients de pondération de la forme 0, 1/0, 1/pi,...,(-1)p+1/pip, où p est le nombre de coefficients de pondération, stockés dans un registre (11). Les produits partiels sont accumulés et fournissent une somme représentative de la fréquence moyenne.The method and the device can in particular be used to extract the estimators of the Doppler signal in ultrasound medical imaging. The device uses as input parameter, to calculate the average frequency, the correlation coefficients Im (Cxx) corresponding to the imaginary part of the signal. These coefficients are applied in sequence to an input of a multiplier (10). The other entry receives weights of the form 0, 1/0, 1 / pi, ..., (- 1) p + 1 / pip, where p is the number of weights, stored in a register (11). The partial products are accumulated and provide a sum representative of the average frequency.

Description

Procédé et dispositif d'extraction d'estimateurs des caractères d'un écoulement instationnaire à partir d'un signal Doppler à valeurs complexes L'invention concerne l'extraction d'estimateurs des caractères d'un écoulement instationnaire, à partir d'un signal Doppler à valeurs complexes échantillonné. Le terme "estimateur" désigne un paramètre fournissant une indication représentative d'une caractéristique de l'écoulement à un instant déterminé, telle notamment que la fréquence Doppler moyenne (représentant la vitesse moyenne de l'écoulement) et la largeur de bande moyenne du spectre Doppler (représentant la dispersion des vitesses dans l'écoulement). The invention relates to the extraction of character estimators of an unsteady flow from a Doppler signal with complex values. The invention relates to the extraction of character estimators of an unsteady flow, from a signal. Sampled complex value Doppler. The term "estimator" designates a parameter providing an indication representative of a characteristic of the flow at a determined time, such as in particular the average Doppler frequency (representing the average speed of the flow) and the average bandwidth of the spectrum. Doppler (representing the dispersion of velocities in the flow).
L'invention trouve une application particulièrement importante en imagerie médicale ultrasonore à effet Doppler : la fréquence moyenne donne alors une indication sur la vitesse dans un vaisseau ou une cavité. La largeur de bande permet de déterminer le régime d'écoulement et, en particulier, de déceler les régimes de jet.  The invention finds a particularly important application in medical ultrasound imaging with Doppler effect: the average frequency then gives an indication of the speed in a vessel or a cavity. The bandwidth makes it possible to determine the flow regime and, in particular, to detect the jet regimes.
II existe des procédés de calcul permettant de déterminer la fréquence moyenne et la largeur de bande moyenne d'un signal Doppler, pour un bloc déterminé de données sur lesquelles le signal est quasi stationnaire, à partir de la densité spectrale de puissance ou d.s.p., gY(f) pour le bloc de données. There are calculation methods making it possible to determine the average frequency and the average bandwidth of a Doppler signal, for a determined block of data on which the signal is almost stationary, from the power spectral density or dsp, g Y (f) for the data block.
La fréquence moyenne est donnée par The average frequency is given by
(1) La largeur de bande moyenne Δf est donnée par (2) (1) The average bandwidth Δf is given by (2)
' J 'J
où est la fréquence moyenne et where is the average frequency and
la moyenne des carrés de donnée par the average of the squares of given by
/  /
( 2bis ) (2bis)
Les formules (2bis) et (1) supposent que la d.s.p. est préalablement normalisée, c'est-à-dire que l'on a  Formulas (2bis) and (1) assume that the d.s.p. is previously normalized, i.e. we have
On connaît une méthode de calcul de la fréquence moyenne par une technique d'auto-corrélation (Kasai et al, "Real time two-dimensional blood flow imaging using an auto-correlation technique", IEEE TRANSACTIONS on sonics and ultrasonics, Vol. 32, pp. 458-464, mai 1985). Elle a l'inconvénient de partir de l'hypothèse que le module de la fonction de corrélation du signal considéré a une dérivée nulle au point zéro, alors que cette hypothèse est loin d'être toujours vérifiée. We know a method of calculating the average frequency by an autocorrelation technique (Kasai et al, "Real time two-dimensional blood flow imaging using an auto-correlation technique", IEEE TRANSACTIONS on sonics and ultrasonics, Vol. 32 , pp. 458-464, May 1985). It has the disadvantage of starting from the assumption that the modulus of the correlation function of the signal considered has a zero derivative at the zero point, whereas this assumption is far from being always verified.
Par ailleurs, la demande de brevet FR n° 89 03761 pour "Procédé et dispositif d'analyse spectrale en temps réel de signaux instationnaires complexes" permet de représenter les signaux concernés par la présente invention à l'aide d'un modèle paramétrique autorégressif, dont les coefficients restent stationnaires sur les intervalles de temps courts. On pourrait en conséquence calculer les estimateurs mentionnés plus haut à partir des coefficients du modèle autorégressif. Mais cette approche se traduit par un volume de calcul important et des difficultés de calcul d'intégrale. Furthermore, patent application FR n ° 89 03761 for "Method and device for real-time spectral analysis of complex unsteady signals" makes it possible to represent the signals concerned by the present invention using an autoregressive parametric model, whose coefficients remain stationary over short time intervals. We could therefore calculate the estimators mentioned above from the coefficients of the autoregressive model. But this approach results in a large volume of computation and difficulties of computation of integral.
L'invention vise à fournir un procédé d'extraction d'estimateurs permettant d'arriver à une précision élevée par des calculs sur un petit nombre d'échantillons, donc avec un volume de calcul relativement réduit pour un estimateur significatif.  The invention aims to provide a method for extracting estimators making it possible to arrive at high precision by calculations on a small number of samples, therefore with a relatively reduced calculation volume for a significant estimator.
Dans ce but, l'invention utilise comme auxiliaire de calcul la fonction de covariance du signal échantillonné. Ce dernier étant localement stationnaire, sa covariance est stationnaire dans chaque bloc d'échantillons et s'identifie à une fonction d'autocorrélation dont les coefficients CY(n), pour des retards entiers, sont les coefficients de Fourier de la d.s.p. gy(f) qui est elle-même une fonction périodique de la fréquence. On a donc : To this end, the invention uses the covariance function of the sampled signal as a calculation aid. The latter being locally stationary, its covariance is stationary in each block of samples and identifies with an autocorrelation function whose coefficients C Y (n), for whole delays, are the Fourier coefficients of the dsp g y (f) which is itself a periodic function of the frequency. So we have :
dans laquelle : in which :
On voit qu'on remplace les intégrales (1) et (2bis) par des sommes pondérées des coefficients de la fonction d'autocorrélation du signal. Dans la formule (4), le poids affecté aux valeurs successives CY(n) de la fonction de corrélation décroit très rapidement avec n, de sorte qu'un petit nombre de termes peut suffire, lorsque les coefficients CY ont le même ordre de grandeur. We see that we replace the integrals (1) and (2bis) by weighted sums of the coefficients of the signal autocorrelation function. In formula (4), the weight assigned to successive values C Y (n) of the correlation function decreases very quickly with n, so that a small number of terms may suffice, when the coefficients C Y have the same order of greatness.
On arrive ainsi à une valeur de la fréquence moyenne donnée par : We thus arrive at a value of the average frequency given by:
On voit que la fréquence moyenne peut être calculée de façon simple à partir des coefficients de la fonction de corrélation. We see that the average frequency can be calculated in a simple way from the coefficients of the correlation function.
Ces coefficients peuvent être calculés : These coefficients can be calculated:
- soit directement à partir des échantillons,- either directly from the samples,
- soit à partir des coefficients d'un modèle paramétrique autorégressif, par un algorithme rapide, par exemple du type "Levinson inverse" qui sera rappelé plus loin. - either from the coefficients of an autoregressive parametric model, by a fast algorithm, for example of the "inverse Levinson" type which will be recalled below.
Dans ce dernier cas, on peut utiliser, sans les inconvénients mentionnés plus haut, les résultats fournis dans la demande de brevet du même jour déjà mentionnée.  In the latter case, it is possible to use, without the drawbacks mentioned above, the results provided in the patent application of the same day already mentioned.
L'invention propose un procédé d'extraction d'estimateurs suivant lequel : on mesure le spectre Doppler d'un écoulement et on échantillonne le signal Doppler , caractérisé en ce que : on calcule les coefficients de la fonction d'autocorrélation pour chaque bloc d'échantillons ; on calcule la somme de coefficients de corrélation correspondant aux différents retards disponibles, pondérés chacun par l'intégrale du produit de la fréquence par une exponentielle négative fonction du retard pour obtenir la fréquence moyenne.  The invention proposes a method for extracting estimators according to which: the Doppler spectrum of a flow is measured and the Doppler signal is sampled, characterized in that: the coefficients of the autocorrelation function are calculated for each block d 'samples; the sum of the correlation coefficients corresponding to the different available delays is calculated, each weighted by the integral of the product of the frequency by a negative exponential as a function of the delay to obtain the average frequency.
On peut considérer la fréquence moyenne comme le moment d'ordre 1 du spectre du signal Doppler complexe, la largeur de bande du spectre comme le moment d'ordre 2 du spectre et d'autres caractéristiques (dissymétrie du spectre ou aplatissement) comme représentées par des moments d'ordre supérieur. We can consider the average frequency as the 1st order moment of the spectrum of the complex Doppler signal, the bandwidth of the spectrum as 2nd order moment of the spectrum and other characteristics (asymmetry of the spectrum or flattening) as represented by higher order moments.
Il est possible de simplifier notablement les calculs d'extraction en analysant et en adaptant la formule (5). Cette formule fait apparaître que le calcul de la fréquence moyenne se ramène au calcul d'une somme de coefficients de corrélation pondérés par des intégrales de la forme : It is possible to significantly simplify the extraction calculations by analyzing and adapting formula (5). This formula shows that the calculation of the average frequency boils down to calculating a sum of correlation coefficients weighted by integrals of the form:
(6) (6)
Or, on a, pour n = 0, une intégrale de la forme f.df qui est nulle et on peut écrire, de façon générale, les intégrales pour n 0 sous la forme : Now, for n = 0, we have an integral of the form f.df which is zero and we can write, in general, the integrals for n 0 in the form:
( 7 ) On en déduit, en tenant compte des propriétés de symétrie hermitienne des coefficients d'autocorrélation d'un signal à valeurs complexes, la formule (8) : (7) We deduce from this, taking into account the properties of Hermitian symmetry of the autocorrelation coefficients of a signal with complex values, formula (8):
( 8 ) On voit qu'il suffit, pour calculer la fréquence moyenne ee disposer de la partie imaginaire Im(Cxx) des coefficients d'autocorrélation de la fonction d ' entrée échantillonnée. (8) We see that it is enough, to calculate the average frequency ee have the imaginary part Im (Cxx) autocorrelation coefficients of the sampled input function.
On peut encore remarquer que la formule (8) fait apparaître une fréquence moyenne réelle, ce qui correspond à la réalité physique et que, dans le cas d'un signal à valeurs réelles, dont la fonction de corrélation est réelle et paire, la fréquence moyenne est nulle.  We can also notice that formula (8) shows a real average frequency, which corresponds to physical reality and that, in the case of a signal with real values, whose correlation function is real and even, the frequency mean is zero.
L'invention propose en conséquence également un procédé suivant lequel on calcule la somme des parties imaginaires des coefficients d'autocorrélation du signal affectées chacune d'un coefficient de pondération.  The invention consequently also proposes a method according to which the sum of the imaginary parts of the autocorrelation coefficients of the signal is each assigned a weighting coefficient.
Si le nombre de coefficients disponibles était infini, la valeur du coefficient de pondération serait fonction uniquement de n pour l'approximation la meilleure possible.  If the number of available coefficients were infinite, the value of the weighting coefficient would only be a function of n for the best possible approximation.
Mais, dans la pratique, le nombre p de coefficients est limité à une valeur faible qui conduit à des écarts pour les fréquences proches de la fréquence d'échantillonnage. Etant donné qu'il est souvent suffisant d'obtenir une représentation satisfaisante dans une plage de fréquence limitée, là où la d.s.p. est maximale, les facteurs 1/n peuvent être remplacés par des facteurs an choisis pour améliorer la représentation dans la zone jugée essentielle, au prix d'une dégradation dans d'autres zones. La sélection de an s'effectuera par un processus d'optimisation d'une approximation polynomiale de la partie jugée essentielle. However, in practice, the number p of coefficients is limited to a low value which leads to deviations for the frequencies close to the sampling frequency. Since it is often sufficient to obtain a satisfactory representation in a limited frequency range, where the dsp is maximum, the factors 1 / n can be replaced by factors a n chosen to improve the representation in the zone judged essential, at the cost of degradation in other areas. The selection of a n will be carried out by a process of optimization of a polynomial approximation of the part considered essential.
On obtient ainsi directement la fréquence moyenne.  The average frequency is thus obtained directly.
L'invention propose également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus défini, pouvant être entièrement câblé et donc pouvant fonctionner en temps réel à vitesse élevée, ne comportant que des éléments de nature simple (multiplieurs et accumulateurs). L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de mise en oeuvre, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : The invention also provides a device for implementing the above-defined method, which can be entirely wired and therefore capable of operating in real time at high speed, comprising only elements of a simple nature (multipliers and accumulators). The invention will be better understood on reading the following description of particular modes of implementation, given by way of nonlimiting examples. The description refers to the accompanying drawings, in which:
- la Figure 1 est un synoptique d'ensemble d'un circuit de calcul de la fréquence moyenne et de la largeur de bande moyenne d'un signal Doppler instationnaire à valeur complexe, représentant le spectre Doppler d'un écoulement à partir des parties réelles et imaginaires de sa fonction de corrélation ;  - Figure 1 is a block diagram of a circuit for calculating the average frequency and the average bandwidth of an unsteady Doppler signal with complex value, representing the Doppler spectrum of a flow from the real parts and imaginary of its correlation function;
- la Figure 2 est un synoptique montrant un circuit de calcul de la partie imaginaire des coefficients de la fonction d'autocorrélation du signal, coefficients intervant en tant qu'entrées pour le calcul de la valeur moyenne dans le circuit de la Figure 1 ;  - Figure 2 is a block diagram showing a circuit for calculating the imaginary part of the coefficients of the signal autocorrelation function, coefficients acting as inputs for the calculation of the average value in the circuit of Figure 1;
- la Figure 3, similaire à la Figure 2, montre un circuit de calcul de la partie réelle des coefficients de la fonction d'autocorrélation, intervenant dans le calcul de la largeur de bande moyenne.  - Figure 3, similar to Figure 2, shows a circuit for calculating the real part of the coefficients of the autocorrelation function, involved in the calculation of the average bandwidth.
On décrira successivement le calcul de la fréquence moyenne et celui de la largeur de bande moyenne Δf à l'aide du dispositif selon l'invention montré en Figure 1. Il faut cependant noter que, souvent, il n'est pas nécessaire pour l'utilisateur du dispositif de disposer à la fois de la fréquence moyenne et de la largeur de bande et que, dans ce cas, le dispositif peut être simplifié par suppression des composants inutiles. We will successively describe the calculation of the average frequency and that of the average bandwidth Δf using the device according to the invention shown in Figure 1. It should however be noted that, often, it is not necessary for the user of the device to have both the average frequency and the bandwidth and that, in this case, the device can be simplified by removing unnecessary components.
Calcul de la fréquence moyenne Calculation of the average frequency
Dans le mode de réalisation de la Figure 1, la fréquence moyenne est calculée en mettant en jeu tous les termes de la formule (8). Mais il sera souvent possible de tronquer la somme en omettant les termes correspondant à une valeur de n supérieure à un seuil déterminé. En effet, le poids des coefficients de corrélation successifs varie en 1/n. Ces coefficients eux-mêmes ne peuvent avoir un module supérieur à l'unité et sont souvent du même ordre de grandeur. En conséquence, leur contribution décroît souvent rapidement avec n. In the embodiment of Figure 1, the average frequency is calculated by bringing into play all the terms of formula (8). But it will often be possible to truncate the sum by omitting the terms corresponding to a value of n greater than a determined threshold. Indeed, the weight of successive correlation coefficients varies in 1 / n. These coefficients themselves cannot have a module greater than unity and are often of the same order of magnitude. Consequently, their contribution often decreases rapidly with n.
Sur la Figure 1, la notation Im (Cxx) désigne les coefficients Im qui interviennent dans la formule (8). Pour permettre la synchronisation de l'ensemble du circuit (à partir d'une horloge centrale non représentée), les coefficients successifs transitent par une cascade constituée par une mémoire S et un réseau de bascules ou "latch" L. Les coefficients correspondant aux retards successifs sont appliqués l'un après l'autre à un multiplieur 10 dont la seconde entrée reçoit les coefficients multiplicateurs 0, 1/π,... (-1)n+1/πn stockés dans un registre 11 ou une mémoire adressable pour former les termes successifs de la somme de la formule (8). In Figure 1, the notation Im (Cxx) designates the coefficients Im which are involved in formula (8). To allow synchronization of the entire circuit (from a central clock not shown), the successive coefficients pass through a cascade constituted by a memory S and a network of flip-flops or "latch" L. The coefficients corresponding to the delays successive are applied one after the other to a multiplier 10 whose second input receives the multiplier coefficients 0, 1 / π, ... (-1) n + 1 / πn stored in a register 11 or an addressable memory for form the successive terms of the sum of formula (8).
Les produits successifs sont accumulés pour toutes les valeurs de n = 1 à n = +p dans un sommateur constitué par exemple par un registre à décalage 12 bouclé par un réseau de bascules 14 formant "latch".  The successive products are accumulated for all the values of n = 1 to n = + p in an adder constituted for example by a shift register 12 looped by a network of rockers 14 forming "latch".
La fréquence moyenne apparaît dans une mémoire The average frequency appears in a memory
16 à la sortie du registre. Suivant la formule (8), on normalise cette valeur en fonction de la puissance du signal dont le moment d'auto-corrélation pour un retard nul constitue une représentation. Sur la Figure 1, ce moment d'auto-corrélation à retard nul est également utilisé pour le calcul de la largeur de bande moyenne. Il est directement prélevé sur l'entrée des parties réelles Re des coefficients d'auto-corrélation du signal. La normalisation peut s'effectuer à l'aide d 'un diviseur ou, mieux, comme indiqué sur la Figure 1, à l'aide d'une table 18 constituée par un réseau logique programmable. 16 at the exit of the register. According to formula (8), this value is normalized as a function of the signal strength of which the auto-correlation moment for a zero delay constitutes a representation. In Figure 1, this zero delay autocorrelation moment is also used for the calculation of the average bandwidth. The autocorrelation coefficients of the signal are taken directly from the input of the real parts Re. Normalization can be carried out using a divider or, better, as indicated in FIG. 1, using a table 18 constituted by a logical network programmable.
Ce processus fondamental peut être affiné pour améliorer encore la qualité de l'estimation de la fréquence moyenne, en agissant sur l'estimateur et/ou les itérations de l'estimateur.  This fundamental process can be refined to further improve the quality of the estimate of the average frequency, by acting on the estimator and / or the iterations of the estimator.
I - L'estimateur peut être modifié pour corriger divers effets et améliorer le compromis entre la robustesse vis-à-vis des approximations introduites par le fenêtrage du signal et la dynamique fréquentielle.  I - The estimator can be modified to correct various effects and improve the compromise between the robustness with respect to the approximations introduced by the windowing of the signal and the frequency dynamics.
1. La correction de l'effet de fenêtrage sur les moyens de corrélation revient à corriger le biais introduit dans le calcul des coefficients de corrélation par le fenêtrage du signal. Le calcul effectué n'est pas celui de Cy(n) mais celui de ((pn-)/p) Cy(n), où : p est le nombre de points dans la fenêtre, 1. Correcting the windowing effect on the correlation means amounts to correcting the bias introduced into the calculation of the correlation coefficients by the windowing of the signal. The calculation performed is not that of Cy (n) but that of ((pn -) / p) Cy (n), where: p is the number of points in the window,
n le retard du coefficient de corrélation. L'effet de Cy(1) étant de loin le plus important dans l'estimation de f, on propose comme estimateur : f1 = (P/(P-1)) f n the delay in the correlation coefficient. The effect of Cy (1) being by far the most important in the estimation of f, we propose as estimator: f 1 = (P / (P-1)) f
fχ = (P/(P-1)) ∑ [(1/πn) (-1)n+1 Im<Cy(n)>] f χ = (P / (P-1)) ∑ [(1 / πn) (-1) n + 1 Im <Cy (n)>]
La sommation est effectuée pour n variant de 1 à p. The summation is performed for n varying from 1 to p.
2. La. correction de l'effet de fenêtrage sur la somme pondérée des coefficients de corrélation est effectuée en utilisant davantage de moments de corrélation dans le calcul de la fréquence moyenne. 2. The correction of the windowing effect on the weighted sum of the correlation coefficients is carried out by using more correlation moments in the calculation of the mean frequency.
Pour une meilleure estimation, on remplace la somme : f = Σ [(1/πn) (-1)n+1 Im<Cy(n)>)] avec la sommation effectuée pour n variant de 1 à p par la somme : f2 - ∑ [(1/π) (-1)3m-1+1 aα(3m-1) im<C'y(3m-1)>]. For a better estimate, we replace the sum: f = Σ [(1 / πn) (-1) n + 1 Im <Cy (n)>)] with the summation performed for n varying from 1 to p by the sum: f 2 - ∑ [(1 / π) (-1) 3m-1 + 1 aα (3m-1) im <C'y (3m-1) >].
La sommation est effectuée pour m variant de 1 à p et 1 variant de 0 à 2. The summation is carried out for m varying from 1 to p and 1 varying from 0 to 2.
Les valeurs C'y(m-1) sont obtenues par extrapolation non linéaire à partir des valeurs Cy(n).  The values C'y (m-1) are obtained by non-linear extrapolation from the values Cy (n).
Dans ce qui suit, la fonction de corrélation In what follows, the correlation function
Cy(n) sera considérée comme une fonction complexe de la forme : Cy (n) will be considered as a complex function of the form:
R(n) exp(iθ(n)) de module R(n) et d'argument θ. R (n) exp (iθ (n)) of module R (n) and of argument θ.
R(n) = [(Re<Cy(n)>)2 + (Im<Cy(n)> )2]1/2 R (n) = [(Re <Cy (n)>) 2 + (Im <Cy (n)>) 2 ] 1/2
R(n-1) = [(Re<Cy(n-1)>)2 + (Im<Cy(n-1)>)2]1/2 R (n-1) = [(Re <Cy (n-1)>) 2 + (Im <Cy (n-1)>) 2 ] 1/2
R(3m) = R(n)  R (3m) = R (n)
R(3m-1) = [2R(n)+R(n-1)]/3  R (3m-1) = [2R (n) + R (n-1)] / 3
R(3m-2) = [R(n)+2R(n-1)]/3 θ(n) = tg-1[(Im<Cy(n)>) / (Re<Cy(n)>)] R (3m-2) = [R (n) + 2R (n-1)] / 3 θ (n) = tg -1 [(Im <Cy (n)>) / (Re <Cy (n)>) ]
θ(n-1)= tg-1[(Im<Cy(n-1)>) / (Re<Cy(n-1)>)] θ (n-1) = tg -1 [(Im <Cy (n-1)>) / (Re <Cy (n-1)>)]
θ(3m) = θ(n) θ (3m) = θ (n)
θ(3m-1) = [2θ(n)+θ(n-1)]/3 θ (3m-1) = [2θ (n) + θ (n-1)] / 3
θ(3M-2) = [θ(n)+2θ(n-1)]/3 θ (3M-2) = [θ (n) + 2θ (n-1)] / 3
C'y(3m) = R(3m) [cosθ(3m)+i.sinθ(3m)] C'y (3m) = R (3m) [cosθ (3m) + i.sinθ (3m)]
C'y(3m-1) = R(3m-1) [cosθ(3m-1)+i.sinθ(3m-1)]  C'y (3m-1) = R (3m-1) [cosθ (3m-1) + i.sinθ (3m-1)]
C'y(3m-2) = R(3m-2) [cosθ(3m-2)+i.sinθ(3m-2)]. C'y (3m-2) = R (3m-2) [cosθ (3m-2) + i.sinθ (3m-2)].
Les coefficients aα(m-1) sont calculés comme suit, pour α réel compris entre [0 et 1] et fixé par l'utilisateur. aα ( 3m ) = 3 / 3m = 1 / m The coefficients aα (m-1) are calculated as follows, for real α between [0 and 1] and set by the user. aα (3m) = 3 / 3m = 1 / m
aα( 3m-1 ) = 3α / ( 3m-1 ) aα (3m-1) = 3α / (3m-1)
aα( 3m-2 ) = 3α / ( 3m-2 ) . II faut noter que, si α = 0 : f2 = Σ (1/π) [(-1)3m+1 (1/3m) Im<C'y(3m)>] aα (3m-2) = 3α / (3m-2). Note that if α = 0: f 2 = Σ (1 / π) [(-1) 3m + 1 (1 / 3m) Im <C'y (3m)>]
f2 = f car n - 3m. 3. Enfin, la correction de l'effet de fenêtrage sur les moments de corrélation et sur la somme pondérée des coefficients de corrélation s'effectue en cumulant les deux améliorations précédentes 1 et 2 : f3 = [(1+2α)p/((1+2α)p-1)] f2 f 2 = f because n - 3m. 3. Finally, the correction of the windowing effect on the correlation moments and on the weighted sum of the correlation coefficients is carried out by cumulating the two preceding improvements 1 and 2: f 3 = [(1 + 2α) p / ((1 + 2α) p-1)] f 2
f3 = [(1+2α)p/((1+2α)p-1)] x Σ [(1/π)(-1)3m-1+1 aα(3m-1) Im <C'y(3m-1)>]. II faut noter que, si α = 0 : f3 = f1 f 3 = [(1 + 2α) p / ((1 + 2α) p-1)] x Σ [(1 / π) (- 1) 3m-1 + 1 aα (3m-1) Im <C'y (3m-1)>]. It should be noted that, if α = 0: f 3 = f 1
Si a = 1 f3 _ (1/2π) tg-1 [Im<Cy(1)>/Re<Cy(1)>]. If a = 1 f 3 _ (1 / 2π) tg -1 [Im <Cy (1)> / Re <Cy (1)>].
II - Les itérations de l'estimateur peuvent être modifiées pour dépasser le compromis Robustesse/Dynamique fréquentielle des estimateurs précédents. II - The iterations of the estimator can be modified to overcome the Robustness / Frequency dynamics compromise of the previous estimators.
1. Au niveau de l'estimation locale, on utilise un décalage itératif du domaine d'intégration dans le calcul de la fréquence moyenne de manière à s'affranchir du phénomène de Gibbs lié à la troncature de la somme sur les moments de corrélation. On dispose de p échantillons du signal isolés comme précédemment. 1. At the level of local estimation, an iterative shift of the integration domain is used in the calculation of the average frequency so as to overcome the Gibbs phenomenon linked to the truncation of the sum over the correlation moments. We have p samples of the signal isolated as above.
On utilise un des quatre estimateurs précédents f, f1 , f2 ou f3 appelé fu dans la suite. We use one of the four previous estimators f, f 1 , f 2 or f 3 called f u in the following.
On boucle l'estimateur sur lui-même selon l'enchaînement suivant :  We loop the estimator on itself according to the following sequence:
Initialisation : Initialization:
k = 0 k = 0
fu0 = 0 f u 0 = 0
Incrémentation de l'indice : Index increment:
k = k+1 Décalage fréquentiel du signal Doppler : k = k + 1 Frequency shift of the Doppler signal:
yk+1(t) = yk(t) exp (-2πfu kt) y k + 1 (t) = y k (t) exp (-2πf u k t)
Calcul des moments de corrélation du signal Doppler : Cy(n) ou C'y(m-1) Calculation of the Doppler signal correlation moments: Cy (n) or C'y (m-1)
Calcul de la fréquence moyenne : Calculation of the average frequency:
fu k+1 = fk+1, f1 k+1, f2 k+1 ou f3 k+1 f u k + 1 = f k + 1 , f 1 k + 1 , f 2 k + 1 or f 3 k + 1
Test de fin d'itérations : End of iteration test:
Signe [fu k+1] 4 Signe [fu k] ou : Sign [f u k + 1 ] 4 Sign [f u k ] or:
k > k0 k> k 0
k0 défini à l'avance par l'utilisateur, ou : k 0 defined in advance by the user, or:
les deux tests combinés. the two tests combined.
Si le test est validé, alors :  If the test is validated, then:
f = fu k+1 f = f u k + 1
Sinon, retour à l'incrémentation de l'indice. 2. Au niveau de l'estimation dynamique, on utilise la fréquence moyenne déjà estimée à l'instant précédent, au pixel précédent de la même ligne ou enfin à la ligne précédente de la même image pour calculer la fréquence moyenne. Otherwise, return to incrementing the index. 2. At the dynamic estimation level, the average frequency already estimated at the previous instant, at the previous pixel of the same line or finally at the previous line of the same image is used to calculate the average frequency.
fu k représente l'un des estimateurs f, f1, f2 ou fg à l'instant k ou au pixel k ou à la ligne k. f u k represents one of the estimators f, f 1 , f 2 or fg at time k or at pixel k or at line k.
(a) Pour améliorer la "douceur" fréquentielle, on impose à la fréquence moyenne estimée de ne pas trop varier entre k et k+1.  (a) To improve the frequency "smoothness", the estimated average frequency is not to vary too much between k and k + 1.
On utilise pour cela le synoptique suivant :  We use for this the following synoptic:
Initialisation : Initialization:
k = 0 k = 0
fu0 = 0 f u 0 = 0
α0, α1, a2 α 0 , α 1 , a 2
α = α + α0 α0, α1 et α2 sont fixés par l'utilisateur. α = α + α 0 α 0 , α 1 and α 2 are set by the user.
α0 est l'incrément utilisé pour modifier α. α 0 is the increment used to modify α.
α1 interdit les variations rapides de la fréquence moyenne autour de zéro. α 1 prohibits rapid variations of the average frequency around zero.
α2 règle la contrainte de douceur. Incrémentation de l'indice de fenêtre, de pixel ou de ligne : k = k+1 α 2 regulates the softness constraint. Increment of the window, pixel or line index: k = k + 1
Calcul de la valeur de o : α = α-α0. Calcul des coefficients de corrélation du signal Doppler : C'y(m-1) Calculation of the value of o: α = α-α 0 . Calculation of the Doppler signal correlation coefficients: C'y (m-1)
Calcul de la fréquence moyenne : fu k+1 = f2 k+1 ou f3 k+1 Test de fin d'itération : abs [(fu k+1-fu k)/(fu k+1l)] <α2 ou α < 0 Si le test est validé : f = fu k+1 Calculation of the average frequency: f u k + 1 = f 2 k + 1 or f 3 k + 1 End of iteration test: abs [(f u k + 1 -f u k ) / (f u k + 1l )] <α 2 or α <0 If the test is validated: f = f u k + 1
Sinon, retour à l'incrémentation de l'indice. II faut noter que, si α0 = 1, l'enchaînement des opérations se réduit comme indiqué plus haut en 1.3. Otherwise, return to incrementing the index. It should be noted that, if α 0 = 1, the sequence of operations is reduced as indicated above in 1.3.
Estimation de la fréquence moyenne par l'estimateur : f4 = (1/2π) tg-1 [Im<Cy(1)>/Re<Cy(1)>] Estimated average frequency by the estimator: f 4 = (1 / 2π) tg -1 [Im <Cy (1)> / Re <Cy (1)>]
Test : abs[(fu k+1-fu k)/(fu k+α1)] <α2. Si le test est validé, on garde f. Test: abs [(f u k + 1 -f u k ) / (f u k + α1)] <α 2 . If the test is validated, we keep f.
Sinon, on calcule la fréquence moyenne par l'estimateur f1. Otherwise, the average frequency is calculated by the estimator f 1 .
(b) Pour améliorer le suivi fréquentiel, la fréquence moyenne à l'instant k+1 est calculée comme la somme de la fréquence moyenne à l'instant k et d'une variation de fréquence moyenne à l'instant k+1 selon l'algorithme suivant : Initialisation : (b) To improve frequency monitoring, the average frequency at time k + 1 is calculated as the sum of the average frequency at time k and a change in average frequency at time k + 1 according to l '' following algorithm: Initialization:
k = 0 k = 0
fu 0 = 0 f u 0 = 0
Incrémentation de l'indice de fenêtre, de pixel ou de ligne : Increment of window, pixel or line index:
k = k+1 k = k + 1
Décalage fréquentiel du signal Doppler : Frequency shift of the Doppler signal:
yk+1(t) = yk(t) exp (-2πfu kt) y k + 1 (t) = y k (t) exp (-2πf u k t)
Calcul des moments de corrélation du signal Doppler : Cy( n) ou C ' y( m-1 ) Calculation of the Doppler signal correlation moments: Cy (n) or C 'y (m-1)
Calcul de la fréquence moyenne incrémentale :Calculation of the incremental average frequency:
fu k+1 = fk+1 f1 k+1 f2 k+1, ou f3 k+1 f u k + 1 = f k + 1 f 1 k + 1 f 2 k + 1 , or f 3 k + 1
Calcul de la fréquence moyenne Calculation of the average frequency
f = fu k+1+fu k f = f u k + 1 + f u k
Calcul de la largeur de bande moyenne Calculation of average bandwidth
La largeur de bande .moyenne que permet de calculer le circuit illustré en Figure 1 est définie par la formule (2) pour une d.s.p. normalisée. La fréquence moyenne étant connue, il reste à calculer (ou la variance σ) qui constitue le moment d'ordre 2 de la d.s.p. : The average bandwidth used to calculate the circuit illustrated in Figure 1 is defined by formula (2) for a standardized dsp. The average frequency being known, it remains to calculate (or the variance σ) which constitutes the second order moment of the dsp:
(9) qui peut s'écrire (9) who can write
(10) (10)
Le calcul est très similaire à celui de : il consiste à faire la somme de coefficients d'autocorrélation CY(n) pondérés par les intégrales : The calculation is very similar to that of : it consists in making the sum of autocorrelation coefficients C Y (n) weighted by the integrals:
( 11 ) L'intégrale est égale à 1/12 pour n = 0 ; pour n 0, l'intégrale d'ordre n est égale à : (11) The integral is equal to 1/12 for n = 0; for n 0, the integral of order n is equal to:
(12) (12)
Toujours en utilisant les propriétés de symétrie hermitienne des fonctions d'auto-corrélation, on arrive à l'expression (13) similaire à la formule (8) : Still using the Hermitian symmetry properties of the auto-correlation functions, we arrive at expression (13) similar to formula (8):
(13) Les termes 1/n2 peuvent être remplacés par des termes bn 2 pour assurer une approximation optimale dans une zone particulièrement intéressante (à d.s.p. maximale). (13) The terms 1 / n 2 can be replaced by terms b n 2 to ensure an optimal approximation in a particularly interesting area (at maximum dsp).
On voit que la moyenne du carré de la fréquence se réduit au terme constant 1/12 si le signal est un bruit blanc, ce qui est normal puisque la d.s.p. reste égale à l'unité sur l'intervalle [-1/2, + 1/2] ; la fréquence moyenne est alors nulle, Δf prend sa valeur maximale qui est égale à 1/ We see that the mean of the square of the frequency reduces to the constant term 1/12 if the signal is white noise, which is normal since the dsp remains equal to unity over the interval [-1/2, + 1/2]; the average frequency is then zero, Δf takes its maximum value which is equal to 1 /
La partie du circuit de la Figure 1 fournissant la moyenne du carré de la fréquence a une constitution similaire à celle de la partie de calcul de La seule différence consiste à ajouter 1/12 à chaque valeur d'entrée provenant du registre bouclé 12a, avant normalisation. The part of the circuit of Figure 1 providing the mean of the square of the frequency has a constitution similar to that of the part of calculation of The only difference is to add 1/12 to each input value from the looped register 12a, before normalization.
Le calcul de Δf à partir des valeurs disponibles de et 2 peut s'effectuer de façon simple dans un circuit 20. The calculation of Δf from the available values of and 2 can be carried out in a simple manner in a circuit 20.
Comme on l'a indiqué plus haut, la valeur moyenne peut être calculée à partir des seules parties imaginaires des coefficients d'autocorrélation qui peuvent être calculés directement à partir des échantillons du signal, qui a une partie réelle Re et une partie imaginaire Im. As indicated above, the average value can be calculated from only the imaginary parts of the autocorrelation coefficients which can be calculated directly from the samples of the signal, which has a real part Re and an imaginary part Im.
Le circuit montré en Figure 2 comporte deux voies ayant la même constitution. Les échantillons Re et Im du signal Doppler sont appliqués sur deux entrées respectives 22 et 24. Pour permettre au circuit de traiter des blocs d'échantillons successifs et adjacents, chaque voie comporte, sur la Figure 2, deux jeux de registres à décalage sur chaque voie, fonctionnant en alternance. Les échantillons Re de la partie réelle, sont alternativement dirigés, par le commutateur 30, vers deux registres 26 et 26a et deux registres 28 et 28a. De façon similaire, les échantillons Im sont alternativement dirigés, par un commutateur 32 commandé en synchronisme avec le commutateur 30, vers des registres 34 et 34a et des registres 36 et 36a.  The circuit shown in Figure 2 has two channels with the same constitution. The samples Re and Im of the Doppler signal are applied to two respective inputs 22 and 24. To allow the circuit to process blocks of successive and adjacent samples, each channel comprises, in FIG. 2, two sets of shift registers on each track, operating alternately. The samples Re of the real part are alternately directed, by the switch 30, to two registers 26 and 26a and two registers 28 and 28a. Similarly, the samples Im are alternately directed, by a switch 32 controlled in synchronism with the switch 30, to registers 34 and 34a and registers 36 and 36a.
Des multiplieurs 38 et 40 reçoivent les signaux des registres à travers des commutateurs commandés en synchronisme avec les commutateurs 30 et 32 et effectuent les sommes partielles des échantillons d'un même bloc, désignés par v1 à vn sur la Figure 2, sont d'abord en phase, puis avec des décalages successifs.  Multipliers 38 and 40 receive the signals from the registers through switches controlled in synchronism with switches 30 and 32 and carry out the partial sums of the samples of the same block, designated by v1 to vn in Figure 2, are first in phase, then with successive shifts.
Le schéma montré en Figure 2 ne comporte pas de moyens arrêtant le calcul lorsque les termes deviennent négligeables ; le calcul est donc poursuivi avec n décalages successifs, en nombre égal à celui des échantillons disponibles.  The diagram shown in Figure 2 does not include means stopping the calculation when the terms become negligible; the calculation is therefore continued with n successive shifts, in a number equal to that of the available samples.
Le calcul des termes successifs Im(Cxx) de la fonction de corrélation s'effectue en chaque point à l'aide d'un soustracteur 42 ; les termes sont accumulés dans un registre 44 bouclé par un réseau de bascules 46 jusqu'à ce que la totalisation ait été effectuée sur les n points disponibles.  The calculation of the successive terms Im (Cxx) of the correlation function is carried out at each point using a subtractor 42; the terms are accumulated in a register 44 looped by a network of flip-flops 46 until the totalization has been carried out on the n points available.
On trouve ainsi successivement, sur la sortie Im We thus find successively, on the output Im
(Cxx) la partie imaginaire du premier moment (après la première séquence de calcul) à l'issue de la première séquence, puis les parties imaginaires des autres moments, correspondant chaque fois à un décalage déterminé, au cours des séquences suivantes. Ces moments sont successivement appliqués, dans le schéma de la Figure 1, au multiplieur 10. (Cxx) the imaginary part of the first moment (after the first calculation sequence) at the end of the first sequence, then the imaginary parts of the other moments, each time corresponding to a determined offset, during the following sequences. These moments are successively applied, in the diagram of Figure 1, to the multiplier 10.
S'il est nécessaire de calculer les coefficients d'auto-corrélation réels, on peut utiliser un circuit du genre montré en Figure 3, qui ne sera pas décrit étant donné sa similitude avec celui de la Figure 2.  If it is necessary to calculate the real autocorrelation coefficients, we can use a circuit of the kind shown in Figure 3, which will not be described given its similarity to that of Figure 2.
Le circuit montré en Figure 1 peut être complété pour aller au-delà du moment d'ordre 2, notamment dans le cas d'un signal fortement perturbé ou à spectre très dissymétrique.  The circuit shown in Figure 1 can be completed to go beyond the second order moment, in particular in the case of a highly disturbed signal or with a very asymmetrical spectrum.
Une variante de réalisation de l'invention utilise, comme données d'entrée, non pas les échantillons des parties réelle et imaginaire du signal complexe, mais les paramètres d'un modèle autorégressif obtenu par exemple par mise en oeuvre du procédé suivant la demande âe brevet "Procédé et dispositif d'analyse spectrale en temps réel de signaux instationnaires complexes" FR n° 89 03761.  An alternative embodiment of the invention uses, as input data, not the samples of the real and imaginary parts of the complex signal, but the parameters of an autoregressive model obtained for example by implementing the method according to the request âe Patent "Method and device for real time spectral analysis of complex unsteady signals" FR n ° 89 03761.
Pour cela, elle met en oeuvre un algorithme de Levinson qui permet de calculer les coefficients constituant la matrice de corrélation à partir de la matrice des paramètres du modèle autorégressif du signal Doppler. On pourra trouver une description de l'algorithme de Levinson dans G. Demoment, Algorithmes Rapides, Cours de l'Ecole Supérieure d'Electricité, n° 3152, 1987. L'algorithme de Levinson inverse est un algorithme rapide nécessitant de l'ordre de p2 opérations arithmétiques élémentaires pour passer d'un vecteur de prédiction ap à la matrice de corrélation correspondante. La matrice obtenue est une matrice de Toeplitz satisfaisant les conditions d'optimalite et garantissant une précision élevée, étant donné l'absence d'approximation. L'application du procédé décrit ci-dessus à l'imagerie Doppler médicale a montré des résultats satisfaisants sur des blocs courts, de huit échantillons seulement, représentatifs de conditions de travail courantes en imagerie Doppler couleurs. En particulier, le procédé suivant l'invention a révélé une variance inférieure à celle des méthodes classiques de détermination de la fréquence moyenne par des méthodes de corrélation, sur l'estimation de la fréquence moyenne en diastole. For this, it implements a Levinson algorithm which makes it possible to calculate the coefficients constituting the correlation matrix from the matrix of the parameters of the autoregressive model of the Doppler signal. A description of Levinson's algorithm can be found in G. Demoment, Algorithmes Rapides, Cours de l'Ecole Supérieure d'Electricité, n ° 3152, 1987. The inverse Levinson algorithm is a fast algorithm requiring order of p 2 elementary arithmetic operations to pass from a prediction vector a p to the corresponding correlation matrix. The matrix obtained is a Toeplitz matrix satisfying the optimality conditions and guaranteeing high precision, given the absence of approximation. The application of the method described above to medical Doppler imaging has shown satisfactory results on short blocks, of only eight samples, representative of current working conditions in color Doppler imaging. In particular, the method according to the invention revealed a lower variance than that of the conventional methods for determining the average frequency by correlation methods, on the estimation of the average frequency in diastole.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'extraction d'estimateurs des caractères, et notamment de la vitesse d'un écoulement instationnaire, suivant lequel on mesure le spectre Doppler d'un écoulement et on échantillonne le signal Doppler, caractérisé en ce que : on calcule les coefficients de la fonction d'autocorrélation pour chaque bloc d'échantillons ; on calcule la somme de coefficients de corrélation correspondant aux différents retards disponibles, pondérés chacun par l'intégrale du produit de la fréquence par une exponentielle négative fonction du retard pour obtenir la fréquence moyenne. 1. Method for extracting character estimators, and in particular the speed of an unsteady flow, according to which the Doppler spectrum of a flow is measured and the Doppler signal is sampled, characterized in that: the coefficients are calculated the autocorrelation function for each block of samples; the sum of the correlation coefficients corresponding to the different available delays is calculated, each weighted by the integral of the product of the frequency by a negative exponential as a function of the delay to obtain the average frequency.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on calcule la somme des parties imaginaires des coefficients de corrélation du signal affectées, pour chaque coefficient de corrélation, d'un coefficient de pondération dont la valeur est fonction de l'ordre du coefficient d'autocorrélation.  2. Method according to claim 1, characterized in that the sum of the imaginary parts of the signal correlation coefficients is calculated, for each correlation coefficient, a weighting coefficient whose value is a function of the order of autocorrelation coefficient.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on détermine la largeur de bande par calcul de la moyenne des carrés de la fréquence et soustraction.  3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the bandwidth is determined by calculating the average of the squares of the frequency and subtraction.
4. Dispositif d'extraction d'estimateurs des caractères d'un écoulement instationnaire, à partir d'un signal Doppler échantillonné à valeurs complexes, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens pour appliquer en séquence les parties imaginaires des coefficients de corrélation du signal pendant chaque fois ledit intervalle, à une entrée d'un multiplieur (10) ; des moyens (11) pour appliquer à l'autre entrée du multiplieur (10), en synchronisme, des coefficients de pondération de la forme 0, 1/π,..., (-1)P+1/πp, où p est le nombre de coefficients de pondération ; et des moyens (12, 14) pour accumuler les produits partiels et fournir une somme représentative de la fréquence moyenne. 4. Device for extracting estimators of the characters of an unsteady flow, from a sampled Doppler signal with complex values, characterized in that it comprises: means for applying in sequence the imaginary parts of the correlation coefficients of the signal during each time said interval, at an input of a multiplier (10); means (11) for applying to the other input of the multiplier (10), in synchronism, weighting coefficients of the form 0, 1 / π, ..., (-1) P + 1 / πp, where p is the number of weights; and means (12, 14) for accumulating the partial products and providing a sum representative of the frequency average.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens (18) pour normaliser la fréquence moyenne, comprenant une table de transcodage (18) qui reçoit la sortie des moyens d'accumulation et une valeur représentative du coefficient d'autocorrélation de la fonction pour un retard nul.  5. Device according to claim 4, characterized in that it further comprises means (18) for normalizing the average frequency, comprising a transcoding table (18) which receives the output of the accumulation means and a value representative of the autocorrelation coefficient of the function for a zero delay.
6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens de détermination de la moyenne des carrés de la fréquence, comprenant des moyens pour appliquer en séquence les parties réelles des coefficients de corrélation du signal pendant chaque fois ledit intervalle de temps à une entrée d'un multiplieur ; des moyens pour appliquer à l'autre entrée du multiplieur, en synchronisme, des coefficients de pondération de la forme 0, -1/π2,..., (-1)P/p2π2 ; et des moyens pour accumuler les produits partiels. 6. Device according to claim 4 or 5, characterized in that it further comprises means for determining the average of the squares of the frequency, comprising means for applying in sequence the real parts of the correlation coefficients of the signal during each times said time interval at an input of a multiplier; means for applying to the other input of the multiplier, in synchronism, weighting coefficients of the form 0, -1 / π 2 , ..., (-1) P / p 2 π2; and means for accumulating the partial products.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens de normalisation de la moyenne des carrés de la fréquence, comprenant une table de transcodage (18a) recevant le coefficient d'autocorrélation pour un retard nul et prévus pour ajouter une valeur constante à la sortie des moyens d'accumulation et diviser le résultat par ledit coefficient d'autocorrélation à retard nul.  7. Device according to claim 6, characterized in that it further comprises means for normalizing the average of the squares of the frequency, comprising a transcoding table (18a) receiving the autocorrelation coefficient for a zero and expected delay to add a constant value to the output of the accumulation means and divide the result by said zero delay autocorrelation coefficient.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens pour déterminer directement les parties imaginaires des coefficients de corrélation, et éventuellement les parties réelles des coefficients de corrélation, à partir des échantillons de la partie réelle et de la partie imaginaire du signal, chaque fois sur ledit intervalle de temps.  8. Device according to any one of claims 4 to 7, characterized in that it further comprises means for directly determining the imaginary parts of the correlation coefficients, and possibly the real parts of the correlation coefficients, from samples of the real part and the imaginary part of the signal, each time over said time interval.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, des moyens pour déterminer ledit coefficient de corrélation à partir des paramètres d'un modèle autorégressif du signal par application de l'algorithme de Levinson inverse. 9. Device according to any one of Claims 4 to 7, characterized in that it further comprises means for determining said correlation coefficient from the parameters of an autoregressive model of the signal by application of the inverse Levinson algorithm.
10. Dispositif selon la revendication 4 ou 6, caractérisé en ce que les coefficients de pondération sont ajustés pour optimiser l'approximation de la fréquence moyenne et/ou de la largeur de bande dans une plage déterminée et limitée de fréquence.  10. Device according to claim 4 or 6, characterized in that the weighting coefficients are adjusted to optimize the approximation of the average frequency and / or the bandwidth in a determined and limited frequency range.
EP90905554A 1989-03-22 1990-03-22 Process and device for extracting certain parameters from the features of an unsteady flow based on a complex-value doppler signal Withdrawn EP0422158A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8903763 1989-03-22
FR8903763A FR2644895B1 (en) 1989-03-22 1989-03-22 METHOD AND DEVICE FOR EXTRACTING ESTIMATORS OF THE CHARACTERS OF AN INSTANT FLOW FROM A DOPPLER SIGNAL WITH COMPLEX VALUES

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0422158A1 true EP0422158A1 (en) 1991-04-17

Family

ID=9379957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP90905554A Withdrawn EP0422158A1 (en) 1989-03-22 1990-03-22 Process and device for extracting certain parameters from the features of an unsteady flow based on a complex-value doppler signal

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0422158A1 (en)
FR (1) FR2644895B1 (en)
WO (1) WO1990011528A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107137285A (en) * 2017-06-06 2017-09-08 广东康王日化有限公司 A kind of preparation method of toothpaste Notogineng Extract

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO9011528A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
FR2644895B1 (en) 1991-07-05
WO1990011528A1 (en) 1990-10-04
FR2644895A1 (en) 1990-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0749083B1 (en) Method and device for the determination of the frequency spectrum of a signal
EP3238210B1 (en) Method for processing and analysing a signal, and device implementing said method
EP1615049B1 (en) Fast coherent treatment for codes with periodical line spectra
EP1908401A1 (en) Method and device for measuring the heartbeat during rythmic sport practice
EP0140726B1 (en) Method of measuring flow parameters of a fluid, and apparatus for carrying out the method
FR2583883A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING NOISE SIGNAL RATIO MERIT FACTOR FOR DIGITAL CODING DATA
EP0166836B1 (en) Method for characterising the structure of a medium and apparatus therefor
EP3671250B1 (en) Digital interferometer with sub-sampling
EP1636789A2 (en) Method for processing an audio sequence for example a piece of music
WO1990011494A1 (en) Process and device for real-time spectral analysis of complex unsteady signals
EP0309336B1 (en) Method for measuring the frequency of a periodic signal and frequency meter using such a method
CN112652290B (en) Method for generating reverberation audio signal and training method of audio processing model
EP1172980B1 (en) Apparatus for classification of complex signals with a linear digital modulation
EP0422158A1 (en) Process and device for extracting certain parameters from the features of an unsteady flow based on a complex-value doppler signal
JP2016500847A (en) Digital processor based complex acoustic resonance digital speech analysis system
Kusuma et al. Multichannel sampling of parametric signals with a successive approximation property
EP1895433A1 (en) Method of phase estimation for sinusoidal modelling of a digital signal
FR2854247A1 (en) Treatment of cubed seismic data with differing delays and angles of incidence, comprising estimating intersection corresponding with differing delays and angles of incidence
WO2009092881A1 (en) Method and device for improving the resolution of an ultrasound image
CA2286556A1 (en) Time-weighted transmission channel estimation
FR2737578A1 (en) IMPULSE DOPPLER RADAR DEVICE WITH COMPLETE DETERMINATION OF TARGET SPEED VECTOR
WO2005019841A2 (en) Signal-processing method which is used to calculate sub-sampled signal spectra
EP0740165A1 (en) Method and device for signal processing for removing ambiguity in a Doppler radar
FR2678738A1 (en) Auto-regressive detection of complex sinusoidal signals in noise for radar
EP1233521A1 (en) Method for synchronizing a clock signal with a reference signal

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 19901116

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB IT LI LU NL SE

17Q First examination report despatched

Effective date: 19911213

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19931001