ความแตกต่างระหว่างการโน้มน้าวใจและความสัมพันธ์ข้ามจากมุมมองการวิเคราะห์สัญญาณ


33

ฉันพยายามเข้าใจความแตกต่างระหว่างการโน้มน้าวใจกับความสัมพันธ์ข้าม ฉันได้อ่านเข้าใจนี้คำตอบ ฉันเข้าใจภาพด้านล่าง

แต่ในแง่ของการประมวลผลสัญญาณ (ฟิลด์ที่ฉันรู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับ .. ), ให้สัญญาณสองสัญญาณ (หรืออาจเป็นสัญญาณและตัวกรอง?), เมื่อใดที่เราจะใช้สังวัตนาและเมื่อใดที่เราต้องการใช้สหสัมพันธ์ข้าม หมายความว่าเมื่อในการวิเคราะห์ชีวิตจริงเราจะชอบการโน้มน้าวใจและเมื่อใดความสัมพันธ์ข้าม

ดูเหมือนว่าทั้งสองคำนี้มีการใช้งานจำนวนมากดังนั้นการใช้งานนั้นคืออะไร

Covolution

* ความสัมพันธ์ข้ามที่นี่ควรอ่านg*fแทนf*g

คำตอบ:


24

ในการประมวลผลสัญญาณมีสองปัญหาที่พบบ่อย:

  • การส่งออกของตัวกรองนี้เมื่อป้อนข้อมูลที่เป็นคืออะไร ? คำตอบนั้นได้รับจากโดยที่เป็นสัญญาณที่เรียกว่า "การตอบสนองต่อแรงกระตุ้น" ของตัวกรองและคือการดำเนินการสังสรรx(t)x(t)h(t)h(t)

  • เมื่อได้รับสัญญาณรบกวนสัญญาณมีอยู่ในหรือไม่? อีกนัยหนึ่งคือของรูปแบบโดยที่เป็นเสียงรบกวน? คำตอบที่สามารถพบได้โดยความสัมพันธ์ของและ(t) หากความสัมพันธ์มีขนาดใหญ่สำหรับช่วงเวลาที่กำหนดเราอาจมั่นใจในการบอกว่าคำตอบคือใช่x ( t ) y ( t ) y ( t ) x ( t ) + n ( t )y(t)x(t)y(t)y(t)x(t)+n(t)n(t)y(t)x(t)τ

โปรดทราบว่าเมื่อสัญญาณที่เกี่ยวข้องมีความสมมาตรการบิดและการสหสัมพันธ์จะกลายเป็นการดำเนินการเดียวกัน กรณีนี้พบได้ทั่วไปในบางพื้นที่ของ DSP


เข้าใจแล้ว ขอบคุณมากสำหรับคำตอบที่ชัดเจนและสดใสของคุณ!
MathBgu

3
สิ่งที่ฉันชอบเกี่ยวกับคำอธิบายการตอบสนองแรงกระตุ้นคือคุณได้รับปรีชาจริง ๆ ว่าทำไมการบิดจึง "กลับ" ในเงื่อนไขที่ไม่ต่อเนื่องเอาต์พุตปัจจุบันคือการตอบสนองอินพุต x แรงกระตุ้นปัจจุบัน ณ เวลา 0 + เอาท์พุทที่เหลือจากการตอบสนองอิมพัลส์อินพุตก่อนหน้า (อินพุต n-1 * อิมพัลส์ 1 + อินพุต n-2 * อิมพัลส์ 2 เป็นต้น)
Jean-Frederic PLANTE

@ Jean-FredericPLANTE ใช่นั่นเป็นวิธีที่ดีในการอธิบาย
MBaz

คำตอบนี้ด้วยความคิดเห็น @ Jean-FredericPLANTE ทำให้มีเหตุผลมากขึ้น
tpk

12

การบิดคำสองคำและการสหสัมพันธ์ข้ามถูกนำมาใช้ในวิธีที่คล้ายกันมากใน DSP

สิ่งที่คุณใช้ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน

หากคุณกำลังดำเนินการเชิงเส้นเวลาคงดำเนินการกรองคุณconvolveสัญญาณที่มีการกระตุ้นการตอบสนองของระบบ

หากคุณ "วัดความคล้ายคลึงกัน" ระหว่างสัญญาณสองสัญญาณคุณจะต้องสัมพันธ์กัน

คำสองคำมารวมกันเมื่อคุณพยายามที่จะผลิตตัวกรองการจับคู่

ที่นี่คุณกำลังพยายามตัดสินใจว่าสัญญาณที่กำหนดหรือไม่มี "pulse" (สัญญาณ),รู้จัก วิธีหนึ่งที่จะทำคือการ convolve สัญญาณที่กำหนดกับเวลาการพลิกกลับของชีพจรรู้จัก : คุณกำลังใช้บิดเพื่อดำเนินการข้ามความสัมพันธ์ของสัญญาณให้กับการเต้นของชีพจรที่รู้จักกันs[n]p[n]sp


หมายเหตุด้านข้าง

คำว่า "ความสัมพันธ์ข้าม" (สำหรับบางคน) ใช้ผิดวัตถุประสงค์ในด้านการ DSP

สำหรับสถิติความสัมพันธ์เป็นค่าที่มาตรการวิธีการปิดสองตัวแปรและควรอยู่ระหว่างและ+11+1

อย่างที่คุณเห็นจากรายการ Wikipedia เกี่ยวกับความสัมพันธ์ข้ามกันรุ่น DSP จะถูกใช้และระบุว่า:

cross-correlation เป็นการวัดความคล้ายคลึงกันของทั้งสองซีรีส์ซึ่งเป็นฟังก์ชั่นของความล่าช้าของหนึ่งเมื่อเทียบกับอีกชุดหนึ่ง

ปัญหาเกี่ยวกับนิยาม DSP: คือการวัด "ความคล้ายคลึงกัน" นี้ขึ้นอยู่กับพลังงานในแต่ละสัญญาณ

mx[n]y[n+m]

1
นี่เป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับฉัน ขอขอบคุณ!
MathBgu

3

ในการประมวลผลสัญญาณการสนทนาจะดำเนินการเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ของระบบ LTI โดยปกติความสัมพันธ์ (auto หรือ cross correlation) จะถูกคำนวณเพื่อใช้ในภายหลังเพื่อทำการคำนวณอื่น

คุณต้องระวังไม่ให้สับสนความแปรปรวนร่วมและสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ ความสัมพันธ์ไม่จำเป็นต้องอยู่ระหว่าง -1 ถึง 1 สัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ ( https://en.wikipedia.org/wiki/Pearson_product-moment_correlation_coefficient ) อยู่ระหว่าง -1 ถึง 1 เพราะจะถูกปรับอัตราส่วนโดยตัวแปรสุ่มสองแบบ . สิ่งที่เราต้องจำไว้ก็คือการดำเนินการจริงที่ต้องทำในการประมวลผลสัญญาณเชิงสถิติเพื่อวิเคราะห์ว่าตัวแปรที่เกี่ยวข้องกันสองตัวแปรคือ "ความแปรปรวนร่วม" ไม่ใช่ความสัมพันธ์ แต่สำหรับแอพพลิเคชั่นส่วนใหญ่ที่เซ็นเซอร์จับสัญญาณและแปลงเป็นแรงดันไฟฟ้าและแปลงเป็นข้อมูลดิจิทัลด้วย ADC คุณสามารถสันนิษฐานได้ว่าสัญญาณนั้นมีค่าเฉลี่ยเป็นศูนย์ดังนั้นความสัมพันธ์จะเท่ากับความแปรปรวนร่วม


ฉันจะดูในลิงค์นั้น ขอขอบคุณ!
MathBgu

3

@ MathBgu ฉันได้อ่านคำตอบที่ได้รับมาทั้งหมดมีข้อมูลมากสิ่งหนึ่งที่ฉันต้องการเพิ่มเพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นของคุณโดยพิจารณาจากสูตรของการโน้มน้าวดังนี้

f(x)g(x)=f(τ)g(xτ)dτ

และสำหรับความสัมพันธ์ข้าม

(fg)(t)=deff(τ)g(t+τ)dτ,

เรารู้ว่าสมการที่ชาญฉลาดความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือในการโน้มน้าวใจก่อนที่จะทำการเลื่อนจุดผลิตภัณฑ์เราจะทำการส่งสัญญาณข้ามแกน y นั่นคือเราเปลี่ยนเป็นในขณะที่ความสัมพันธ์ข้ามเป็นเพียงการเลื่อน ดอทโปรดัคของสองสัญญาณ(t)(t)

เราใช้การแปลงเพื่อรับผลลัพธ์ / ผลลัพธ์ของระบบที่มีสองบล็อก / สัญญาณและพวกเขาอยู่ติดกัน (ในชุด) ในโดเมนเวลา


ขอบคุณสำหรับการกล่าวถึงจุดหักบัญชี thos additionsl!
MathBgu

* ใน f * หมายถึงคอนจูเกตที่ซับซ้อนหรือไม่ แทนที่จะ "ข้ามแกน y" พิจารณา "ย้อนกลับแกนเวลา" เนื่องจากการพลิกกลับรู้สึกว่าเกิดอะไรขึ้นในแนวดิ่งโดยเฉพาะ เมื่อพูดถึงแกน y
Petrus Theron

2

มีความละเอียดอ่อนมากมายระหว่างความหมายของการบิดและสหสัมพันธ์ ทั้งสองเป็นแนวคิดที่กว้างขึ้นของผลิตภัณฑ์ภายในและการคาดการณ์ในพีชคณิตเชิงเส้นนั่นคือการฉายเวกเตอร์หนึ่งลงบนอีกอันหนึ่งเพื่อกำหนดว่า "แข็งแกร่ง" นั้นอยู่ในทิศทางของหลังหรือไม่

ความคิดนี้ขยายเข้าไปในเขตข้อมูลของโครงข่ายประสาทที่เราคาดการณ์ตัวอย่างข้อมูลลงบนแต่ละแถวของเมทริกซ์ แต่ละแถวแสดงถึงคลาสของวัตถุที่แน่นอน ตัวอย่างเช่นแต่ละแถวสามารถจำแนกตัวอักษรในตัวอักษรสำหรับการรู้จำลายมือ เป็นเรื่องปกติที่จะอ้างถึงแต่ละแถวว่าเป็นเซลล์ประสาท แต่อาจเรียกได้ว่าเป็นตัวกรองที่ตรงกัน

โดยพื้นฐานแล้วเรากำลังวัดว่ามีสองสิ่งที่คล้ายกันหรือพยายามค้นหาคุณลักษณะเฉพาะในบางสิ่งเช่นสัญญาณหรือรูปภาพ ตัวอย่างเช่นเมื่อคุณโน้มน้าวสัญญาณด้วยตัวกรอง bandpass คุณกำลังพยายามค้นหาว่ามีเนื้อหาใดบ้างในวงนั้น เมื่อคุณเชื่อมโยงสัญญาณกับไซน์อยด์เช่น DFT คุณกำลังมองหาความแรงของความถี่ของสัญญาณไซน์ในสัญญาณ โปรดทราบว่าในกรณีหลังความสัมพันธ์ไม่ได้เลื่อนออกไป แต่คุณยังคง "เชื่อมโยง" สองสิ่งเข้าด้วยกัน คุณกำลังใช้ผลิตภัณฑ์ด้านในเพื่อฉายสัญญาณไปยังไซนัส

ดังนั้นความแตกต่างคืออะไร พิจารณาว่าด้วยสังวัตนาสัญญาณจะย้อนกลับตามตัวกรอง ด้วยสัญญาณที่แปรผันตามเวลาสิ่งนี้มีผลกระทบที่ข้อมูลมีความสัมพันธ์ตามลำดับที่มันเข้าสู่ตัวกรอง เดี๋ยวเรามานิยามความสัมพันธ์อย่างง่ายๆว่าเป็นผลคูณดอทนั่นคือการฉายสิ่งหนึ่งไปยังอีกสิ่งหนึ่ง ดังนั้นในตอนแรกเรากำลังเชื่อมโยงส่วนแรกของสัญญาณกับส่วนแรกของตัวกรอง เมื่อสัญญาณยังดำเนินต่อไปผ่านตัวกรองความสัมพันธ์ก็จะสมบูรณ์มากขึ้น โปรดทราบว่าแต่ละองค์ประกอบในสัญญาณจะถูกคูณกับองค์ประกอบของตัวกรองที่ "แตะ" ณ เวลานั้นเท่านั้น

ดังนั้นด้วยการโน้มน้าวใจเรามีความสัมพันธ์กัน แต่เราก็พยายามรักษาลำดับในเวลาที่การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณโต้ตอบกับระบบ หากตัวกรองนั้นมีความสมมาตรอย่างไรก็ตามบ่อยครั้งที่มันเป็นเรื่องจริง การบิดและความสัมพันธ์จะให้ผลลัพธ์เดียวกัน

ด้วยความสัมพันธ์เราแค่เปรียบเทียบสองสัญญาณและไม่พยายามรักษาลำดับเหตุการณ์ไว้ ในการเปรียบเทียบพวกเราต้องการให้พวกเขาหันหน้าไปในทิศทางเดียวกันคือเข้าแถว เราเลื่อนสัญญาณหนึ่งไปยังอีกสัญญาณหนึ่งเพื่อให้เราสามารถทดสอบความคล้ายคลึงกันของพวกเขาในแต่ละช่วงเวลาในกรณีที่พวกเขาอยู่ห่างกันหรือเรากำลังมองหาสัญญาณที่เล็กกว่าในสัญญาณที่ใหญ่กว่า

ในการประมวลผลภาพสิ่งต่าง ๆ เล็กน้อย เราไม่สนใจเวลา Convolution ยังมีคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ที่มีประโยชน์อยู่ อย่างไรก็ตามหากคุณพยายามจับคู่บางส่วนของภาพที่มีขนาดใหญ่กว่าให้เล็กลง (เช่นการกรองที่จับคู่) คุณจะไม่ต้องการพลิกมันเพราะคุณสมบัติจะไม่เรียงกัน แน่นอนว่าตัวกรองนั้นสมมาตร ในการประมวลผลภาพความสัมพันธ์และบิดบางครั้งใช้แทนกันได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับประสาท เห็นได้ชัดว่าเวลายังคงมีความเกี่ยวข้องหากภาพนั้นเป็นตัวแทนนามธรรมของข้อมูล 2 มิติโดยที่มิติหนึ่งคือเวลา - เช่น spectrogram

ดังนั้นโดยสรุปทั้งความสัมพันธ์และการโน้มน้าวใจคือการเลื่อนผลิตภัณฑ์ภายในใช้ในการฉายสิ่งหนึ่งไปยังอีกสิ่งหนึ่งเนื่องจากมันแตกต่างกันไปตามพื้นที่หรือเวลา Convolution ใช้เมื่อคำสั่งซื้อมีความสำคัญและโดยทั่วไปจะใช้เพื่อแปลงข้อมูล ความสัมพันธ์มักใช้เพื่อค้นหาสิ่งเล็ก ๆ ที่อยู่ภายในของสิ่งที่มีขนาดใหญ่กว่านั่นคือเพื่อให้เข้ากัน หากอย่างน้อยหนึ่งในสองสิ่งนั้นมีความสมมาตรก็ไม่สำคัญว่าคุณจะใช้อะไร


0

กันการประมวลผลสัญญาณไว้ถ้าคุณเพียงแค่พยายามทำความเข้าใจกับสิ่งที่เกิดขึ้นใน Convolution และ Correlation ทั้งคู่ก็มีการทำงานที่คล้ายกันมาก ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือใน Convolution หนึ่งในตัวแปรนั้นจะกลับด้าน (พลิก) ก่อนที่จะทำการสะสมผลิตภัณฑ์ เห็นว่าฉันไม่ได้ใช้สัญญาณคำใด ๆ ข้างต้น ฉันแค่พูดในแง่ของการดำเนินการ

ตอนนี้ให้เรามาที่การประมวลสัญญาณ

การดำเนินการ Convolution ใช้ในการคำนวณเอาต์พุตของระบบ Linear Time Invariant (ระบบ LTI) ที่กำหนดให้อินพุต singal ( x ) และการตอบสนองต่อแรงกระตุ้นของระบบ ( h ) เพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดการใช้ Convolution จึงถูกใช้เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ของระบบ LTI เท่านั้นจึงมีการสืบทอดขนาดใหญ่ กรุณาหาที่มาที่นี่

http://www.rctn.org/bruno/npb163/lti-conv/lti-convolution.html

การดำเนินการสหสัมพันธ์ถูกใช้เพื่อค้นหาความคล้ายคลึงกันระหว่างสองสัญญาณ x และ y ยิ่งค่าความสัมพันธ์มีความคล้ายคลึงกันมากขึ้นระหว่างสัญญาณทั้งสอง

ทำความเข้าใจความแตกต่างที่นี่

  • Convolution -> ระหว่างสัญญาณและระบบ (ตัวกรอง)

  • ความสัมพันธ์ -> ระหว่างสองสัญญาณ

ดังนั้นจากมุมมองการวิเคราะห์สัญญาณการใช้งาน Convolution จึงไม่ได้ใช้ ใช้ความสัมพันธ์เพียงอย่างเดียวจากมุมมองการวิเคราะห์สัญญาณ ในขณะที่การใช้สังวัตนาใช้จากมุมมองการวิเคราะห์ระบบ

วิธีที่ดีที่สุดในการทำความเข้าใจการทำงานของการบิดและสหสัมพันธ์คือการทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อการบิดสองครั้งและการสหสัมพันธ์นั้นเกิดขึ้นระหว่างตัวแปรต่อเนื่องสองตัวเช่นที่แสดงในแผนภาพในคำถาม

โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.