专利名称：一种信号处理中波形识别的方法
技术领域：
本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种信号处理中波形识别的方法。
背景技术：
在通信领域，数据信息需要经过电信号进行传输，为了便于表征数据，许多信号是以0、1两态的方式表示的，反映在电信号强度上就是高低两个不同的值，一系列高低强度表示的信号就构成了信号的波形。在数据接收方需要从信号的波形中恢复脉冲，形成容易判断的数据形式。
常用的波形脉冲整形方法有限幅和阈值判决。限幅是通过设置高低两个参考门限值Href和Lref，高于Href的信号幅值一律被限制在Href，低于Lref的信号幅值被限制在Lref。阈值判决是设定一参考阈值门限，高于该阈值的被整形为1，低于该门限的被整形为0。
上面的两种方法简单，容易实现，适用于信号波形稳定的场合。一旦信号波形不稳定，波形幅度整体上有一定的波动，那么阈值和门限值的选取就很困难，因为整个信号范围不能采用某个预先设定门限值和阈值来整形，上面两种方法就不容易实施。如果接收方接收的信号时强时弱，同样会造成门限和阈值选取的困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是提供一种信号处理中波形识别的方法，有效的识别不稳定的信号波形，也适用于信号强度时强时弱的情况。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种信号处理中波形识别的方法，包括如下步骤
(1)初始化波形参数，将信号数据作为波形识别的数据来源；(2)根据波形变化趋势寻找信号波形中的上升沿或下降沿；(3)根据信号沿类型和信号沿的幅度，与存储的相应波形参数比较，判断信号沿是否有效，当信号沿无效时，返回步骤2；当信号沿有效时，更新存储的相应波形参数；(4)计算脉冲宽度和判断脉冲数值，返回步骤2。
进一步地，所述步骤1中的信号数据先经过一低通滤波器，过滤信号数据中噪声，再将处理后的数据作为波形识别的数据来源。
进一步地，所述步骤1中的初始化波形参数包括预置波形趋势、前一数据点的坐标、当前数据点的坐标、信号沿上端点的坐标、信号沿下端点的坐标、信号沿类型、有效信号沿类型；初始化方法包括如下步骤(A)将前一数据点坐标初始化为起始点坐标，将当前数据点坐标初始化为起始点后一点坐标。
(B)比较起始点与后一点的垂直坐标若后一点的垂直坐标小于起始点的垂直坐标，则信号沿为下降沿，将信号沿的上端点坐标设置为起始点坐标，有效信号沿类型设置为下降沿，波形趋势为下降趋势；否则信号沿为上升沿，将信号沿的下端点坐标设置为起始点坐标，有效信号沿类型设置为上升沿，波形趋势为上升趋势。
进一步地，所述步骤2包括如下步骤(a)将当前数据点的坐标存储为前一数据点的坐标，将波形上的后一数据点的坐标设置为当前数据点的坐标；比较前一数据点的坐标与当前数据点的坐标，若当前数据点的垂直坐标小于前一数据点的垂直坐标，表示波形趋势为下降趋势，若当前数据点的垂直坐标大于前一数据点的垂直坐标，表示波形趋势为上升趋势，否则波形趋势不变；(b)记录波形趋势，并与前一次记录的波形趋势进行比较，若前一次为上升趋势，后一次为下降趋势，表示上升沿结束，下降沿开始，记录信号沿上端点的坐标，并记录信号沿类型为上升沿，进入步骤3；若前一次为下降趋势，后一次为上升趋势，表示下降沿结束，上升沿开始，记录信号沿下端点的坐标，并记录信号沿类型为下降沿，并进入步骤3；若与前一次波形趋势相同，表示信号沿还未结束，返回步骤a。
进一步地，所述步骤1中的初始化波形参数还包括预置信号沿阈值，所述信号沿阈值用于判断信号沿是否满足跳变幅度要求；所述步骤3包括如下步骤(a)当最近一次有效信号沿类型为上升沿，若本次寻找到的是上升沿，则该上升沿无效，返回步骤2；若本次寻找到的是下降沿，则计算信号沿跳变幅度，所述信号沿跳变幅度为信号沿上端点与信号沿下端点的垂直距离，比较信号沿跳变幅度是否超过了信号沿阈值，若没有超过，则本次寻找到的信号沿无效，返回步骤2；若超过了阈值，则本次寻找的信号沿有效，有效信号沿设置为下降沿，执行步骤c；(b)当最近一次有效信号沿类型为下降沿，若本次寻找到的是下降沿，则该下降沿无效，返回步骤2；若本次寻找到的是上升沿，则计算信号沿跳变幅度，比较信号沿跳变幅度是否超过了信号沿阈值，若没有超过，则本次寻找到的信号沿无效，返回步骤2；若超过了信号沿阈值，则本次寻找的信号沿有效，有效信号沿设置为上升沿，执行步骤c；(c)调整信号沿阈值为本次信号沿跳变幅度的一半，作为下一次信号沿有效性检查的阈值。
进一步地，所述步骤1中的初始化波形参数还包括预置信号沿中值，所述信号沿中值用于判断信号沿是否满足跳变幅度要求；所述步骤3包括如下步骤(a)当最近一次有效信号沿类型为上升沿，若本次寻找到的是上升沿，则该上升沿无效，返回步骤2；若本次寻找到的是下降沿，则比较该信号沿下端点的垂直坐标是否小于最近一次有效信号沿中值，若不小于该值，则本次寻找到的信号沿无效，返回步骤2；若小于该值，则本次寻找的信号沿有效，有效信号沿设置为下降沿，执行步骤c；(b)当最近一次有效信号沿类型为下降沿，若本次寻找到的是下降沿，则该下降沿无效，返回步骤2；若本次寻找到的是上升沿，则比较该信号沿上端点的垂直坐标是否大于最近一次有效信号沿中值，若不大于该值，则本次寻找到的信号沿无效，返回步骤2；若大于该值，则本次寻找的信号沿有效，有效信号沿设置为上升沿，执行步骤c；(c)计算并记录信号沿中值，为信号沿上端点的垂直坐标与信号沿下端点垂直的坐标之和的一半，作为下一次信号沿有效性检查的信号沿中值。
进一步地，所述步骤1中的初始化波形参数还包括预置信号中值位置点的坐标；所述步骤4中，计算脉冲宽度的方法包括如下步骤(a)计算信号沿中值，为信号沿上端点的垂直坐标与信号沿下端点垂直坐标的之和的一半；(b)寻找本次信号沿的中值位置点，从信号沿开始到信号沿结束进行搜索，查找信号沿中值介于哪两个相邻信号点之间，记录其中一个点作为信号沿的中值位置点坐标；(c)本次信号沿中值位置点与最近一次有效信号沿中值位置点之间水平距离为脉冲的宽度。
进一步地，所述步骤1中的初始化波形参数还包括预置信号中值位置点的坐标；所述步骤4中，计算脉冲宽度的方法包括如下步骤(a)寻找本次信号沿的中值位置点，从信号沿开始到信号沿结束进行搜索，查找信号沿中值介于哪两个相邻信号点之间，记录其中一个点作为信号沿的中值位置点坐标；(b)计算本次信号沿中值位置点与最近一次有效信号沿中值位置点之间水平距离，该距离为脉冲的宽度。
进一步地，所述步骤4中，判断脉冲数值的方法为若最近一次有效信号沿类型是上升沿，本次是下降沿，则脉冲值为1；如果最近一次有效信号沿类型是下降沿，本次是上升沿，则脉冲值为0。
进一步地，当本次信号沿类型与最近一次有效的信号沿类型同是上升沿或下降沿时，可进一步进行如下处理计算信号沿跳变幅度，当此次信号沿跳变幅度大于记录的信号沿阈值的两倍，则将记录的信号沿阈值更新为此次信号沿跳变幅度的一半。
进一步地，当本次信号沿类型与最近一次有效的信号沿类型同是上升沿或下降沿时，可进一步进行如下处理计算信号沿中值，为信号沿上端点的垂直坐标与信号沿下端点垂直的坐标之和的一半，当信号沿中值大于记录的信号沿中值，则将记录的信号沿中值更新为此次信号沿的中值。
本发明的优点在于能够识别幅值不稳定和强度变化的信号，克服了限幅法和阈值判决法对幅值变化信号和强度变化信号参考值或阈值选取困难甚至无效的问题。
图1是信号波形图；图2是图1所示的信号波形经过低通滤波器后的信号波形图；图3是信号波形中某端信号的放大图形；图4是信号波形经过本发明识别前后的图形对比图；图5是不稳定信号经过本发明识别前后的图形对比图。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
图1所示是信号的波形。在实际的系统中，信号波形的数据是通过模数转换器对信号进行抽样得到的。信号在抽样之前是模拟信号，经过防混叠低通滤波后进行数字采样，采样后的数字信号中可能会包含不需要的噪声，数字信号经过进一步数字低通滤波器可消除部分噪声，使信号的波形质量得到改善。
图2中所示就是采样数字信号经过数字滤波器后的波形，与图1所示的信号进行比较，滤波后的信号波形质量明显得到了改善。
图3中截取了信号中某端信号波形。图中A、B、C、D、E、F、G、H、I、J标识的是波形中出现的信号沿端点，a、b点为有效沿的中值位置点。下面结合图3所示的波形详细描述信号沿搜索和脉冲宽度计算的过程。
这里将A点作为本方法的起始点。前一数据点的坐标、当前数据点的坐标、信号沿上端点的坐标、信号沿下端点的坐标均可设置初始值0。信号沿阈值ThreshVal选取一初始值，比如噪声门限或0或其他，这里设置信号沿阈值为噪声门限值。
最初通过比较A点和后面一点确定最开始的信号沿是上升沿还是下降沿。比较A点和后面一点，发现A点的垂直坐标小于后一点，表明此时的信号趋势为上升趋势，那么将A点作为信号沿的下端点，将沿的下端点坐标设置为A点的坐标(后面每当找到下端点，均更新上端点的坐标信息，后面不再赘述)，有效信号沿为下降沿。
继续比较信号相邻两点的垂直坐标，直到在B点，B的垂直坐标大于B的后面一点的垂直坐标，表明此时有上升趋势改变为下降趋势，那么B点即为沿的上端点，此时更新上端点的坐标为B点的坐标(后面每当找到上端点，均更新上端点的坐标信息，后面不再赘述)。此时寻找到以A为下端点，B为上端点的沿，用沿AB表示。下面需要对沿AB进行有效性验证。计算出沿AB的跳变幅度值，即B点的垂直坐标与A点的垂直坐标之差，并与信号沿阈值进行比较。可以看出此处的沿AB是噪声沿，经过比较，沿AB的跳变幅度值小于信号沿阈值ThreshVal，那么沿AB为无效信号沿。
在点C，信号的趋势由下降趋势改变为上升趋势，即寻找到下降沿BC，B点为沿的上端点，C点为沿的下端点。最近一次有效信号沿为下降沿，沿BC也为下降沿，而此时需要的是上升沿，因此沿BC为无效沿。
在点D，信号的趋势由上升趋势变为下降趋势，即寻找到上升沿CD，C为沿的下端点，D为沿的上端点。计算沿CD的跳变幅度值，并与信号沿阈值ThreshVal进行比较，经过比较，沿CD的跳变幅度值大于信号沿阈值，表明沿CD为有效沿。
计算沿CD的中值，为D点的垂直坐标与C点垂直坐标的之和的一半，搜索沿的中值位置点。从C点开始，将相邻信号点幅度值与沿CD的中值幅值进行比较，查找信号沿中值介于哪两个相邻信号点之间，记录其中一个点a作为信号沿的中值位置点坐标。该点可以是垂直坐标离沿的中值最接近接近的点，也可以统一选择两点中垂直坐标较大的一点或较小的一点。
计算脉冲的宽度和脉冲的数值。脉冲的宽度为最近一次有效沿的中值点LastMidPos与本次沿CD的中值点a之间的水平距离。脉冲是由下降沿和上升沿组成，下降沿在先，上升沿在后，脉冲的值为0。
最近一次有效沿为上升沿CD，中值点为a，信号沿阈值ThreshVal为沿CD跳变幅度值的一半。
在点E，信号由下降沿变为上升沿，此时寻找到下降沿DE，D为沿上端点，E为沿下端点。计算沿DE的跳变幅度值，并与信号沿阈值进行比较。经过比较，沿DE的跳变幅度值小于信号沿阈值，沿DE为无效沿。
在点F，信号由上升沿变为下降沿，寻找到上升沿EF，由于最近一次有效沿为上升沿，因此沿EF无效。在点G，信号由下降沿变为上升沿，此时寻找到下降沿FG，F为沿上端点，G为沿下端点。计算沿FG的跳变幅度值，并与信号沿阈值进行比较。经过比较，沿FG的跳变幅度值小于信号沿阈值，沿FG为无效沿。在点H，信号由上升沿变为下降沿，寻找到上升沿GH，由于最近一次有效沿为上升沿，因此沿GH无效。
在点I，信号由下降沿变为上升沿，此时寻找到下降沿HI，H为沿上端点，I为沿下端点。计算沿HI的跳变幅度值，并与信号沿阈值进行比较。经过比较，沿HI的跳变幅度值大于信号沿阈值，沿HI为有效沿。
计算沿HI的中值，搜索沿的中值位置点。从H点开始，将相邻信号点垂直坐标与沿HI的中值进行比较，找到b点作为沿HI的中值位置点。
计算脉冲的宽度和脉冲的数值。脉冲的宽度为最近一次有效沿的中值点a与本次沿HI的中值点b之间的距离。脉冲是由上升沿和下降沿组成，上升沿在先，下降沿在后，脉冲的值为1。
最近一次有效沿变为下降沿HI，中值点为b，信号沿阈值为沿HI跳变幅度值的一半。
也可以不设置信号沿阈值，而记录信号沿中值，判断信号沿有效性的时候，对于下降沿，则比较该信号沿下端点的垂直坐标是否小于最近一次有效信号沿中值，若不小于该值，该信号沿无效；对于上升沿，则比较该信号沿上端点的垂直坐标是否大于最近一次有效信号沿中值，若不大于该值，该信号沿无效。当信号沿有效时，需要记录该值，作为下一次信号沿有效性检查的信号沿中值。对于最初，可将信号沿中值初始化为第一点的幅值，这样第一个信号沿无论是上升还是下降沿都直接判决为有效沿。
另外，对于波形变化很剧烈的情况下，也可以在本次信号沿类型与最近一次有效的信号沿类型同一类型，如同是上升沿或下降沿的情况下，计算信号沿跳变幅度，当此次信号沿跳变幅度大于记录的信号沿阈值的两倍，则将记录的信号沿阈值更新为此次信号沿跳变幅度的一半；或者计算信号沿中值，为信号沿上端点的垂直坐标与信号沿下端点垂直的坐标之和的一半，当信号沿中值大于记录的信号沿中值，则将记录的信号沿中值更新为此次信号沿的中值。
图4所示为采用本发明的方法信号在整形前后的图形。
图5所示为采用本发明的方法对不稳定的信号进行脉冲识别的情况。从图中可以看出，信号的幅度不稳定，不能采用限幅或阈值判决的方法。通过本发明采用的方法，可以完成对该信号的脉冲识别。
权利要求
1.一种信号处理中波形识别的方法，包括如下步骤(1)初始化波形参数，将信号数据作为波形识别的数据来源；(2)根据波形变化趋势寻找信号波形中的上升沿或下降沿；(3)根据信号沿类型和信号沿的幅度，与存储的相应波形参数比较，判断信号沿是否有效，当信号沿无效时，返回步骤2；当信号沿有效时，更新存储的相应波形参数；(4)计算脉冲宽度和判断脉冲数值，返回步骤2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤1中的信号数据先经过一低通滤波器，过滤信号数据中噪声，再将处理后的数据作为波形识别的数据来源。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述步骤1中的初始化波形参数包括预置波形趋势、前一数据点的坐标、当前数据点的坐标、信号沿上端点的坐标、信号沿下端点的坐标、信号沿类型、有效信号沿类型；初始化方法包括如下步骤(A)将前一数据点坐标初始化为起始点坐标，将当前数据点坐标初始化为起始点后一点坐标。(B)比较起始点与后一点的垂直坐标若后一点的垂直坐标小于起始点的垂直坐标，则信号沿为下降沿，将信号沿的上端点坐标设置为起始点坐标，有效信号沿类型设置为下降沿，波形趋势为下降趋势；否则信号沿为上升沿，将信号沿的下端点坐标设置为起始点坐标，有效信号沿类型设置为上升沿，波形趋势为上升趋势。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤2包括如下步骤(a)将当前数据点的坐标存储为前一数据点的坐标，将波形上的后一数据点的坐标设置为当前数据点的坐标；比较前一数据点的坐标与当前数据点的坐标，若当前数据点的垂直坐标小于前一数据点的垂直坐标，表示波形趋势为下降趋势，若当前数据点的垂直坐标大于前一数据点的垂直坐标，表示波形趋势为上升趋势，否则波形趋势不变；(b)记录波形趋势，并与前一次记录的波形趋势进行比较，若前一次为上升趋势，后一次为下降趋势，表示上升沿结束，下降沿开始，记录信号沿上端点的坐标，并记录信号沿类型为上升沿，进入步骤3；若前一次为下降趋势，后一次为上升趋势，表示下降沿结束，上升沿开始，记录信号沿下端点的坐标，并记录信号沿类型为下降沿，并进入步骤3；若与前一次波形趋势相同，表示信号沿还未结束，返回步骤a。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤1中的初始化波形参数还包括预置信号沿阈值，所述信号沿阈值用于判断信号沿是否满足跳变幅度要求；所述步骤3包括如下步骤(a)当最近一次有效信号沿类型为上升沿，若本次寻找到的是上升沿，则该上升沿无效，返回步骤2；若本次寻找到的是下降沿，则计算信号沿跳变幅度，所述信号沿跳变幅度为信号沿上端点与信号沿下端点的垂直距离，比较信号沿跳变幅度是否超过了信号沿阈值，若没有超过，则本次寻找到的信号沿无效，返回步骤2；若超过了阈值，则本次寻找的信号沿有效，有效信号沿设置为下降沿，执行步骤c；(b)当最近一次有效信号沿类型为下降沿，若本次寻找到的是下降沿，则该下降沿无效，返回步骤2；若本次寻找到的是上升沿，则计算信号沿跳变幅度，比较信号沿跳变幅度是否超过了信号沿阈值，若没有超过，则本次寻找到的信号沿无效，返回步骤2；若超过了信号沿阈值，则本次寻找的信号沿有效，有效信号沿设置为上升沿，执行步骤c；(c)调整信号沿阈值为本次信号沿跳变幅度的一半，作为下一次信号沿有效性检查的阈值。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤1中的初始化波形参数还包括预置信号沿中值，所述信号沿中值用于判断信号沿是否满足跳变幅度要求；所述步骤3包括如下步骤(a)当最近一次有效信号沿类型为上升沿，若本次寻找到的是上升沿，则该上升沿无效，返回步骤2；若本次寻找到的是下降沿，则比较该信号沿下端点的垂直坐标是否小于最近一次有效信号沿中值，若不小于该值，则本次寻找到的信号沿无效，返回步骤2；若小于该值，则本次寻找的信号沿有效，有效信号沿设置为下降沿，执行步骤c；(b)当最近一次有效信号沿类型为下降沿，若本次寻找到的是下降沿，则该下降沿无效，返回步骤2；若本次寻找到的是上升沿，则比较该信号沿上端点的垂直坐标是否大于最近一次有效信号沿中值，若不大于该值，则本次寻找到的信号沿无效，返回步骤2；若大于该值，则本次寻找的信号沿有效，有效信号沿设置为上升沿，执行步骤c；(c)计算并记录信号沿中值，为信号沿上端点的垂直坐标与信号沿下端点垂直的坐标之和的一半，作为下一次信号沿有效性检查的信号沿中值。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤1中的初始化波形参数还包括预置信号中值位置点的坐标；所述步骤4中，计算脉冲宽度的方法包括如下步骤(a)计算信号沿中值，为信号沿上端点的垂直坐标与信号沿下端点垂直坐标的之和的一半；(b)寻找本次信号沿的中值位置点，从信号沿开始到信号沿结束进行搜索，查找信号沿中值介于哪两个相邻信号点之间，记录其中一个点作为信号沿的中值位置点坐标；(c)本次信号沿中值位置点与最近一次有效信号沿中值位置点之间水平距离为脉冲的宽度。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤1中的初始化波形参数还包括预置信号中值位置点的坐标；所述步骤4中，计算脉冲宽度的方法包括如下步骤(a)寻找本次信号沿的中值位置点，从信号沿开始到信号沿结束进行搜索，查找信号沿中值介于哪两个相邻信号点之间，记录其中一个点作为信号沿的中值位置点坐标；(b)计算本次信号沿中值位置点与最近一次有效信号沿中值位置点之间水平距离，该距离为脉冲的宽度。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤4中，判断脉冲数值的方法为若最近一次有效信号沿类型是上升沿，本次是下降沿，则脉冲值为1；如果最近一次有效信号沿类型是下降沿，本次是上升沿，则脉冲值为0。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于当本次信号沿类型与最近一次有效的信号沿类型同是上升沿或下降沿时，可进一步进行如下处理计算信号沿跳变幅度，当此次信号沿跳变幅度大于记录的信号沿阈值的两倍，则将记录的信号沿阈值更新为此次信号沿跳变幅度的一半。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于当本次信号沿类型与最近一次有效的信号沿类型同是上升沿或下降沿时，可进一步进行如下处理计算信号沿中值，为信号沿上端点的垂直坐标与信号沿下端点垂直的坐标之和的一半，当信号沿中值大于记录的信号沿中值，则将记录的信号沿中值更新为此次信号沿的中值。
全文摘要
本发明公开了一种信号处理中波形识别的方法，包括如下步骤初始化波形参数，将信号数据作为波形识别的数据来源；根据波形变化趋势寻找信号波形中的上升沿或下降沿；根据信号沿类型和信号沿的幅度，与存储的相应波形参数比较，判断信号沿是否有效，当信号沿无效时，继续寻找上升沿或下降沿；当信号沿有效时，更新存储的相应波形参数；计算脉冲宽度和判断脉冲数值，继续寻找上升沿或下降沿。本发明能够识别幅值不稳定和强度变化的信号，克服了限幅法和阈值判决法对幅值变化信号和强度变化信号参考值或阈值选取困难甚至无效的问题。
文档编号H03K5/01GK1968228SQ20061014568
公开日2007年5月23日 申请日期2006年11月23日 优先权日2006年11月23日
发明者张建, 冯涛, 王晓磊 申请人:中兴通讯股份有限公司