生物訊號之瞬時頻率頻譜分析
Date Issued
2003
Date
2003
Author(s)
DOI
912213E002059
Abstract
一般自然和物理界中所觀察到的振盪訊
號多半呈現出非穩態(non-stationary)及非線性
(nonlinear)之特性。傳統傅立葉(Fourier)分析
法僅能求得整段訊號之平均振盪頻率;且傅
立葉頻譜(Fourier spectrum)中之眾多諧和模態
(harmonic modes) 乃是傅立葉解析(Fourier
decomposition)過程中將訊號展開成固定頻率
諧和函數(harmonic functions)組合之產物，其
與訊號本身之振動型態並無直接對應之物理
關聯。對於振動頻率及振幅隨時都在改變之
非穩態時間訊號而言，傅立葉頻譜無法提供
訊號瞬時振動頻率變化及其相關訊息。
本計畫運用新近發展之瞬時頻率頻譜分
析法(instantaneous frequency-time analysis)[1]
來分析從生物體中所記錄的一些訊號。此法
主要分成兩個步驟：首先將訊號分解成一系
列非固定頻率之本質模態函數之組合(intrinsic
mode functions, IMF);接下來再將這些函數
經Hilbert 轉換以求得各個模態函數之瞬時頻
率(instantaneous frequency)與振幅(amplitude)
隨時間變化之關係。藉由此種方式所獲得之
Hilbert 頻譜代表著原始訊號所含能量於頻域
(frequency domain)和時域(time domain)上的分
佈狀態。相較於傅立葉頻譜僅能提供訊號平
均能量之分佈，瞬時頻率頻譜更提供了訊號
振盪頻率和能量隨時間變化之情形。由於此
法是根據訊號局部時間尺度來將原始訊號分
解成各個不同的模態函數，因此可用於分析
處理非穩態之時間序列。本計畫初步分析了
兩組時間序列;一為人體的脈搏訊號(blood
pulse signal)，一為不同等級生物之MHC
(Myosin Heavy Chain)第二型基因的DNA 序
列。前者為人體健康情形的一個重要指標，
後者為生物體遺傳及生化反應指令訊息密碼
之一;兩者皆呈現出明顯非穩態和出自於非
線性系統之特性。本計畫的目的在於嘗試分
析並解讀隱含於生物訊號內大量但尚未為人
所知的訊息;同時藉由分析的過程來評估瞬
時頻率頻譜法之優缺點作為日後改進的依
據。
Subjects
瞬時頻率頻譜
Hilbert轉換
本質
模態函數
模態函數
經驗模態分解
Hilbert頻譜
生
物訊號
物訊號
Publisher
臺北市：國立臺灣大學機械工程學系暨研究所
Type
report
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