多閾值遞歸圖計(jì)算方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及遞歸圖的計(jì)算方法，主要用于非平穩(wěn)、非線(xiàn)性信號(hào)的處理。
【背景技術(shù)】
[0002] 系統(tǒng)遞歸狀態(tài)是指系統(tǒng)的某些狀態(tài)在特定時(shí)間具有相似性。遞歸現(xiàn)象是確定性動(dòng) 力學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)基本特征。Eckmann等人提出一種可以在二維圖形上觀察狀態(tài)遞歸特性的 工具-遞歸圖（RecurrencePlot，RP)，使我們可以在二維遞歸圖上對(duì)非平穩(wěn)非線(xiàn)性信號(hào)進(jìn) 行分析與處理。
[0003] 對(duì)于一組d維的空間矢量{々以-1，々，其遞歸圖R⑷eI^xAb
[0004] Ri, j=Θ(ε -|Ixj-Xjl|), i, j=0,1, . . . , Ν~1
[0005] 構(gòu)成，其中ε為閾值，Μ·II是范數(shù)運(yùn)算，可以是II·I|2(EUClidean距離）， Θ( ·)是Heaviside函數(shù)。由于民,；三0且Ry=Rw，實(shí)際上只需計(jì)算
[0006]R；,j=Θ(ε-| |Xj-Xj| |),i= 1,2, ···,N~1,j= 0,1, ···,i-l〇
[0007] 通過(guò)測(cè)定遞歸圖中點(diǎn)和線(xiàn)段的分布，特別是對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度，Zbilut和Webber等人提 出了一套遞歸圖定量分析方法（RecurrenceQuantificationAnalysis，RQA)。
[0008] 遞歸圖方法在語(yǔ)音信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理，電介質(zhì)及電氣絕緣分析等方面 獲得了廣泛應(yīng)用。但其距離計(jì)算的巨大計(jì)算量及其占用的大量存儲(chǔ)器阻礙了它在實(shí)際 中的應(yīng)用，特別是在以數(shù)字信號(hào)處理器（DigitalSignalProcessor,DSP)、可編程器件 (ProgrammableLogicDevice,PLD)及嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0009] 閾值ε的選擇也是遞歸圖分析中一個(gè)重要問(wèn)題。ε過(guò)大造成過(guò)多的錯(cuò)誤鄰接 點(diǎn)，遞歸圖中黑點(diǎn)的密集度過(guò)高；而ε過(guò)小，許多正常的鄰接點(diǎn)沒(méi)有被描述出來(lái)，遞歸圖的 白色區(qū)域變大。遞歸點(diǎn)的個(gè)數(shù)、對(duì)角線(xiàn)的條數(shù)及對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度將受到ε影響。以這些數(shù)據(jù)為 基礎(chǔ)的RQA也受到影響。因此，在一些文獻(xiàn)中，如N.Marwan，M.CarmenRomano,M.Thiel, J.Kurths,Recurrenceplotsfortheanalysisofcomplexsystems,PhysicsReports 438 (5) (2007) 237-329,列出了一些閾值選擇的準(zhǔn)則與標(biāo)準(zhǔn)，這些準(zhǔn)則與標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)是基于一 組不同閾值的遞歸圖。
[0010] 考慮一組閾值nDm=εQ >εQi> · · · >εi> 〇,〇 <η<< 1，D" =max?。 p，記閾值為εq時(shí)的遞歸圖為RgeR^x；v，它的元素為
[0011] Rq, w = θ ( ε q-| |x「Xj I I)，i，j =〇, 1，…，N-ι, q = 1，2, · · ·，Q.
[0012] 記c1>q = {Rq.^lRq,^ =l}，則cw?cw-L..?cu，c1>qi可從c1>q遞推求出。
[0013]Rq中，在直線(xiàn)i_j= 1上、從Rq.u開(kāi)始、滿(mǎn)足下述條件的一系列連續(xù)的遞歸點(diǎn)稱(chēng)為 一條長(zhǎng)度為W的對(duì)角線(xiàn)，這些對(duì)角線(xiàn)用于RQA。
[0014]
[0015] 而從Rq, ,開(kāi)始、滿(mǎn)足下述條件的一系列連續(xù)的非遞歸點(diǎn)，本發(fā)明中稱(chēng)之為稱(chēng)為一 條長(zhǎng)度SLn的非遞歸對(duì)角線(xiàn)。
[0016]
[0017] 本發(fā)明中，多閾值遞歸圖是指一個(gè)NXN的二維圖形或二維矩陣，它包含遞歸圖 {仏}^的全部信息。在實(shí)際應(yīng)用，有時(shí)只需計(jì)算區(qū)域1彡?Υ彡i-j彡ΤΗ <Ν-1 (?Υ和TH為 整數(shù)）內(nèi)的遞歸單元。全部遞歸圖是?Υ= 1、TH =N-1時(shí)的特例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的在于提供一種多閾值遞歸圖的計(jì)算方法及其裝置，壓縮多閾值遞歸 圖數(shù)據(jù)，節(jié)約存儲(chǔ)空間，減少遞歸圖計(jì)算量及其對(duì)角線(xiàn)搜索的計(jì)算量。
[0019] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路如下：
[0020] 1.遞歸矩陣Rq,L是稀疏矩陣，大部分?jǐn)?shù)據(jù)是零，并且c;，Q?Cm...?cu，因 此定義一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)壓縮存儲(chǔ)全部{RJ&i; -種壓縮方法是采用游程壓縮方法壓縮對(duì) 角線(xiàn)及非遞歸對(duì)角線(xiàn)，不同閾值所對(duì)應(yīng)的對(duì)角線(xiàn)可以遞推地從壓縮的數(shù)據(jù)中讀出；
[0021] 2.采用基于數(shù)據(jù)查詢(xún)樹(shù)的最近鄰查找方法搜索遞歸點(diǎn)；
[0022] 3.若查詢(xún)區(qū)域?yàn)?彡?；彡i-j彡TH <N-1，則查詢(xún)樹(shù)長(zhǎng)度不大于Nw =Τη-?Υ+1， 這相當(dāng)于采用Nw點(diǎn)的滑動(dòng)窗滑動(dòng)遞推計(jì)算，在該區(qū)域內(nèi)滑動(dòng)窗形狀如圖2中粗線(xiàn)三角形所 /_J、1 〇
[0023] 本發(fā)明方法的具體步驟如下：
[0024] 1.根據(jù)?Υ和TH，定義多閾值遞歸圖數(shù)據(jù)記錄結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)查詢(xún)樹(shù)結(jié)構(gòu)，并初始化；
[0025] 2.更新數(shù)據(jù)查詢(xún)樹(shù)；
[0026] 3.采用基于樹(shù)型結(jié)構(gòu)的最近鄰查找方法搜索每一個(gè)點(diǎn)的遞歸點(diǎn)，并量化其距離；
[0027] 4.更新遞歸圖記錄；
[0028] 5.重復(fù)步驟2、3及4,直到查找出需要所有遞歸點(diǎn)；
[0029] 6.在多閾值遞歸圖中遞推搜索Rq的對(duì)角線(xiàn)，q= 1，2, . . .，Q，并記入到相應(yīng)對(duì)角 線(xiàn)記錄中。
[0030] 實(shí)現(xiàn)本算法的裝置由用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義及初始化的模塊、數(shù)據(jù)輸入及數(shù)據(jù)查 詢(xún)樹(shù)管理模塊、最近鄰查找模塊、對(duì)角線(xiàn)搜索模塊及數(shù)據(jù)通訊功能模塊構(gòu)成。初始化完成 后，循環(huán)運(yùn)行查詢(xún)樹(shù)管理、最近鄰點(diǎn)查找、多閾值遞歸圖數(shù)據(jù)記錄模塊及對(duì)角線(xiàn)查找模塊構(gòu) 成模塊。裝置基于算述-邏輯部件（ALU)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，算述邏輯部件可以是微處理器或 者可編程器件或其它自動(dòng)機(jī)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分由可讀寫(xiě)的存儲(chǔ)器構(gòu)成，用于儲(chǔ)存輸入部分、數(shù) 據(jù)查詢(xún)樹(shù)、多閾值遞歸圖數(shù)據(jù)、及對(duì)角線(xiàn)數(shù)據(jù)。
[0031] 本發(fā)明與現(xiàn)有方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0032] 1.采用游程記錄方式，所需的存儲(chǔ)空間比遞歸點(diǎn)的數(shù)量少；
[0033] 2.采用快速最近鄰查找方法來(lái)查詢(xún)遞歸點(diǎn)，距離的計(jì)算量少，計(jì)算復(fù)雜性低；
[0034] 3.多閾值遞歸圖包含的系統(tǒng)遞歸信息豐富全面。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1多閾值遞歸圖計(jì)算方法及其裝置原理圖。
[0036] 圖2是多閾值遞歸圖算法原理示意圖。小方框代表遞歸元素，粗線(xiàn)直角三角形表 示滑窗。
[0037]圖3是元音/a/開(kāi)頭部分的波形圖。
[0038] 圖4是元音/a/的相軌跡在二維平面上的投影。
[0039] 圖5是元音/a/的多閾值遞歸圖，一組閾值為0. 150"，0. 1250"，0.lD^O. 0750"， 〇.orom。
[0040]圖 6 ~10 分別是閾值為ε=〇· 150"，0· 1250"，0·IDmO.OTSDwO.OSDJ寸的遞歸圖， 這些遞歸圖包含在圖5所示的多閾值遞歸圖中。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 以下結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例按以下幾步 完成。
[0042] 1.定義多閾值遞歸矩陣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
[0043] 為了便于對(duì)角線(xiàn)搜索，本實(shí)施例中以在直線(xiàn)i_j= 1上的對(duì)角線(xiàn)及非遞歸對(duì)角線(xiàn) 為例，采用{2;}￡^記錄多閾值遞歸圖數(shù)據(jù)，這里
[0044]Zj= (Z10,Zjj,...?Zlm,. .