Критерий регулируемого уровня значимости для выбора порядка спектральной оценки максимума энтропии

Автор(и)

  • Владимир Васильевич Савченко Нижегородский государственный лингвистический университет им. Н.А. Добролюбова, Russian Federation https://orcid.org/0000-0003-3045-3337
  • Андрей Владимирович Савченко Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики – Нижний Новгород", Russian Federation https://orcid.org/0000-0001-6196-0564

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019050042

Ключові слова:

случайный сигнал, речевой сигнал, цифровая обработка, спектральный анализ, авторегрессионная модель, параметрические методы, принцип максимума энтропии, метод Берга, критерий Акаике, AIC, BIC

Анотація

Исследован широкий класс параметрических оценок спектральной плотности мощности, основанных на принципе максимума энтропии и авторегрессионной модели наблюдений. При этом выделен их ключевой параметр — порядок используемой модели. Рассмотрена проблема априорной неопределенности, когда истинное значение порядка заранее не известно. С целью преодоления недостатков известных алгоритмов в условиях малых выборок наблюдений предложен новый критерий автоматического определения порядка по выборке конечного объема. В основу предложенного критерия положен принцип гарантированного уровня значимости в задаче проверки сложных статистических гипотез. В отличие от критериев AIC, BIC и др., он не связан с определением погрешности измерений, поскольку оперирует исключительно понятием «уровень значимости» формируемого решения. Исследование эффективности предложенного критерия проведено теоретически и экспериментально. Рассмотрен пример его применения в задаче спектрального анализа речевых сигналов. Даны рекомендации по его практическому использованию в системах цифровой обработки сигналов.

Біографії авторів

Владимир Васильевич Савченко, Нижегородский государственный лингвистический университет им. Н.А. Добролюбова

кафедра экономики, управления и информатики, профессор

Андрей Владимирович Савченко, Национальный исследовательский университет "Высшая школа экономики – Нижний Новгород"

профессор кафедры информационных систем и технологий, старший научный сотрудник лаборатории алгоритмов и технологий анализа сетевых структур

Посилання

Kay, S. M. Modern Spectral Estimation: Theory and Application. Prentice-Hall signal processing series, 1999. 539 p.

Rabiner, L. R.; Schafer, R. W. Theory and Applications of Digital Speech Processing. Boston: Pearson, 2010. 1060 p.

Gibson, J. “Entropy power, autoregressive models, and mutual information,” Entropy, Vol. 20, No. 10, p. 750, 2018. DOI: https://doi.org/10.3390/e20100750.

Марпл, С. Л.-мл. Цифровой спектральный анализ и его приложения. Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 584 с.

Castanié, F. (ed.). Digital Spectral Analysis: Parametric, Non-Parametric and Advanced Methods. Wiley-ISTE, 2011. 400 p. URI: https://www.wiley.com/en-us/Digital+Spectral+Analysis%3A+Parametric%2C+Non+Parametric+and+Advanced+Methods-p-9781848212770.

Савченко, В. В. “Новая концепция программного обеспечения статистической обработки информации на основе прогностической функции теории вероятностей,” Научные ведомости БелГУ. Серия: Экономика. Информатика, Т. 34/1, № 7, С. 84–88, 2015. URI: http://dspace.bsu.edu.ru/handle/123456789/13130.

Liu, C.-A.; Kuo, B.-S.; Tsay, W.-J. “Autoregressive spectral averaging estimator,” IEAS Working Paper: academic research 17-A013. Institute of Economics. Taiwan, 2017. URI: https://ideas.repec.org/p/sin/wpaper/17-a013.html.

Зайцев, Е. А.; Сидорчук, В. Е.; Шпилька, А. Н. “Использование спектрального анализа методом Берга при построении программно-математического обеспечения оптических систем вибродиагностики,” Приборы и методы измерений, Т. 7, № 2, С. 186–194, 2016. DOI: https://doi.org/10.21122/2220-9506-2016-7-2-186-194.

Какора, В. А.; Гринкевич, А. В. “Сравнительный анализ разрешающей способности алгоритмов спектрального оценивания,” Доклады Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, № 3, С. 20–24. 2017. URI: https://elibrary.ru/item.asp?id=29855484.

MATLAB Examples. URI: https://www.mathworks.com/examples/signal/category/spectral-analysis.

Ding, J.; Tarokh, V.; Yang, Y. “Bridging AIC and BIC: a new criterion for autoregression,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol. 64, No. 6, р. 4024-4043, 2018. DOI: https://doi.org/10.1109/TIT.2017.2717599.

Ding, J.; Noshad, M.; Tarokh, V. “Order selection of autoregressive processes using bridge criterion,” Proc. of IEEE Int. Conf. on Data Mining Workshop, ICDMW, 14-17 Nov. 2015, Atlantic City, NJ, USA. IEEE, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/ICDMW.2015.216.

Abramovich, Y. I.; Spencer, N. K.; Turley, M. D. E. “Order estimation and discrimination between stationary and time-varying (TVAR) autoregressive models,” IEEE Trans. Signal Process., Vol. 55, No. 6, p. 2861-2876, 2007. DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2007.893966.

Stoica, P.; Selen, Y. “Model-order selection: a review of information criterion rules,” IEEE Signal Processing Mag., Vol. 21, No. 4, p. 36-47, 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/MSP.2004.1311138.

Савченко, В. В. “Принцип минимума информационного рассогласования в задаче спектрального анализа случайных временных рядов в условиях малых выборок наблюдений,” Известия вузов. Радиофизика, Т. 58, № 5, С. 415–422, 2015. URI: https://elibrary.ru/item.asp?id=23754864.

Rachel, S. S.; Snekhalatha, U.; Vedhasorubini, K.; Balakrishnan, D. “Spectral analysis of speech signal characteristics: a comparison between healthy controls and Laryngeal disorder,” in: Dash S., Das S., Panigrahi B. (eds). Int. Conf. on Intelligent Computing and Applications. Advances in Intelligent Systems and Computing. Singapore: Springer, Vol. 632, 2018. DOI: https://doi.org/10.1007/978-981-10-5520-1_31.

Savchenko, A. V. “Sequential three-way decisions in efficient classification of piecewise stationary speech signals,” Lecture Notes in Artificial Intelligence, Vol. 10314, P. 264-277, 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-60840-2_19.

Esposito, A.; Faundez-Zanuy, M.; Esposito, A. M.; Cordasco, G.; Drugman, Th.; Solé-Casals, J.; Morabito, F. C. (eds.). Recent Advances in Nonlinear Speech Processing. Springer, 2016. 288 p. DOI: http://doi.org/10.1007/978-3-319-28109-4.

Farouk, M. H. “Spectral analysis of speech signal and pitch estimation,” in: Application of Wavelets in Speech Processing. Cham: Springer, 2018. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-69002-5_4.

Савченко, В. В. “Критерий минимума среднего информационного отклонения для различения случайных сигналов с близкими характеристиками,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 61, № 9, С. 536–547, 2018. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347018090042.

Kullback, S. Information Theory and Statistics. N.Y.: Dover Pub., 1997. 399 p.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-05-28

Як цитувати

Савченко, В. В., & Савченко, А. В. (2019). Критерий регулируемого уровня значимости для выбора порядка спектральной оценки максимума энтропии. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(5), 276–286. https://doi.org/10.20535/S0021347019050042

Номер

Том 62 № 5 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.