dsp。MovingVariance

移动的方差

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描述

的dsp。MovingVariance系统对象™计算输入信号沿每个通道的移动方差，随时间独立。该对象使用滑动窗口方法或指数加权方法来计算移动方差。在滑动窗口方法中，将指定长度的窗口逐个样本地移动到数据上，并对窗口中的数据计算方差。在指数加权方法中，对象从平均值中减去每个数据样本，对差值进行平方，并将平方结果与加权因子相乘。然后，该对象通过添加所有加权数据来计算方差。有关这些方法的详细信息，请参见算法．

计算输入的移动方差:

创建dsp。MovingVariance对象并设置其属性。
使用参数调用对象，就像调用函数一样。

有关系统对象如何工作的详细信息，请参见什么是系统对象?

创建

语法

MovVar = dsp。MovingVariance

MovVar = dsp.MovingVariance(Len)

MovVar = dsp.MovingVariance(Len,Overlap)

MovVar = dsp.MovingVariance(名称，值)

描述

MovVar= dsp。MovingVariance返回一个移动的方差对象，MovVar，使用默认属性。

例子

MovVar= dsp。MovingVariance (Len）设置WindowLength财产Len．

MovVar= dsp。MovingVariance (Len，重叠）设置WindowLength财产Len和OverlapLength财产重叠．

例子

MovVar= dsp。MovingVariance (名称,值）使用名称,值对。未指定的属性有默认值。

例子:MovVar = dsp。MovingVariance(“法”、“指数加权”,“ForgettingFactor”,0.9);

属性

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除非另有说明，属性为nontunable，这意味着在调用对象后不能更改它们的值。对象在调用时锁定，而释放功能解锁它们。

如果属性为可调，您可以随时更改其值。

有关更改属性值的详细信息，请参见使用系统对象的MATLAB系统设计．

`方法`- - - - - -方法来计算方差
`“滑动窗口”`(默认)|`指数权重的`

“滑动窗口”指定长度的窗口SpecifyWindowLength沿着每个通道在输入数据上移动。对于窗口移动的每个样本，对象计算窗口中数据的方差。
指数权重的-对象从平均值中减去每个数据样本，对差值进行平方，并将平方结果与权重因子相乘。然后，该对象通过添加所有加权数据来计算方差。加权因子的大小随着数据年龄的增加呈指数下降，永远不会达到零。

有关这些方法的详细信息，请参见算法．

`SpecifyWindowLength`- - - - - -指定窗口长度
`真正的`(默认)|`假`

标志，以指定作为标量布尔值指定的窗口长度。

真正的属性中指定的值WindowLength财产。
假—滑动窗口的长度为无限大。在这种模式下，方差计算使用当前样本和所有过去的样本。

依赖关系

设置时应用此属性方法来“滑动窗口”．

`WindowLength`- - - - - -滑动窗口的长度
4(默认)|正标量整数

样本中滑动窗口的长度，指定为正标量整数。

依赖关系

设置时应用此属性方法来“滑动窗口”而且SpecifyWindowLength来真正的．

数据类型:单|双|int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64

`OverlapLength`- - - - - -窗口间重叠长度
`WindowLength`−1(默认)|非负整数

滑动窗口之间的重叠长度，指定为非负整数。重叠长度取值范围为[0，WindowLength−1]。如果不指定，则重叠长度设置为WindowLength−1。

依赖关系

设置时应用此属性方法来“滑动窗口”而且SpecifyWindowLength来真正的．

数据类型:单|双|int8|int16|int32|int64|uint8|uint16|uint32|uint64

`ForgettingFactor`- - - - - -指数加权因子
0.9(默认)|(0,1)范围内的正实标量

指数加权因子，指定为范围(0,1]中的正实标量。

与0.1的遗忘因子相比，0.9的遗忘因子给予旧数据更多的权重。遗忘因子为1.0表示无限记忆。所有过去的样本都被赋予相同的权重。

由于此属性是可调的，因此即使对象被锁定，您也可以更改其值。

可调:是的

依赖关系

设置时应用此属性方法来指数权重的．

数据类型:单|双

使用

语法

y = movVar(x)

描述

例子

y= movVar (x）计算输入信号的移动方差，x，以滑动窗口法或指数加权法计算。

输入参数

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`x`- - - - - -数据输入
向量|矩阵

数据输入，指定为向量或矩阵。如果x是一个矩阵，每一列都被视为一个独立的通道。沿着每个通道计算移动方差。

对象接受可变大小的输入。锁定对象后，您可以更改每个输入通道的大小，但不能更改通道的数量。

数据类型:单|双
复数支持:金宝app是的

输出参数

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`y`-移动方差
向量|矩阵

输入信号的移动方差，以矢量或矩阵形式返回。

当你输入一个大小的信号米——- - - - - -n对象，如果你设置方法来“滑动窗口”而且SpecifyWindowLength来真正的时，输出的上限大小为装天花板（米/跳)———大小n．跳点大小为窗口长度−重叠长度。在其他情况下，输出的大小为米——- - - - - -n．

当从该对象生成代码时，生成代码中输出的可变大小行为取决于输入帧长以及输入信号的大小是固定的还是可变的。详情请参见代码生成．

数据类型:单|双
复数支持:金宝app是的

对象的功能

要使用对象函数，请将System对象指定为第一个输入参数。例如，释放system对象的系统资源obj，使用这种语法:

发行版(obj)

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所有系统对象通用

`一步`	运行系统对象算法
`释放`	释放资源并允许更改系统对象属性值和输入特征
`重置`	重置的内部状态系统对象

例子

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有噪声方波信号的移动方差

打开脚本

计算具有变化幅度的有噪声方波信号的移动方差dsp。MovingVariance对象。

初始化

设置movvarWindow，movvarWindow_overlap,movvarExp对象。movvarWindow使用滑动窗口方法，窗口长度为800个样本，默认重叠长度为799个样本，比指定的窗口长度少1个样本。movvarWindow_overlap使用800个样本的窗口长度和700个样本的重叠长度。movvarExp采用指数加权法，遗忘因子为0.999。

创建用于查看输出的时间范围。

framength = 100;Fs = 100;movvarWindow = dsp.MovingVariance(800);movvarWindow_overlap = dsp.MovingVariance(800,700);movvarExp = dsp。MovingVariance (“方法”，指数权重的，.．.“ForgettingFactor”, 0.999);Scope = timescope(“SampleRate”Fs, [Fs, Fs / (800 - 700), Fs),.．.“TimeSpanOverrunAction”，“滚动”，.．.“TimeSpanSource”，“属性”，.．.“时间间隔”, 1000,.．.“ShowGrid”,真的,.．.“BufferLength”1 e7,.．.“YLimits”[0 7军医]);title =“移动方差”；范围。标题=标题;范围。ChannelNames = {原始信号的，.．.滑动窗口的800个样本默认重叠，.．.800个样本的滑动窗口，700个样本重叠，.．.遗忘因子为0.999的指数加权}；

计算方差

产生一个有噪声的方波信号。在给定帧数后改变方波的振幅。对该信号应用滑动窗口法和指数加权法。实际的方差是np．此值在向数据添加噪声时使用。在时间范围内比较实际方差和计算方差。

Count = 1;噪声功率= 1e-4 * [1 2 3 4];为Index = 1:length(noisepower) np = noisepower(Index);yexp = np*ones(FrameLength,1);为i = 1:250 x = 1 +根号(np) * randn(帧长度，1);y1 = movvarWindow(x);y2 = movvarWindow_overlap(x);y3 = movvarExp(x);范围(yexp, y1, y2, y3);结束结束

算法

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滑动窗口法

在滑动窗口方法中，当前样本的输出是当前样本相对于窗口中的数据的方差。为了计算第一个输出样本，算法等待，直到它收到输入样本的跳数。跳点大小定义为窗口长度-重叠长度。窗口中剩余的样本被认为是零。举个例子，如果窗口长度是5，重叠长度是2，那么算法会等到接收到输入的3个样本才计算输出的第一个样本。在生成第一个输出后，它为输入样本的每一跳大小生成后续输出样本。

当你没有指定窗口长度时，算法选择一个无限的窗口长度。在这种模式下，输出是当前样本相对于通道中所有先前样本的移动方差。

考虑一个使用滑动窗口方法计算流输入数据的移动方差的例子。该算法使用的窗口长度为4，重叠长度为3。对于每个输入样本，长度为4的窗口都会沿着数据移动。

指数加权法

在指数加权法中，使用以下公式递归地计算移动方差:

$\begin{array}{l} {年代}^{2}_{N ， λ} ＝ \frac{1}{v_{N ， λ}} \sum_{k ＝ 1}^{N} λ^{N - k} {［ x_{k} - {\bar{x}}_{N ， λ} ］}^{2} \\ v_{N ， λ} ＝ \frac{2 λ （ 1 - λ^{N - 1} ）}{（ 1 - λ ）（ 1 + λ ）} \end{array}$

为了计算移动方差，算法递归地实现了这些方程。

${年代}^{2}_{N ， λ}$ -当前数据样本相对于通道中其他数据的移动方差。
${\bar{x}}_{N ， λ}$ -当前样本的移动平均。有关计算移动平均线的详细信息，请参见dsp。MovingAverage．
${［ x_{k} - {\bar{x}}_{N ， λ} ］}^{2}$ -每个数据样本与数据平均值之间的差值，平方。
$\sum_{k ＝ 1}^{N} λ^{N - k} {［ x_{k} - {\bar{x}}_{N ， λ} ］}^{2}$ -每个数据样本与数据平均值之间的差值，平方并乘以遗忘因子。所有的平方项相加。
$\frac{1}{v_{N ， λ}}$ -加权因子应用于总和。
λ -遗忘因子你可以通过ForgettingFactor财产。

随着数据年龄的增加，加权因子的大小呈指数下降，永远不会达到零。换句话说，近期数据对当前方差的影响比旧数据更大。

遗忘因子的大小决定了权重因子的变化率。与0.1的遗忘因子相比，0.9的遗忘因子给予旧数据更多的权重。遗忘因子为1.0表示无限记忆。所有过去的样本都被赋予相同的权重。

考虑一个使用指数加权方法计算移动方差的例子。遗忘因子为0.9。

参考文献

[1]波登汉姆，迪恩。流数据的自适应过滤和变化检测博士论文。帝国理工学院，伦敦，2012。

扩展功能

C/ c++代码生成
使用MATLAB®Coder™生成C和c++代码。

使用注意事项和限制:

看到系统对象在MATLAB代码生成(MATLAB编码器)．

当你设置方法来“滑动窗口”而且SpecifyWindowLength来真正的，并从该对象生成代码，输出的变大小行为取决于输入帧长以及输入信号的大小是固定的还是可变的。

详情见此表。

输入信号输入的大小输出信号

固定大小

输入信号	输入的大小	输出信号
固定大小	米——- - - - - -n	当输入帧长是跳长的倍数时，输出信号有一个固定的大小(米/跳)———大小n．当输入帧长不是跳数的倍数时，输出信号是可变大小的，其上界为`装天花板`（米/跳)———大小n．
适应	米——- - - - - -n	输出是一个可变大小的信号。输出的上限大小为`装天花板`（米/跳)———大小n．

米——- - - - - -n

当输入帧长是跳长的倍数时，输出信号有一个固定的大小(米/跳)———大小n．

当输入帧长不是跳数的倍数时，输出信号是可变大小的，其上界为装天花板（米/跳)———大小n．

适应

米——- - - - - -n

输出是一个可变大小的信号。

输出的上限大小为装天花板（米/跳)———大小n．

版本历史

在R2016b中引入

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R2022b:在生成的代码中改变输出信号的可变大小行为

从R2022b开始，如果使用方法属性设置为“滑动窗口”和SpecifyWindowLength属性设置为真正的，如果输入的信号帧长是跳长(窗口长度-重叠长度)的倍数，则该对象在生成的代码中生成固定大小的输出信号。详情请参见代码生成．

另请参阅

对象

dsp。MovingMaximum|dsp。MovingMinimum|dsp。MovingAverage|dsp。MovingRMS|dsp。MovingStandardDeviation|dsp。MedianFilter

块

移动的方差|方差|移动的最大|移动的最小|移动平均线|移动的均方根|移动标准差|中值滤波器

dsp。MovingVariance

描述

创建

语法

描述

属性

方法- - - - - -方法来计算方差“滑动窗口”(默认)|指数权重的

SpecifyWindowLength- - - - - -指定窗口长度真正的(默认)|假

依赖关系

WindowLength- - - - - -滑动窗口的长度4(默认)|正标量整数

依赖关系

OverlapLength- - - - - -窗口间重叠长度WindowLength−1(默认)|非负整数

依赖关系

ForgettingFactor- - - - - -指数加权因子0.9(默认)|(0,1)范围内的正实标量

依赖关系

使用

语法

描述

输入参数

x- - - - - -数据输入向量|矩阵

输出参数

y-移动方差向量|矩阵

对象的功能

所有系统对象通用

例子

有噪声方波信号的移动方差

算法

滑动窗口法

指数加权法

参考文献

扩展功能

C/ c++代码生成使用MATLAB®Coder™生成C和c++代码。

版本历史

R2022b:在生成的代码中改变输出信号的可变大小行为

另请参阅

对象

块

主题

`方法`- - - - - -方法来计算方差
`“滑动窗口”`(默认)|`指数权重的`

`SpecifyWindowLength`- - - - - -指定窗口长度
`真正的`(默认)|`假`

`WindowLength`- - - - - -滑动窗口的长度
4(默认)|正标量整数

`OverlapLength`- - - - - -窗口间重叠长度
`WindowLength`−1(默认)|非负整数

`ForgettingFactor`- - - - - -指数加权因子
0.9(默认)|(0,1)范围内的正实标量

`x`- - - - - -数据输入
向量|矩阵

`y`-移动方差
向量|矩阵

C/ c++代码生成
使用MATLAB®Coder™生成C和c++代码。