Python三维频谱图（类似于Matlab的spectrogram函数）

Question

我的问题如下：

我已经有了所有需要制作频谱图所需的值（scipy.fftpack.fft），我想在Python中创建一个三维频谱图。

在MATLAB中，这是非常简单的任务，而在Python中似乎要复杂得多。我尝试过Mayavi、3D绘图的Matplotlib，但都没有成功。

谢谢

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我的代码：

import numpy as np
import pandas as pd
import numpy as np
from scipy import signal
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
from matplotlib import cm
from matplotlib.collections import PolyCollection

fs = 11240.
t = 10
time = np.arange(fs*t) / fs
frequency = 1000.
mysignal = np.sin(2.0 * np.pi * frequency * time)

nperseg = 2**14
noverlap = 2**13
f, t, Sxx = signal.spectrogram(mysignal, fs, nperseg=nperseg,noverlap=noverlap)

myfilter = (f>800) & (f<1200)

fig,ax = plt.subplots()

plt.pcolormesh(t, f[myfilter], 10*np.log10(Sxx[myfilter, :]), cmap='jet')
plt.show()

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')
x = []
y = []

for counter,i in enumerate(f):
    x.append(np.array([i for k in t]))
    y.append(t)

ax.plot_surface(np.array(x), np.array(y), 10.0*np.log10(Sxx), cmap=cm.coolwarm)
plt.show()

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类似未解决的问题：如何在Python中将频谱图转换为三维图。

希望在Python中得到类似于Matlab图形的图表（最后一个图表在此处：https://www.mathworks.com/help/signal/ref/spectrogram.html）

- user8925657

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请提供一个最小可复现示例，展示您目前所做的工作。 - DrBwts

你有相应的MATLAB代码吗？ - Dan

OP提出了一个很好的问题。Matlab函数只是一个内置函数（https://www.mathworks.com/help/signal/ref/spectrogram.html）。我想像OP一样在Python中实现相同的功能。 - seralouk

还有这个：https://dev59.com/6ajka4cB1Zd3GeqPDsF4 但是不是很清楚。 - user8925657

你想让 x 和 y 看起来像什么？特别是，你想用 [i for k in t] 做什么？你看过 np.meshgrid 来生成 x 和 y 吗？ - Dan

你试过使用specgram了吗？ - Dan

Answer 1

您只需要将数组排列正确：

fs = 11240.
t = 10
time = np.arange(fs*t) / fs
frequency = 1000.
mysignal = np.sin(2.0 * np.pi * frequency * time)

nperseg = 2**14
noverlap = 2**13
f, t, Sxx = signal.spectrogram(mysignal, fs, nperseg=nperseg,noverlap=noverlap)

myfilter = (f>800) & (f<1200)

f = f[myfilter]
Sxx = Sxx[myfilter, ...]

fig = plt.figure()
ax = fig.gca(projection='3d')

ax.plot_surface(f[:, None], t[None, :], 10.0*np.log10(Sxx), cmap=cm.coolwarm)
plt.show()

- Nils Werner

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如果t是一个时间戳列表，我会收到一个错误：TypeError: list indices must be integers, not tuple。例如列表：t = [Timestamp('2016-09-14 01:43:13'), Timestamp('2016-09-14 01:43:14')...] - user8925657

Answer 2

这是@Nils Werner答案的改编版本，变量名称有所不同，并且包含了完整的导入集合。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt 
from scipy import signal # spectrogram function
from matplotlib import cm # colour map

# basic config
sample_rate = 11240.  # 
sig_len_secs = 10
frequency = 2000.

# generate the signal
timestamps_secs = np.arange(sample_rate*sig_len_secs) / sample_rate
mysignal = np.sin(2.0 * np.pi * frequency * timestamps_secs) 

# extract the spectrum
freq_bins, timestamps, spec = signal.spectrogram(mysignal, sample_rate)

# 3d plot
fig = plt.figure()
ax = plt.axes(projection='3d')
ax.plot_surface(freq_bins[:, None], timestamps[None, :], 10.0*np.log10(spec), cmap=cm.coolwarm)
plt.show()

- yeeking

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缺少 from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D，并将最后一个samplerate重命名为sample_rate。 - Jean Claveau