JP2003232820A - Frequency analytical method by maximum entropy method - Google Patents

Frequency analytical method by maximum entropy method

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JP2003232820A
JP2003232820A JP2002035343A JP2002035343A JP2003232820A JP 2003232820 A JP2003232820 A JP 2003232820A JP 2002035343 A JP2002035343 A JP 2002035343A JP 2002035343 A JP2002035343 A JP 2002035343A JP 2003232820 A JP2003232820 A JP 2003232820A
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Japan
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frequency
analysis
window
signal data
coefficient
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Application number
JP2002035343A
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Inventor
Shinya Watanabe
信也 渡邉
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize compatibility between subdivision of the analytical width and maintenance of processing speed, in a frequency analytical method using a maximum entropy method used for analysis of an acoustic signal or the like. <P>SOLUTION: Sliced signal data based on time series, inputted through an input terminal 1 is multiplied by a window for suppressing turnup of a band zone by a window multiplier 9, and Fourier transform is applied thereto by a discrete Fourier transformer 10, to thereby generate a frequency bin having a restricted band zone. Then, coefficient prediction is performed by an MEM coefficient predictor 6, and a frequency spectrum having a desired analytical width is calculated by a frequency spectrum calculator 7 from a coefficient determined by the coefficient prediction. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、音響信号の周波数
分析を、最大エントロピー法を用いて行う方法に関する
もので、特にソナーによる過渡音や探信音の分析などに
用いて好適なものである。なお、上記最大エントロピー
法を、以下MEM法と略記する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of performing frequency analysis of an acoustic signal by using the maximum entropy method, and is particularly suitable for use in analyzing sonar transient sound and detection sound. . The maximum entropy method is abbreviated as MEM method below.

【0002】[0002]

【従来の技術】音響信号の周波数分析にMEM法を用い
ることの利点は、高速フーリエ変換(FFT)を用いる
場合に比べて、入力される音響信号データの観測時間が
短くても、最終的な周波数スペクトルの分析幅を、より
細かく得られる点にある。
2. Description of the Related Art The advantage of using the MEM method for frequency analysis of an acoustic signal is that even if the observation time of the input acoustic signal data is shorter than when using the fast Fourier transform (FFT), the final The point is that the analysis width of the frequency spectrum can be obtained more finely.

【0003】図1に、MEM法を用いた従来の周波数分
析方法の一例を示す。まず、この分析方法の概要を、以
下に説明する。この分析方法は、3つの部分に大別され
る。すなわち、周波数シフト、前置フィルタ、MEM分
析の各部分である。
FIG. 1 shows an example of a conventional frequency analysis method using the MEM method. First, the outline of this analysis method will be described below. This analysis method is roughly divided into three parts. That is, frequency shift, prefilter, and MEM analysis.

【0004】周波数シフトは、入力された音響信号デー
タに対して、どの周波数を中心として分析するかを、制
御する部分である。ここで。分析の中心となる周波数
を、中心周波数と呼ぶ。前置フィルタ部分は、入力され
た音響信号データに対して、MEM分析部分へ入力する
周波数帯域幅の制限とサンプリング周波数レートの制御
とを行う部分で、この周波数帯域幅を狭く、サンプリン
グ周波数レートを低くすることによって、最終的な周波
数スペクトルの分析幅を細かくすることが、可能にな
る。MEM分析部分は、周波数分析の本体であり、周波
数スペクトルの算出次数に応じた周波数スペクトルを算
出する部分である。この算出次数に関しては、後述す
る。
The frequency shift is a part for controlling which frequency the input acoustic signal data is analyzed as a center. here. The frequency that is the center of the analysis is called the center frequency. The pre-filter portion is a portion that limits the frequency bandwidth input to the MEM analysis portion and controls the sampling frequency rate with respect to the input acoustic signal data, and narrows the frequency bandwidth and sets the sampling frequency rate. By making it low, it becomes possible to make the analysis width of the final frequency spectrum fine. The MEM analysis part is the main body of the frequency analysis, and is a part for calculating the frequency spectrum according to the calculation order of the frequency spectrum. The calculated order will be described later.

【0005】図1において、1は入力端子、2は直交変
換器、3−1ないし3−Nはローパスフィルタ、4−1
ないし4−Nは1/2間引き処理器、5は入力データ選
択処理器、6はMEM係数予測器、7は周波数スペクト
ル算出器、8は出力端子である。
In FIG. 1, 1 is an input terminal, 2 is an orthogonal transformer, 3-1 to 3-N are low-pass filters, 4-1.
To 4-N are 1/2 decimation processors, 5 is an input data selection processor, 6 is a MEM coefficient predictor, 7 is a frequency spectrum calculator, and 8 is an output terminal.

【0006】音響信号をディジタル信号化された時系列
データが、サンプリング周波数fsのレートで、入力端
子1を通して直交変換器2に入力される。直交変換器2
では、分析しようとする中心周波数fcをもとに、
Time-series data obtained by converting an acoustic signal into a digital signal is input to the orthogonal transformer 2 through the input terminal 1 at a rate of the sampling frequency fs. Orthogonal transformer 2
Then, based on the center frequency fc to be analyzed,

【0007】 y(k)=x(k)e-j2π・fc/fs・k ・・・(1) ここに、k=1、2、3、・・・ ただし、x(k):k番目のディジタル信号化された入力時
系列データ
Y (k) = x (k) e −j2π · fc / fs · k (1) where k = 1, 2, 3, ... where x (k): kth Input time series data converted to digital signals

【0008】により、このディジタル信号化された入力
時系列データの所有周波数帯域を周波数シフト(変調)
する。
According to the above, the frequency band (modulation) of the owned frequency band of the input time-series data converted into digital signals
To do.

【0009】この直交変換出力が入力される前置フィル
タ部分は、ひとつのローパスフィルタとひとつの1/2
間引き処理器の組が、N段分用意された構成となってい
る。このフィルタの段数Nは、必要とされる分析幅に依
存して定まる。直交変換出力は、最初に1段目のローパ
スフィルタ3−1に、サンプリング周波数fsのレート
で入力される。ローパスフィルタ3−1では、このサン
プリング周波数fsを、後段の1/2間引き処理器によ
って出力レートを1/2にダウンさせたときに周波数の
折り返しが起きることを防ぐ目的で、fs/4のカット
オフ周波数(fcl)でフィルタリングして、1/2間
引き処理器4−1に出力する。
The prefilter portion to which the output of the orthogonal transformation is input is one low-pass filter and one half.
A set of thinning processors is prepared for N stages. The number N of stages of this filter is determined depending on the required analysis width. The orthogonal transform output is first input to the first-stage low-pass filter 3-1 at the rate of the sampling frequency fs. In the low-pass filter 3-1, the sampling frequency fs is cut at fs / 4 in order to prevent the aliasing of the frequency when the output rate is reduced to 1/2 by the 1/2 decimation processor in the subsequent stage. The signal is filtered by the off frequency (fcl) and output to the 1/2 decimation processor 4-1.

【0010】1/2間引き処理器4−1では、このロー
パスフィルタ出力データをひとつおきに間引くことによ
って、サンプリング周波数をfs/2にレートダウンし
て、これを入力データ選択処理器5に出力すると同時
に、2段目のローパスフィルタ3−2にも出力する。ロ
ーパスフィルタ3−2および1/2間引き処理器4−2
では、上述の1段目と同様の処理を行うことによって、
カットオフ周波数fs/8でのサンプリング、ならびに
サンプリング周波数fs/4へのレートダウンを行い、
入力データ選択処理器5と次段のローパスフィルタに出
力する。以降、この処理をN段にわたって繰り返す。
The 1/2 decimation processor 4-1 decimates every other low pass filter output data to reduce the sampling frequency to fs / 2 and output it to the input data selection processor 5. At the same time, it also outputs to the second-stage low-pass filter 3-2. Low-pass filter 3-2 and 1/2 decimation processor 4-2
Then, by performing the same processing as the first step above,
Sampling at the cut-off frequency fs / 8 and rate reduction to the sampling frequency fs / 4 are performed.
The data is output to the input data selection processor 5 and the low pass filter of the next stage. After that, this process is repeated over N stages.

【0011】各段の出力を受けた入力データ選択処理器
5では、これらN段の各出力の中から、必要な分析幅に
応じたひとつのデータを選択し、MEM係数予測器6に
出力する。
The input data selection processor 5 which receives the output of each stage selects one data corresponding to the required analysis width from the outputs of these N stages and outputs it to the MEM coefficient predictor 6. .

【0012】MEM係数予測器6では、MEMによる予
測アルゴリズムによって、m点予測誤差フィルタの係数
γ1、γ2、・・・、γmと、このフィルタからの平均
出力Pmとを求め、周波数スペクトル算出器7に出力す
る。
The MEM coefficient predictor 6 obtains the coefficients γ1, γ2, ..., γm of the m-point prediction error filter and the average output Pm from this filter by the prediction algorithm by the MEM, and the frequency spectrum calculator 7 Output to.

【0013】周波数スペクトル算出器7では、これら係
数γ1、γ2、・・・、γmと平均出力Pmとをもと
に、
In the frequency spectrum calculator 7, based on these coefficients γ1, γ2, ..., γm and the average output Pm,

【0014】[0014]

【数1】 [Equation 1]

【0015】 ただし、g :周波数スペクトルの算出次数 fs’:入力データ選択処理器によって選択されたデータのサンプリン グ周波数 Δf :周波数スペクトルの分析幅 γk :γ1、γ2、・・・、γm(k≦mのとき) 0 (k>mのとき) ・・・(2)[0015] Where g is the calculation order of the frequency spectrum         fs': Sampler of data selected by the input data selection processor Frequency         Δf: analysis width of frequency spectrum         γk: γ1, γ2, ..., γm (when k ≦ m)                   0 (when k> m)     ... (2)

【0016】により、周波数スペクトルを算出して、出
力端子8に出力する。ここで、MEM分析における周波
数スペクトルの分析幅Δfは、高速フーリエ変換FFT
分析での分析幅が、入力データのサンプリング周波数な
らびにFFT次数に依存して定まるのと同様に、
According to the above, the frequency spectrum is calculated and output to the output terminal 8. Here, the analysis width Δf of the frequency spectrum in the MEM analysis is the fast Fourier transform FFT.
Similar to how the analysis width in the analysis depends on the sampling frequency of the input data and the FFT order,

【0017】[0017]

【数2】 [Equation 2]

【0018】 ただし、g :周波数スペクトルの算出次数 fs’:入力データ選択処理器によって選択されたデー
タのサンプリング周波数 ・・・(3)
However, g: order of calculation of frequency spectrum fs': sampling frequency of data selected by the input data selection processor (3)

【0019】によって求められる。Is determined by

【0020】この式から明らかなように、周波数スペク
トルの分析幅Δfは、周波数スペクトルの算出次数と、
入力データ選択処理器によって選択されたデータのサン
プリング周波数とによって、定められる。
As is clear from this equation, the analysis width Δf of the frequency spectrum is calculated by
And the sampling frequency of the data selected by the input data selection processor.

【0021】そこで、この従来方式のMEMを用いた周
波数分析方式では、一般的には、周波数スペクトルの算
出次数gを予め固定し、前置フィルタ部分で、MEM分
析部分への入力データのサンプリング周波数を変えるこ
とによって、必要な分析幅の周波数スペクトルを得てい
た。
Therefore, in the frequency analysis method using the MEM of the conventional method, generally, the calculation order g of the frequency spectrum is fixed in advance, and the sampling frequency of the input data to the MEM analysis section is set in the prefilter section. The frequency spectrum of the required analysis width was obtained by changing the.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】ここまでに説明した従
来方式のMEMを用いた周波数分析方式では、次に述べ
るような問題点があった。
The frequency analysis method using the conventional MEM described so far has the following problems.

【0023】従来の方式で必要な分析幅を得るために
は、前置フィルタ部分で入力された音響信号データのサ
ンプリング周波数をレートダウンすることが、上記の説
明にも示したように、不可欠である。しかしこの方式で
は、分析できる分析幅をいくつか持ち、さらにその分析
幅を細かくしようとすれば、それに比例して必要なフィ
ルタの段数が、増加してしまう。この増加するフィルタ
の処理量は、たとえば分析幅を基本的な分析幅から1/
16にする場合には、ローパスフィルタと1/2間引き
処理の総処理量をSとすれば、S16もの量に達する。
In order to obtain the necessary analysis width in the conventional method, it is indispensable to rate down the sampling frequency of the acoustic signal data input in the pre-filter portion, as shown in the above description. is there. However, in this method, there are several analysis widths that can be analyzed, and if the analysis width is made finer, the number of filter stages required increases proportionally. The processing amount of this increasing filter is, for example, the analysis width from the basic analysis width to 1 /
In the case of setting to 16, if the total processing amount of the low-pass filter and the 1/2 thinning-out process is S, the amount of S 16 will be reached.

【0024】すなわち、分析幅を基本的な幅の1/2
にするためには、Sの総処理量が必要というように、
総処理量がべき乗のレベルで増加してしまう。このよう
な問題点を解決することが、本発明の狙いとするところ
である。
That is, the analysis width is 1/2 n of the basic width
Therefore, the total throughput of S n is required to
The total throughput increases at the power level. The purpose of the present invention is to solve such problems.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】このような問題点を解決
するために、本件出願の第1の発明においては、時系列
に基づいた信号データを切り出したものに対して、帯域
の折り返しを抑制する窓を乗算し、窓を乗算された信号
データに対してフーリエ変換を施して、周波数分析に必
要な帯域に制限された周波数ビンを生成し、この周波数
ビンに対して、MEMアルゴリズムにより係数予測を行
い、この係数予測によって求められた係数から、所望の
分析幅の周波数スペクトルを算出するようにしたもので
ある。
In order to solve such a problem, in the first invention of the present application, band folding is suppressed with respect to signal data cut out based on time series. The signal data multiplied by the window is subjected to Fourier transform to generate a frequency bin limited to a band required for frequency analysis, and coefficient prediction is performed on the frequency bin by a MEM algorithm. Then, the frequency spectrum having a desired analysis width is calculated from the coefficient obtained by this coefficient prediction.

【0026】また、本件出願の第2の発明においては、
前記信号データの切り出しを行う際に、信号をオーバー
ラップさせながら切り出すとともに、前記周波数ビンを
求めたのちに、前記オーバーラップの際に発生する周波
数シフトを補償する補償処理を行うようにしたものであ
る。
Further, in the second invention of the present application,
When the signal data is cut out, while cutting out the signals while overlapping them, after obtaining the frequency bin, a compensation process for compensating the frequency shift occurring at the time of the overlap is performed. is there.

【0027】さらに、本件出願の第3の発明において
は、時系列に基づいた信号データを切り出したものに対
して、帯域の折り返しを抑制する、所定の次数より高い
次数の窓を乗算し、この窓を乗算された信号データを、
前記所定の次数ごとに分割し、窓を乗算された信号デー
タに対してフーリエ変換を施して、周波数分析に必要な
帯域に制限された周波数ビンを生成し、この周波数ビン
に対して、MEMアルゴリズムにより係数予測を行い、
この係数予測によって求められた係数から、所望の分析
幅の周波数スペクトルを算出するようにしたものであ
る。
Further, in the third invention of the present application, the signal data cut out based on the time series is multiplied by a window of an order higher than a predetermined order for suppressing the aliasing of the band. The signal data multiplied by the window,
The signal data divided by the predetermined order and subjected to the window is subjected to Fourier transform to generate frequency bins limited to the band required for frequency analysis, and the MEM algorithm is applied to the frequency bins. Coefficient prediction by
The frequency spectrum having a desired analysis width is calculated from the coefficient obtained by the coefficient prediction.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の一例に
ついて、図面を適宜参照しつつ、説明を試みる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0029】図2に、本発明の周波数分析方法の第1の
実施例を示す。第1の実施例の分析方法においては、上
述の従来の方法と比較して、周波数シフト機能が前置フ
ィルタ部分の中に取り込まれている点が、異なる。この
部分で、分析する中心周波数、周波数帯域幅、ならびに
MEM分析への入力サンプリング周波数レートを制御し
ている。
FIG. 2 shows a first embodiment of the frequency analysis method of the present invention. The analysis method of the first embodiment differs from the above-mentioned conventional method in that the frequency shift function is incorporated in the prefilter portion. This part controls the center frequency to be analyzed, the frequency bandwidth as well as the input sampling frequency rate to the MEM analysis.

【0030】図2において、1は入力端子、9は窓乗算
器、10は離散フーリエ変換器(DFT)、11は位相
補償器、6はMEM係数予測器、7は周波数スペクトル
算出器、8は出力端子である。
In FIG. 2, 1 is an input terminal, 9 is a window multiplier, 10 is a discrete Fourier transformer (DFT), 11 is a phase compensator, 6 is a MEM coefficient predictor, 7 is a frequency spectrum calculator, and 8 is It is an output terminal.

【0031】窓乗算器2には、入力端子1を通して、音
響信号をディジタル信号化された時系列データが、サン
プリング周波数fsのレートで入力される。窓乗算器9
では、このディジタル信号化された時系列データを、必
要に応じてオーバーラップ処理させながら、後段の離散
フーリエ変換器で必要とする次数Nと同じ次数で切り出
し、必要とする周波数分析帯域への隣接する帯域からの
折り返しを低減するためのこの次数Nと同次数の窓を、
この切り出されたデータに乗算して、離散フーリエ変換
器10に出力する。
Through the input terminal 1, the window multiplier 2 is supplied with time-series data obtained by converting the acoustic signal into a digital signal at a rate of the sampling frequency fs. Window multiplier 9
Then, the digital signal-converted time-series data is cut out with the same order as the order N required by the discrete Fourier transformer in the subsequent stage while performing overlap processing if necessary, and the time-series data is adjacent to the required frequency analysis band. A window of the same order as this order N to reduce the aliasing from the band
The cut out data is multiplied and output to the discrete Fourier transformer 10.

【0032】ここで、この窓の係数は、たとえばカイザ
ベッセル窓の式を用いて、必要な折り返しの低減量と帯
域のリップル特性とから窓パラメータのαを決定して計
算したものである。離散フーリエ変換器10では、切り
出されて窓を乗算されたデータに対して、分析に必要と
する中心周波数fcについてN次のフーリエ変換を行う
ことで、周波数ビンを作成して、位相補償器11に出力
する。
Here, the coefficient of this window is calculated by using the Kaiser-Bessel window formula to determine the window parameter α from the required amount of aliasing reduction and the ripple characteristic of the band. The discrete Fourier transformer 10 performs a Fourier transform of the Nth order on the center frequency fc required for analysis on the data that has been cut out and multiplied by the window to create frequency bins, and the phase compensator 11 Output to.

【0033】ここで、次数Nは、分析に必要な周波数帯
域幅と分析幅Δfに応じて設定されるもので、この次数
Nを変化させると、作成された周波数ビンの位相補償器
11以降への出力サンプリング周波数レートfs’が変
化する。位相補償器11では、窓乗算器9でディジタル
信号化された時系列データをオーバーラップ処理したと
きに、MEMによる周波数分析結果に起きる周波数シフ
トに対して、たとえば
Here, the order N is set in accordance with the frequency bandwidth required for analysis and the analysis width Δf, and if the order N is changed, the phase compensator 11 and the subsequent ones of the created frequency bin are transferred. Output sampling frequency rate fs ′ of In the phase compensator 11, when the time series data converted into a digital signal by the window multiplier 9 is subjected to overlap processing, for example, a frequency shift caused in the frequency analysis result by the MEM,

【0034】 Y(k)=X(k)e−j2π(1−Ovp)fc/fs・k・N Y (k) = X (k) e− j2π (1-Ovp) fc / fs · k · N

【0035】 k=1、2、・・・、N ただし、X(k) :DFTから出力された周波数ビンのk番目の時系列データ fc :分析する中心周波数 fs :音響信号をディジタル信号化した時系列データのサンプリング 周波数 Ovp:窓乗算器9でのオーバーラップ率 ・・・(4)[0035] k = 1, 2, ..., N Where X (k): k-th time series data of the frequency bin output from the DFT         fc: center frequency to be analyzed         fs: sampling of time-series data obtained by converting acoustic signals into digital signals frequency         Ovp: Overlap ratio in window multiplier 9     ... (4)

【0036】のように中心周波数で決まる補償量を周波
数ビンの時系列方向に乗算することで補償し、MEM係
数予測器6に出力する。なお、オーバーラップ処理を行
わない場合には、この位相補償器11は不要である。
As described above, the amount of compensation determined by the center frequency is multiplied in the time series direction of the frequency bin to perform compensation, and output to the MEM coefficient predictor 6. The phase compensator 11 is not necessary when the overlap processing is not performed.

【0037】MEM係数予測器6では、位相補償器11
からの補償された周波数ビンを、生成された順に時系列
に並べてバッファリングし、MEMによる予測アルゴリ
ズムによって、m点予測誤差フィルタの係数γ1、γ
2、・・・、γmと、このフィルタからの平均出力Pm
とを求め、周波数スペクトル算出器7に出力する。周波
数スペクトル算出器7では、この係数γ1、γ2、・・
・、γmと平均出力Pmとをもとに、たとえば前述の
In the MEM coefficient predictor 6, the phase compensator 11
The compensated frequency bins from are arranged in a time series in the order in which they are generated and buffered, and the coefficients γ1 and γ of the m-point prediction error filter are calculated by the prediction algorithm by the MEM.
2, ..., γm, and the average output Pm from this filter
And are output to the frequency spectrum calculator 7. In the frequency spectrum calculator 7, the coefficients γ1, γ2, ...
, .Gamma.m and the average output Pm

【0038】[0038]

【数3】 [Equation 3]

【0039】などにより、周波数スペクトルを算出した
のちに、出力端子8を通して外部に出力する。
After the frequency spectrum is calculated by the above-mentioned method, it is output to the outside through the output terminal 8.

【0040】ただし、この式におけるサンプリング周波
数fs’は、ここに述べる第1の実施例においては、M
EM係数予測器6への補償された周波数ビンの時系列方
向への入力サンプリング周波数レートになる。
However, the sampling frequency fs' in this equation is M in the first embodiment described here.
This is the input sampling frequency rate in the time series direction of the compensated frequency bins to the EM coefficient predictor 6.

【0041】また、MEM分析における周波数スペクト
ルの分析幅Δfは、前述の
Further, the analysis width Δf of the frequency spectrum in the MEM analysis is as described above.

【0042】[0042]

【数4】 [Equation 4]

【0043】・・(3) によって求められるが、この式(3)上のサンプリング
周波数fs’も、この第1実施例では、同様にMEM係
数予測器6への補償された周波数ビンの、時系列方向へ
の入力サンプリング周波数レートになる。この式から明
らかなように、周波数スペクトルの分析幅Δfは、周波
数スペクトルの算出次数と、この補償された周波数ビン
の時系列方向への入力サンプリング周波数レートによっ
て、決定可能となる。
.. (3), the sampling frequency fs' in the equation (3) is also the time of the compensated frequency bin to the MEM coefficient predictor 6 in the first embodiment. It becomes the input sampling frequency rate in the stream direction. As is clear from this equation, the analysis width Δf of the frequency spectrum can be determined by the calculation order of the frequency spectrum and the input sampling frequency rate of the compensated frequency bin in the time series direction.

【0044】そこで、この第1実施例の周波数分析方式
では、通常周波数スペクトルの算出次数gを予め固定し
ておき、離散フーリエ変換器10での次数Nを変化させ
ることで、必要な分析幅Δfを求めるためのMEM係数
予測器6への入力サンプリング周波数レートを得る。ま
た、通常周波数スペクトルの算出次数gと離散フーリエ
変換器10での次数Nの両方を可変とすることも、ある
いは通常周波数スペクトルの算出次数gだけを可変とす
ることも、当然に可能であり、それぞれの場合に、必要
な分析幅Δfを得ることができる。
Therefore, in the frequency analysis method of the first embodiment, the calculation order g of the normal frequency spectrum is fixed in advance, and the order N in the discrete Fourier transformer 10 is changed to obtain a necessary analysis width Δf. The input sampling frequency rate to the MEM coefficient predictor 6 for obtaining Further, it is naturally possible to make both the calculation order g of the normal frequency spectrum and the order N in the discrete Fourier transformer 10 variable, or only the calculation order g of the normal frequency spectrum variable. The required analysis width Δf can be obtained in each case.

【0045】次に、上述の第1の実施例とは異なる、第
2の実施例について、以下に説明を試みる。第2の実施
例においては、窓乗算器と離散フーリエ変換器との間に
加算処理器を設けて、特殊な離散フーリエ変換を行う点
が、第1の実施例と異なる。一方、前置フィルタ部分
で、分析する中心周波数、周波数帯域幅、ならびにME
M分析への入力サンプリング周波数レートを各々制御し
ている点は、第1の実施例と同様である。
Next, a second embodiment different from the above-mentioned first embodiment will be described below. The second embodiment differs from the first embodiment in that an addition processor is provided between the window multiplier and the discrete Fourier transformer to perform a special discrete Fourier transform. On the other hand, in the prefilter part, the center frequency to be analyzed, the frequency bandwidth, and the ME
Similar to the first embodiment, the input sampling frequency rate to the M analysis is controlled.

【0046】図3に、この第2の実施例の周波数分析方
法を示す。図において、1は入力端子、6はMEM係数
予測器、7は周波数スペクトル算出器、8は出力端子、
9は窓乗算器、10は離散フーリエ変換器、11は位相
補償器、12は加算処理器である。
FIG. 3 shows the frequency analysis method of the second embodiment. In the figure, 1 is an input terminal, 6 is a MEM coefficient predictor, 7 is a frequency spectrum calculator, 8 is an output terminal,
Reference numeral 9 is a window multiplier, 10 is a discrete Fourier transformer, 11 is a phase compensator, and 12 is an addition processor.

【0047】窓乗算器9には、入力端子1を通して、音
響信号をディジタル信号化した時系列データが、サンプ
リング周波数fsのレートで入力される。窓乗算器9で
は、第1の実施例と同様に、この時系列データを、必要
に応じてオーバーラップ処理させながら切り出し、この
切り出されたデータに、必要とする周波数分析帯域への
隣接する帯域からの折り返しを低減するための窓を、乗
算する。ただし、ここでのオーバーラップ処理で切り出
されるデータ数と窓の次数とは、後段の加算処理器12
での加算回数Qと離散フーリエ変換器10での次数Nに
よって定まり、そのデータ数および次数は、
Through the input terminal 1, time-series data obtained by converting the acoustic signal into a digital signal is input to the window multiplier 9 at a rate of the sampling frequency fs. In the window multiplier 9, as in the first embodiment, this time series data is cut out while performing overlap processing as necessary, and the cut out data is divided into adjacent bands to the required frequency analysis band. Multiply the window to reduce the aliasing from However, the number of data cut out by the overlap processing here and the order of the window are determined by the addition processor 12 in the subsequent stage.
Is determined by the number of additions Q in and the order N in the discrete Fourier transformer 10, and the number of data and the order are

【0048】N×(Q+1) ・・・(4)N × (Q + 1) (4)

【0049】となる。たとえば、加算処理器12におけ
る加算回数が1回ならば、このオーバーラップ処理で切
り出されるデータ数と窓の次数とは、2Nとなる。この
窓を乗算した時系列データを、加算処理器3に出力す
る。加算処理器12では、この窓を乗算した時系列デー
タをx(1)、x(2)、x(3)、x(N×(Q+
1))とすると、次式に示すような加算処理を行い、離
散フーリエ変換器10に、出力する。
It becomes For example, if the number of additions in the addition processor 12 is 1, the number of data cut out in this overlap processing and the order of the window are 2N. The time series data multiplied by this window is output to the addition processor 3. In the addition processor 12, the time series data multiplied by this window is x (1), x (2), x (3), x (N × (Q +
1)), the addition processing as shown in the following equation is performed and output to the discrete Fourier transformer 10.

【0050】[0050]

【数5】 [Equation 5]

【0051】ただし、Q:加算処理器12での加算回数 N:離散フーリエ変換器10での次数However, Q: the number of additions in the addition processor 12 N: Order in the discrete Fourier transformer 10

【0052】離散フーリエ変換器10では、この加算さ
れたデータを、分析に必要とする中心周波数fcについ
て、N次のフーリエ変換を行うことによって周波数ビン
を作成し、位相補償器11に出力する。この位相補償器
11以降の動作は、第1の実施例における相当部分の動
作と同一である。
In the discrete Fourier transformer 10, the added data is subjected to an Nth-order Fourier transform with respect to the center frequency fc required for analysis to create a frequency bin, and the frequency bin is output to the phase compensator 11. The operation after the phase compensator 11 is the same as the operation of the corresponding portion in the first embodiment.

【0053】さらに、上述の第1の実施例ならびに第2
の実施例に対する変形として、以下に述べるような内容
も、考えられる。すなわち、上述の各実施例において
は、MEM係数予測器で平均出力Pmを求めたが、周波
数スペクトルの相対的なパワーだけを必要とするときに
は、平均出力Pmを求めず、適切な定数をもってこれに
代えることも可能である。
Furthermore, the first and second embodiments described above
As a modification to the above embodiment, the following contents can be considered. That is, in each of the above-described embodiments, the average output Pm is obtained by the MEM coefficient predictor. However, when only the relative power of the frequency spectrum is required, the average output Pm is not obtained, and an appropriate constant is used for this. It is also possible to replace.

【0054】また、周波数スペクトル算出器で、スペク
トルの計算に
In addition, the frequency spectrum calculator is used to calculate the spectrum.

【0055】[0055]

【数6】 [Equation 6]

【0056】を用いると説明したが、これに代えて処理
を高速化する方法として、たとえば上式(2)の分母の
括弧内の計算を、周波数スペクトル算出次数gと同次数
の逆FFTによって行ってもよい。
Although the above method has been described, as a method for speeding up the processing instead of this, for example, the calculation in the parentheses of the denominator of the above equation (2) is performed by an inverse FFT of the same order as the frequency spectrum calculation order g. May be.

【0057】さらに、これまでに述べた方法におけるデ
ータ形式ならびにデータ処理形式は、アナログ形式とデ
ィジタル形式とを問わず、どちらを採用してもよい。ま
た、回路構成に関しても、集積回路などの組み合わせに
よる構成でも、あるいはディジタル・シグナル・プロセ
ッサなどの演算プロセッサを用いてソフトウェアによっ
て構成するものであってもよい。これらの変形例は、本
発明の本旨の範囲に含まれるものである。
Further, the data format and data processing format in the methods described so far may be either analog format or digital format, and either may be adopted. Also, regarding the circuit configuration, it may be configured by a combination of integrated circuits or the like, or may be configured by software using an arithmetic processor such as a digital signal processor. These modifications are included in the scope of the present invention.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上に説明した方法により、本発明にお
いては、分析に必要な分析幅が細かくなった場合にも、
処理量の増加はほとんど無く、処理速度の低下を効果的
に回避できる。
According to the method described above, in the present invention, even when the analysis width necessary for the analysis becomes fine,
There is almost no increase in the amount of processing, and a decrease in processing speed can be effectively avoided.

【0059】特に第2の実施例の方法においては、加算
処理器12で、窓を乗算した時系列データを1回加算し
ている。このために、周波数分析帯域への隣接帯域から
の折り返し低減効果を、窓の次数が2Nのときと同様に
得られ、しかもフーリエ変換の次数はNでよい。したが
って、第1の実施例と比較しても、フーリエ変換の処理
量を抑制できる分だけ、全体の処理量を大幅に削減でき
る。
Particularly in the method of the second embodiment, the addition processor 12 adds the time-series data multiplied by the window once. Therefore, the effect of reducing aliasing from the adjacent band to the frequency analysis band can be obtained in the same manner as when the window order is 2N, and the Fourier transform order can be N. Therefore, as compared with the first embodiment, the processing amount of the Fourier transform can be suppressed, and thus the entire processing amount can be significantly reduced.

【0060】あるいは、第2の実施例においてフーリエ
変換の次数を大きくとれば、窓の次数を増加させること
ができ、折り返し低減効果の増強を期待できる。その結
果、第2の実施例においては、第1の実施例と比較して
も、大幅な性能の向上を見込める。
Alternatively, if the order of the Fourier transform is increased in the second embodiment, the order of the window can be increased and the effect of reducing aliasing can be expected to be enhanced. As a result, in the second embodiment, a significant improvement in performance can be expected even when compared with the first embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】従来の周波数分析方法を示す、ブロック図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing a conventional frequency analysis method.

【図2】本発明の第1の実施例を示す、ブロック図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例を示す、ブロック図であ
る。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 入力端子 2 直交変換器 3 ローパスフィルタ 4 1/2間引き処理器 5 入力データ選択処理器 6 MEM係数予測器 7 周波数スペクトル算出器 8 出力端子 9 窓乗算器 10 離散フーリエ変換器 11 位相補償器 1 input terminal 2 Orthogonal transformer 3 Low-pass filter 4 1/2 thinning processor 5 Input data selection processor 6 MEM coefficient predictor 7 Frequency spectrum calculator 8 output terminals 9 window multiplier 10 Discrete Fourier Transform 11 Phase compensator

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 最大エントロピー法を用いて音響信号な
どの周波数分析を行う方法であって、 時系列に基づいてデータ化された信号データを切り出
し、 該切り出された信号データに、帯域の折り返しを抑制す
る窓を乗算し、 窓を乗算された信号データに対してフーリエ変換を施し
て、周波数分析に必要な帯域に制限された周波数ビンを
生成し、 該周波数ビンに対して、MEMアルゴリズムにより係数
予測を行い、 該係数予測によって求められた係数から、所望の分析幅
の周波数スペクトルを算出することを特徴とする、周波
数分析方法。
1. A method for performing frequency analysis of an acoustic signal or the like by using the maximum entropy method, wherein signal data converted into data based on a time series is cut out, and band folding is performed on the cut out signal data. The suppression window is multiplied, and the window-multiplied signal data is subjected to Fourier transform to generate frequency bins limited to the band required for frequency analysis. Coefficients are calculated by the MEM algorithm for the frequency bins. A frequency analysis method, which comprises performing a prediction and calculating a frequency spectrum having a desired analysis width from the coefficient obtained by the coefficient prediction.
【請求項2】 請求項1に記載の周波数分析方法であっ
て、 前記信号データの切り出しを行う際に、信号をオーバー
ラップさせながら切り出すとともに、 前記周波数ビンを求めたのちに、前記オーバーラップの
際に発生する周波数シフトを補償する補償処理を行うこ
とを特徴とする、周波数分析方法。
2. The frequency analysis method according to claim 1, wherein when the signal data is cut out, the signals are cut out while being overlapped, and the frequency bin is obtained, and then the overlap A frequency analysis method, characterized by performing a compensation process for compensating for a frequency shift that occurs at the time.
【請求項3】 最大エントロピー法を用いて音響信号な
どの周波数分析を行う方法であって、 時系列に基づいてデータ化された信号データを切り出
し、 該切り出された信号データに、帯域の折り返しを抑制す
る、所定の次数より高い次数の窓を乗算し、 該窓を乗算された信号データを、前記所定の次数ごとに
分割し、 窓を乗算された信号データに対してフーリエ変換を施し
て、周波数分析に必要な帯域に制限された周波数ビンを
生成し、 該周波数ビンに対して、MEMアルゴリズムにより係数
予測を行い、 該係数予測によって求められた係数から、所望の分析幅
の周波数スペクトルを算出することを特徴とする、周波
数分析方法。
3. A method for frequency-analyzing an acoustic signal or the like using the maximum entropy method, wherein signal data converted into data based on a time series is cut out, and band folding is performed on the cut out signal data. Multiply a window of an order higher than a predetermined order to be suppressed, divide the signal data multiplied by the window for each of the predetermined orders, apply a Fourier transform to the signal data multiplied by the window, A frequency bin limited to the band required for frequency analysis is generated, coefficient prediction is performed on the frequency bin by the MEM algorithm, and a frequency spectrum having a desired analysis width is calculated from the coefficient obtained by the coefficient prediction. A frequency analysis method comprising:
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