JP2020034382A - Signal processor, signal processing method, and program of signal processing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、信号処理装置および信号処理方法並びに信号処理方法のプログラムに関するものである。特に、複数の信号に、同一の信号が含まれているかどうかを判定する同一性判定に関するものである。 The present invention relates to a signal processing device, a signal processing method, and a program for a signal processing method. In particular, the present invention relates to identity determination for determining whether a plurality of signals include the same signal.
たとえば、受波器が受波した、音などの信号を処理し、目標物の特定、目標物の方位推定などを行う信号処理装置などがある。ここで、信号処理装置において、複数の受波器が受けた信号に、同一の音源から発せられるなどして、同一の信号が含まれているかどうかを判定する同一性判定処理が行われる(たとえば、特許文献1参照)。 For example, there is a signal processing device that processes a signal such as sound received by a receiver to specify a target, estimate a direction of the target, and the like. Here, in the signal processing device, identity determination processing is performed to determine whether the same signal is included in the signals received by the plurality of receivers, for example, from the same sound source (for example, And Patent Document 1).
ここで、相互相関関数を用いた計算による同一性判定処理について説明する。受波器aと受波器bとにおいて出力される信号をそれぞれxa[n]、xb[n]とすると、受波器aと受波器bとの相互相関関数rxa,xb[τ]は、式(1)で表される。 Here, the identity determination process by calculation using the cross-correlation function will be described. Assuming that the signals output from the receiver a and the receiver b are x a [n] and x b [n], respectively, the cross-correlation functions r xa, xb [ τ] is represented by equation (1).
信号xa[n]、信号xb[n]に同一の信号が含まれている場合、相互相関関数rxa,xb[τ]は、受波器aおよび受波器bにおける信号の到来時間差に応じたサンプルにおいて、ピークを有する。そして、相互相関により、同一の信号とみなすことができる閾値γrを設定すると、(2)式により同一性判定を行うことができる。ここで、maxは入力されたサンプルの中での最大値を出力する関数である。また、flagrは、同一性判定の結果を示すフラグである。 When the same signal is included in the signal x a [n] and the signal x b [n], the cross-correlation function r xa, xb [τ] is the arrival time difference between the signals at the receiver a and the receiver b. Has a peak in the sample corresponding to Then, when a threshold value γ r that can be regarded as the same signal is set by the cross-correlation, the identity can be determined by the equation (2). Here, max is a function that outputs the maximum value among the input samples. Flag r is a flag indicating the result of the identity determination.
式(2)に示すように、信号xa[n]、信号xb[n]に同一の信号が含まれていると判定した場合には、flagr=1とする。また、xb[n]に同一の信号が含まれていないと判定した場合には、flagr=0とする。このように、相互相関関数を用いることにより、受波器aと受波器bとから出力される信号に、同一の信号が含まれるかどうかを判定する同一性判定処理を行うことができる。 As shown in Expression (2), when it is determined that the same signal is included in the signal x a [n] and the signal x b [n], flag r = 1. If it is determined that the same signal is not included in x b [n], flag r = 0. As described above, by using the cross-correlation function, it is possible to perform the identity determination processing for determining whether or not the signals output from the receiver a and the receiver b include the same signal.
しかしながら、上述した相互相関関数を用いた同一性判定処理においては、式(1)に示すように、積分効果により、ピーク値が得られる。このため、共通信号の持続時間が長い場合、同一性判定は、期待したように行うことができると考えられる。一方、持続時間が比較的短い共通信号が対象である場合、小さい積分値において判定を行うため、同一性判定の精度は著しく低下してしまう。 However, in the above-described identity determination processing using the cross-correlation function, a peak value is obtained due to the integration effect as shown in Expression (1). Therefore, it is considered that when the duration of the common signal is long, the identity determination can be performed as expected. On the other hand, when a common signal having a relatively short duration is a target, the determination is performed with a small integrated value, so that the accuracy of the identity determination is significantly reduced.
そこで、より正確な同一性判定を行うことができる信号処理装置および信号処理方法並びに信号処理方法のプログラムの実現が望まれていた。 Therefore, it has been desired to realize a signal processing device, a signal processing method, and a program for a signal processing method that can perform more accurate identity determination.
この発明に係る信号処理装置は、複数の信号内に、同一の信号が含まれるかどうかを判定する同一性判定処理を行う信号処理装置であって、複数の信号から、複数種類の特徴量を抽出する特徴抽出部と、複数種類の特徴量を、それぞれ無次元化する無次元化部と、無次元化された複数種類の特徴量の相関関係について、複数種類の特徴量間における線形性を示す特徴相関値を計算する特徴相関部と、特徴相関値に基づいて、同一の信号が含まれるかどうかを判定する相関判定部と、複数種類の特徴量における分布の傾きを表す特徴角度相関値を計算する特徴角度相関部と、特徴角度相関値に基づいて、同一の信号が含まれるかどうかを判定する特徴角度相関判定部とを備えるものである。 A signal processing device according to the present invention is a signal processing device that performs an identity determination process of determining whether or not the same signal is included in a plurality of signals. The feature extraction unit to be extracted, the dimensionless unit for dimensionlessly converting a plurality of types of feature amounts, and the correlation between the plurality of types of nondimensionalized features, the linearity between the plurality of types of feature amounts. A feature correlation unit that calculates a feature correlation value to be indicated, a correlation determination unit that determines whether the same signal is included based on the feature correlation value, and a feature angle correlation value that represents a gradient of a distribution in a plurality of types of feature amounts And a characteristic angle correlation determining unit that determines whether the same signal is included based on the characteristic angle correlation value.
また、発明に係る信号処理方法は、複数の信号から、複数種類の特徴量を抽出する特徴抽出工程と、複数種類の特徴量を、それぞれ無次元化する無次元化工程と、無次元化された複数種類の特徴量の相関関係について、複数種類の特徴量間における線形性を示す特徴相関値を計算する特徴相関値計算工程と、特徴相関値に基づいて、同一の信号が含まれるかどうかを仮判定する相関判定工程と、同一の信号が含まれると仮判定したときに、複数種類の特徴量における分布の傾きを表す特徴角度相関値を計算する特徴角度相関値計算工程と、特徴角度相関値に基づいて、同一の信号が含まれるかどうかを判定する特徴角度相関判定工程とを有するものである。 Also, the signal processing method according to the present invention includes a feature extraction step of extracting a plurality of types of feature amounts from a plurality of signals, a dimensionless step of non-dimensionalizing the plurality of types of feature amounts, respectively. A feature correlation value calculating step of calculating a feature correlation value indicating linearity between the plurality of types of feature amounts, and determining whether the same signal is included based on the feature correlation values. A feature angle correlation value calculating step of calculating a feature angle correlation value representing a gradient of a distribution in a plurality of types of feature amounts when the same signal is temporarily determined to be included; A characteristic angle correlation determining step of determining whether or not the same signal is included based on the correlation value.
また、発明に係る信号処理方法のプログラムは、複数の信号から、複数種類の特徴量を抽出する特徴抽出工程と、複数種類の特徴量を、それぞれ無次元化する無次元化工程と、無次元化された複数種類の特徴量の相関関係について、複数種類の特徴量間における線形性を示す特徴相関値を計算する特徴相関値計算工程と、特徴相関値に基づいて、同一の信号が含まれるかどうかを仮判定する相関判定工程と、同一の信号が含まれると仮判定したときに、複数種類の特徴量における分布の傾きを表す特徴角度相関値を計算する特徴角度相関値計算工程と、特徴角度相関値に基づいて、同一の信号が含まれるかどうかを判定する特徴角度相関判定工程とをコンピュータに行わせるものである。 Also, the program of the signal processing method according to the present invention includes a feature extraction step of extracting a plurality of types of feature amounts from a plurality of signals, a dimensionless step of dimensionlessly converting the plurality of types of feature amounts, respectively. A feature correlation value calculating step of calculating a feature correlation value indicating linearity between the plurality of types of feature amounts, and the same signal is included based on the feature correlation values. A correlation determination step of temporarily determining whether or not, when temporarily determining that the same signal is included, a feature angle correlation value calculation step of calculating a feature angle correlation value representing the gradient of the distribution in a plurality of types of feature amounts; And a feature angle correlation determining step of determining whether or not the same signal is included based on the feature angle correlation value.
この発明によれば、信号における複数種類の特徴に基づいて、特徴相関部が計算した特徴相関値および特徴角度相関部が計算した特徴角度相関値の両方が条件を満たしたときに、同一の信号が含まれるものとして、特徴相関部と特徴角度相関部とにより判定するようにしたので、より正確な同一性判定を行うことができる。 According to the present invention, when both the feature correlation value calculated by the feature correlation unit and the feature angle correlation value calculated by the feature angle correlation unit based on a plurality of types of features in the signal satisfy the condition, the same signal is output. Are included by the feature correlation unit and the feature angle correlation unit, so that more accurate identity determination can be performed.
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, in the following drawings, components denoted by the same reference numerals are the same or equivalent, and are common to the entire text of the embodiments described below. In addition, the forms of the components shown in the entire text of the specification are merely examples, and are not limited to these descriptions. In particular, the combination of components is not limited to the combination in each embodiment, and the components described in other embodiments can be appropriately applied to another embodiment. In addition, when it is not necessary to particularly distinguish or specify a plurality of devices of the same type that are distinguished by subscripts, the subscripts and the like may be omitted.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る信号処理装置100を中心とする信号処理システムの構成を示す図である。また、図2は、この発明の実施の形態1に係る複数の受波器10と音源との関係を示す図である。図2では、2つの音源がそれぞれ信号を発している。受波器10は、受波した信号を電気信号に変換する。ここでは、受波器10は、音に係る信号を受波するものとする。実施の形態1においては、2つの受波器10aおよび受波器10bを有する。実施の形態1における信号処理装置100は、受波器10aおよび受波器10bがそれぞれ受波した音の信号中に、同じ音源から発せられた信号など、同一諸元による同一の信号が含まれているかどうかを判定する装置として説明する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a signal processing system mainly including a
実施の形態1に係る信号処理装置100は、演算処理装置110および記憶装置120を有する。そして、実施の形態1における演算処理装置110は、複数の受波器10から送られた信号に基づいて、同一性判定処理を行う装置である。演算処理装置110は、特徴抽出部111、無次元化部112、特徴相関部113、相関判定部114、特徴角度相関部115および特徴角度相関判定部116を有する。また、記憶装置120は、演算処理装置110の処理に係るデータを記憶する装置である。記憶装置120は、特徴データベース121を有する。
The
演算処理装置110の特徴抽出部111(111a,111b)は、受波器10からの複数の信号をそれぞれ処理して抽出した複数の特徴量fkを抽出する特徴抽出工程を行う。そして、特徴抽出部111は、特徴量fkを要素とする列ベクトルである特徴ベクトルfを出力する。ここで、特徴量fkとは、信号が有する複数種類の特徴について、それぞれの特徴を数値として表したものである。
The feature extraction unit 111 (111a, 111b) of the
無次元化部112(112a,112b)は、特徴データベース121に記憶されている特徴データに基づいて、特徴ベクトルf内の各特徴量fkを無次元化する無次元化工程を行う。特徴データについては、後述する。そして、無次元化した特徴量fNDkを要素とする無次元特徴ベクトルfNDを出力する。ここで、図1では、受波器10の数に合わせて、特徴抽出部111aおよび特徴抽出部111b並びに無次元化部112aおよび無次元化部112bが設置されているが、これに限定するものではない。それぞれ1つの特徴抽出部111および無次元化部112が、複数の信号を処理するようにしてもよい。
The dimensionless unit 112 (112a, 112b) performs a dimensionless step of dimensionlessizing each feature amount f k in the feature vector f based on the feature data stored in the
特徴相関部113は、各無次元化部112から送られる複数の無次元特徴ベクトルfNDに基づいて、特徴相関値rvectorを計算し、出力する特徴相関値計算工程を行う。特徴相関値rvectorは、複数の信号が、同一の信号を含むかどうかを判定する指標となる。相関判定部114は、特徴相関部113からの特徴相関値rvectorに基づく仮判定処理を行い、仮判定結果flagvectorを出力する相関判定工程を行う。 The feature correlation unit 113 performs a feature correlation value calculation step of calculating and outputting a feature correlation value r vector based on the plurality of dimensionless feature vectors f ND sent from each dimensionless unit 112. The feature correlation value r vector is an index for determining whether or not a plurality of signals include the same signal. The correlation determination unit 114 performs a temporary determination process based on the feature correlation value r vector from the feature correlation unit 113 and performs a correlation determination step of outputting a temporary determination result flag vector .
特徴角度相関部115は、判定結果flagvectorにおいて、同一の信号が含まれると仮判定された複数の信号に係る無次元特徴ベクトルfNDの各特徴量fNDkの分布の傾きに基づく特徴角度相関値rangleを計算し、出力する特徴角度相関値計算工程を行う。特徴角度相関値rangleは、複数の信号が、同一の信号を含むかどうかを判定する指標となる。特徴角度相関判定部116は、特徴角度相関部115からの特徴角度相関値rangleに基づく判定処理を行い、判定結果flagfeatureを出力する特徴角度相関判定工程を行う。
The feature
ここで、通常、演算処理装置110は、たとえば、CPU(Central Processing Unit)を中心とするコンピュータなどの制御演算処理を行う装置で構成されている。そして、演算処理装置110は、各部が行う信号処理方法の手順を、あらかじめプログラム化したものを実行して、各部の処理を実現する。ここで、たとえば、記憶装置120が、プログラムのデータを有する。ただし、これに限定するものではなく、各部を別個に専用機器(ハードウェア)で構成してもよい。
Here, the
記憶装置120は、前述したように、演算処理装置110の処理に係るデータを記憶する。記憶装置120の特徴データベース121は、無次元化部112が行う処理において用いる特徴データを格納するデータベースである。特徴データとは、複数の特徴を項目とし、あらかじめ得られたサンプルの非定常音に関する信号の、各項目の特徴量fkの値に係るデータである。詳しくは、後述する。記憶装置120は、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ(RAM)などの揮発性記憶装置(図示せず)およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置(図示せず)を有する。
The storage device 120 stores data related to the processing of the
上述した各部の処理などについて、さらに詳しく説明する。ここで、受波器10aからの信号をxaとする。また、受波器10bからの信号をxbとする。特徴抽出部111は、信号xaおよび信号xbから得られる複数の特徴量fkを、列ベクトルとして表した特徴ベクトルfを出力する。特徴量fkおよび特徴ベクトルfは、式(3)で表すことができる。ここで、kは、特徴に付された番号である。また、Kは、使用する特徴の種類の数である。そして、gk(x)は、受波器10から出力される信号xを入力した際に、番号kの特徴量を計算する関数である。
The processing of each unit described above will be described in more detail. Here, the signal from the
たとえば、周波数に関する特徴量fkを計算する関数としては、フーリエ変換を用いて計算することができる、エネルギーがピークとなる周波数、周波数に関するエネルギーの広がり、周波数に関するエネルギーの重心などを計算する関数を採用することができる。また、時間に関する特徴量を計算する関数としては、信号の持続時間、エネルギーがピークとなる時間、時間に関するエネルギーの広がりなどを計算する関数を採用することができる。エネルギー値の分布に関する特徴を計算する関数としては、歪度、尖度などのモーメントなどを計算する関数を採用することができる。上述のように、信号に関する特徴量を抽出する様々な関数を採用することができ、採用した関数に基づいて得られた複数の特徴量fkを用いる。ここで、これらの特徴量fkは、SN比の影響を受けにくい。信号xaから得られる特徴ベクトルfをfaとする。また、信号xbから得られる特徴ベクトルfをfbとする。そして、特徴ベクトルfaおよび特徴ベクトルfbに関する類似度を用いた同一性判定について説明する。 For example, as a function for calculating the characteristic amount f k relating to frequency, a function which can be calculated using Fourier transform is a function for calculating a frequency at which energy peaks, a spread of energy regarding frequency, a center of gravity of energy regarding frequency, and the like. Can be adopted. In addition, as a function for calculating a time-related feature amount, a function for calculating a signal duration, a time at which energy peaks, a spread of energy over time, and the like can be employed. As a function for calculating a feature related to the distribution of energy values, a function for calculating a moment such as skewness and kurtosis can be adopted. As described above, various functions for extracting a feature amount related to a signal can be adopted, and a plurality of feature amounts f k obtained based on the adopted function are used. Here, these feature values f k are hardly affected by the SN ratio. The feature vector f obtained from the signal x a and f a. Further, the feature vector f obtained from the signal x b and f b. Then, a description will be given identity determination using the similarity of the features vectors f a and the feature vector f b.
図3は、この発明の実施の形態1に係る特徴データベース121に格納された特徴データについて説明する図である。特徴データベース121には、図3に示すような、過去に取得したサンプルの非定常音に係る信号の特徴量fkの値が、特徴データとして整理されて格納されている。このとき、信号の種類は明確である。無次元化部112は、特徴データベース121に格納されている特徴データを用いて、特徴ベクトルfを要素毎に無次元化する。まず、特徴データベース121に格納されているすべての特徴ベクトルfについて、式(4)および式(5)に表すように、要素毎の特徴量fkの平均値μkおよび標準偏差σkを計算する。
FIG. 3 is a diagram illustrating feature data stored in
さらに、無次元化部112は、特徴量fkの平均値μkおよび標準偏差σkを用いて、式(6)によって表される無次元特徴ベクトルfNDを出力する。実施の形態1では、無次元化部112は、特徴ベクトルfaおよび特徴ベクトルfbに対応した無次元特徴ベクトルfNDaおよび無次元特徴ベクトルfNDbを出力する。 Further, the dimensionless unit 112 outputs a dimensionless feature vector f ND represented by Expression (6) using the average value μ k and the standard deviation σ k of the feature amount f k . In the first embodiment, the non-dimensional unit 112 outputs the dimensionless feature vector f NDa and dimensionless feature vector f NDb corresponding to the feature vector f a and the feature vector f b.
特徴相関部113は、無次元特徴ベクトルfNDaおよび無次元特徴ベクトルfNDbに基づいて、各特徴の信号x間の相関関係を表す特徴相関値rvectorを出力する。式(7)で表される特徴相関値rvectorは、複数の特徴間の線形性を示す指標である。 The feature correlation unit 113 outputs a feature correlation value r vector representing a correlation between signals x of each feature based on the dimensionless feature vector f NDa and the dimensionless feature vector f NDb . The feature correlation value r vector represented by Expression (7) is an index indicating linearity between a plurality of features.
相関判定部114は、式(8)に示すように、特徴相関部113からの特徴相関値rvectorに基づいて判定処理を行い、判定結果flagvectorを出力する。ここで、γvectorは、各受波器10の信号xに、同一の信号が含まれるとみなす閾値である。
The correlation determination unit 114 performs a determination process based on the feature correlation value r vector from the feature correlation unit 113 as shown in Expression (8), and outputs a determination result flag vector . Here, γ vector is a threshold value at which it is considered that the same signal is included in the signal x of each
特徴角度相関部115は、相関判定部114が判定した判定結果flagvectorおよび無次元特徴ベクトルfNDaおよび無次元特徴ベクトルfNDbを入力する。特徴角度相関部115は、判定結果flagvector=0の場合には、信号中に同一の音が含まれていないので、判定結果flagvectorのみを出力する。
The feature
一方、特徴角度相関部115は、判定結果flagvector=1の場合には、判定結果flagvectorおよび特徴角度相関値rangleを出力する。ここで、特徴角度相関値rangleは、特徴ベクトル間の類似度を示す指標である。
On the other hand, when the determination result flag vector = 1, the characteristic
特徴角度相関値rangleは、後述する図5(a)に示すように、各特徴量を分布させた場合の傾きに関する指標である。相関判定部114において、異なる音の信号であるにも関わらず、同一とみなされた信号を、異なる信号として判定するために、改めて同一性の判定を行うものである。 As shown in FIG. 5A described later, the characteristic angle correlation value r angle is an index related to the inclination when each characteristic amount is distributed. The correlation determination unit 114 determines the identity again, in order to determine, as different signals, signals that are regarded as the same even though they are signals of different sounds.
特徴角度相関値rangleを求める際、各特徴量fkの分布の傾きを計算する必要がある。分布の傾きを計算する手段として、主成分分析、最小二乗法などの方法を用いる。ここでは、固有値分解を用いて、主成分分析を行うことにより、傾きを計算する方法について説明する。 When obtaining the feature angle correlation value r angle , it is necessary to calculate the inclination of the distribution of each feature f k . As a means for calculating the gradient of the distribution, a method such as principal component analysis or the least squares method is used. Here, a method of calculating a gradient by performing principal component analysis using eigenvalue decomposition will be described.
図4は、この発明の実施の形態1に係る特徴角度相関部115の構成を示す図である。特徴角度相関部115は、さらに、相関行列計算部115Aと固有値分解部115Bおよび特徴角度相関値計算部115Cを有する。相関行列計算部115Aは、式(9)で表される相関行列Σを計算する。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the
固有値分解部115Bは、式(10)に示すように、相関行列Σを、固有ベクトルφ(φ1、φ2)と固有値λ(λ1、λ2)とに分解する。 Eigenvalue decomposition unit 115B, as shown in equation (10), decomposed into a correlation matrix sigma, eigenvectors φ (φ 1, φ 2) and eigenvalue lambda (lambda 1, lambda 2) and.
特徴角度相関値計算部115Cは、固有ベクトルφ1に基づいて、式(11)で表される特徴角度相関値rangleを計算する。 Wherein the angle correlation value calculation unit 115C, based on the eigenvector phi 1, to calculate the characteristic angles correlation value r angle of formula (11).
特徴角度相関判定部116は、式(12)に示すように、特徴角度相関部115からの特徴角度相関値rangleに基づいて判定処理を行い、判定結果flagfeatureを出力する。ここで、γangleは、各受波器10からの信号xに、同一の信号が含まれるとみなす閾値である。また、判定結果flagfeatureは、同一性判定の結果を示すフラグである。信号xaと信号xbとに同一の音の信号が含まれていると判定した場合、判定結果flagfeature=1とし、同一の音の信号が含まれていないと判定した場合、判定結果flagfeature=0とする。
The characteristic angle correlation determination unit 116 performs a determination process based on the characteristic angle correlation value r angle from the characteristic
図5は、この発明の実施の形態1に係る信号xの特徴の分布について説明する図である。次に、実施の形態1における信号処理装置100の効果について説明する。受波器10aおよび受波器10bが、同一の信号を受波したとき、信号xaおよび信号をxbから抽出し、無次元化した無次元特徴ベクトルfNDaおよび無次元特徴ベクトルfNDbについて、等しいインデックスkの特徴量fNDa,kおよび特徴量fNDb,kは、類似した値となる。したがって、図5(a)に示すように、各特徴は傾き1の直線付近に分布する。
FIG. 5 is a diagram for explaining a distribution of features of the signal x according to the first embodiment of the present invention. Next, effects of the
特徴相関部113が計算する特徴相関値rvectorは、特徴の分布の線形性を示す指標である。各受波器10が受波した信号に同一の信号が含まれている場合、特徴相関値rvectorは大きい値となる。一方、各受波器10が受波した信号に同一の信号が含まれておらず、異なる信号の場合、特徴相関値rvectorは小さい値となる。したがって、相関判定部114が、特徴相関値rvectorについて、設定した閾値γvectorに基づいて、判定を行うことにより、同一性判定を行うことができる。
The feature correlation value r vector calculated by the feature correlation unit 113 is an index indicating the linearity of the feature distribution. When the same signal is included in the signals received by each of the
ここで、図5(b)に示すように、特徴による分布によって導かれる直線が、傾きが1と異なる場合においても、分布が線形である場合、特徴相関値rvectorは大きい値となる。したがって、異なる信号であるにも関わらず、同一の信号と判定される。 Here, as shown in FIG. 5B, even when the straight line derived from the distribution based on the feature has a slope different from 1, if the distribution is linear, the feature correlation value r vector becomes a large value. Therefore, it is determined that the signals are the same even though they are different signals.
一方、特徴角度相関部115が計算する特徴角度相関値rangleは、特徴の分布の傾きと傾き1の直線の間の角度を示す指標である。各受波器10が受波した信号に同一の信号が含まれている場合、特徴分布の傾きと傾き1の直線との間の角度は小さくなり(特徴の分布の傾きが1に近くなり)、特徴角度相関値rangleは大きい値となる。一方、各受波器10が受波した信号に同一の信号が含まれておらず、異なる信号の場合、特徴角度相関値rangleは小さい値となる。したがって、特徴角度相関判定部116が、特徴角度相関値rangleについて、設定した閾値γangleに基づいて、判定を行うことにより、特徴判定で異なる信号を誤って同一と判定することを防ぐことができる。
On the other hand, the feature angle correlation value r angle calculated by the feature
ここで、各受波器10が受波した信号が異なる場合においても、特徴角度相関値rangleが大きい値となる場合が存在する。たとえば、2つの信号が無相関である場合、図5(c)に示すように、特徴はランダムに分布する。このため、傾きもランダムとなり、異なる信号であるにも関わらず、同一の信号と判定されることがある。
Here, even when the signals received by the
そこで、実施の形態1の信号処理装置100では、特徴相関部113および特徴角度相関部115が、特徴相関値rvectorおよび特徴角度相関値rangleの両方を計算する。そして、相関判定部114および特徴角度相関判定部116が、複数の信号に係る無次元特徴ベクトルfND間に線形関係があり、かつ、その相関特性の傾きが1に近いと判定したときに、同一の信号であると判定する。このため、信号の同一性判定をより正確に行うことができる。
Therefore, in the
実施の形態2.
実施の形態1の信号処理装置100は、無次元化部112が処理を行った無次元特徴ベクトルfNDの各特徴量fNDkを同一性判定に利用するものであった。ここで、非定常音の種類によって、各特徴の特徴量fNDkの有効性は異なる。特徴量fNDkにばらつきが少なければ、区別が付きにくいため、判定には有効的ではない。たとえば、同一性判定を行う際、広い周波数帯域にエネルギーを有する信号xについては、エネルギーの広がりに関する特徴を数値化した特徴量が有効である。また、持続時間の短い信号xについては、持続時間に関する特徴を数値化した特徴量が有効である。
The
そこで、実施の形態2の信号処理装置100は、特徴データベース121に格納されている各特徴量のばらつきから、各特徴量の有効性を予め計算する。その有効性に基づく重みを各特徴量に付与して、同一性判定を行う。
Therefore, the
図6は、この発明の実施の形態2に係る信号処理装置100を中心とする信号処理システムの構成を示す図である。図6において、図1と同じ符号を付しているものについては、実施の形態1で説明したことと同様の動作などを行う。図6において、重み付与部117(117a,117b)は、各受波器10が受波した信号を無次元化した無次元特徴ベクトルfNDの要素毎に、重みを付与する処理を行う。また、実施の形態2における特徴データベース121は、各特徴量fkに係るばらつきを補正する重みに関するデータを、特徴データと関連づけて格納する。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a signal processing system centered on a
次に、重み付与部117が付与する重みについて説明する。重みについては、式(13)に基づいて、特徴データベース121内の特徴データから重みベクトルwをあらかじめ計算しておく。ここで、αは任意の係数である。また、特徴データとして格納された特徴量fkの平均値μkおよび標準偏差σkを求める際、受波器10で受信した信号と同一の種類の信号のもののみを使用することにより、信号の種類に応じた特徴の有効性を計算することができる。
Next, the weight assigned by the
重み付与部117は、式(14)により、特徴データベース121にデータとして格納された重みベクトルwを、無次元特徴ベクトルfNDに付与する処理を行う。ここで、○は要素積(アダマール積)を意味する。
The
図7は、この発明の実施の形態2に係る効果について説明する図である。ある特徴量fkのばらつきが大きいにも関わらず、全特徴を対等に扱って、同一性判定を行った場合、妥当な判定結果が得られない可能性がある。図7(a)は、各受波器10で同一の信号を受信したにも関わらず、SN比の影響を受けやすい特徴量fkを扱うことの影響により、妥当な判定結果が得られない例を示している。
FIG. 7 is a diagram for explaining an effect according to the second embodiment of the present invention. When all the features are treated equally and the identity determination is performed despite the large variation of a certain feature fk , there is a possibility that an appropriate determination result cannot be obtained. FIG. 7A shows that although the same signal is received by each of the
そこで、実施の形態2の信号処理装置100では、重み付与部117が、無次元特徴ベクトルfNDに対し、各特徴量fkの有効性に応じた重みの付与を行うことにより、図7(b)に示すように、特徴量fkの分布を修正することができる。したがって、同一性判定の精度を向上することができる。
Therefore, in the
実施の形態3.
上述した実施の形態1および実施の形態2では、特に示さなかったが、複数の受波器10を有する受波器アレイの各受波器10が受波した信号に対して、信号処理装置100が同一性判定を行う処理を行ってもよい。
Although not particularly shown in the above-described first and second embodiments, the
また、上述した実施の形態1および実施の形態2では、異なる位置に配置された複数の受波器10が受波した信号について、同一性判定の処理を行ったが、これに限定するものではない。信号処理装置100は、単一の受波器10または複数の受波器10を有する受波器アレイにおいて、異なる時刻に受波した信号の同一性を判定する処理を行うようにしてもよい。
In the above-described first and second embodiments, identity determination processing is performed on signals received by a plurality of
上述した実施の形態1において、周波数に関する特徴として、エネルギーがピークとなる周波数、周波数に関するエネルギーの広がりおよび周波数に関するエネルギーの重心などを例に挙げた。また、時間に関する特徴として、信号の持続時間、エネルギーがピークとなる時間、時間に関するエネルギーの広がりなどを例に挙げた。そして、エネルギー値の分布に関する特徴として、歪度、尖度などのモーメントなど例に挙げた。 In the first embodiment described above, the frequency-related features include the frequency at which the energy peaks, the spread of the energy related to the frequency, the center of gravity of the energy related to the frequency, and the like. In addition, as the characteristics relating to time, the duration of a signal, the time at which energy peaks, the spread of energy over time, and the like have been exemplified. Then, as a feature related to the distribution of the energy value, moments such as skewness and kurtosis are exemplified.
他にも、種々の特徴について、特徴量fkを採用することができる。周波数に関しては、周波数変動、最低周波数、周波数に関するエネルギー分布の歪度、周波数に関するエネルギー分布の尖度などを特徴にした特徴量fkを採用することができる。また、時間に関しては、時間に関するエネルギーの重心、時間に関するエネルギー分布の歪度、時間に関するエネルギー分布の尖度、時間に関するエネルギーの上昇率、時間に関するエネルギーの下降率などを特徴にした特徴量fkを採用することができる。これらの特徴量fk以外でも、受波器10が受波した信号が固有に有する特徴を採用することができる。
In addition, the feature value fk can be adopted for various features. As for the frequency, a characteristic amount fk characterized by frequency variation, the lowest frequency, the skewness of the energy distribution related to the frequency, the kurtosis of the energy distribution related to the frequency, and the like can be adopted. As for time, the feature amount f k is characterized by the center of gravity of energy with respect to time, the skewness of energy distribution with respect to time, the kurtosis of energy distribution with respect to time, the rate of increase of energy with respect to time, the rate of decrease of energy with respect to time, and the like. Can be adopted. Other than these feature values f k , it is possible to adopt features inherent in the signal received by the
上述した実施の形態1において、特徴角度相関部115が特徴角度相関値rangleを計算する際、主成分分析および最小二乗法を用いる手法について説明したが、これら以外の特徴量fkの分布の傾きを計算する手法を用いることができる。
In the first embodiment described above, the characteristic
また、上述した実施の形態1では、相関判定部114による特徴相関値rvectorを用いた線形性に基づく同一性判定を行った後に、特徴角度相関判定部116による特徴角度相関値rangleを用いた同一性判定を行った。しかしながら、判定の順序を逆にしてもよい。 In the above-described first embodiment, after the identity determination based on the linearity using the feature correlation value r vector by the correlation determination unit 114 is performed, the feature angle correlation value r angle by the feature angle correlation determination unit 116 is used. Was determined. However, the order of the determination may be reversed.
10,10a,10b 受波器
100 信号処理装置
110 演算処理装置
111,111a,111b 特徴抽出部
112,112a,112b 無次元化部
113 特徴相関部
114 相関判定部
115 特徴角度相関部
115A 相関行列計算部
115B 固有値分解部
115C 特徴角度相関値計算部
116 特徴角度相関判定部
117,117a,117b 重み付与部
120 記憶装置
121 特徴データベース
10, 10a,
Claims (10)
前記複数の信号から、複数種類の特徴量を抽出する特徴抽出部と、
前記複数種類の前記特徴量を、それぞれ無次元化する無次元化部と、
無次元化された前記複数種類の前記特徴量の相関関係について、前記複数種類の特徴量間における線形性を示す特徴相関値を計算する特徴相関部と、
前記特徴相関値に基づいて、前記同一の信号が含まれるかどうかを判定する相関判定部と、
前記複数種類の前記特徴量における分布の傾きを表す特徴角度相関値を計算する特徴角度相関部と、
前記特徴角度相関値に基づいて、前記同一の信号が含まれるかどうかを判定する特徴角度相関判定部と
を備える信号処理装置。 A signal processing device that performs identity determination processing to determine whether the same signal is included in a plurality of signals,
A feature extraction unit that extracts a plurality of types of feature amounts from the plurality of signals;
A dimensionless unit for dimensionlessly converting the plurality of types of feature amounts,
A feature correlation unit that calculates a feature correlation value indicating linearity between the plurality of types of feature amounts with respect to the correlation between the plurality of types of feature amounts that have been made dimensionless,
A correlation determination unit that determines whether the same signal is included based on the feature correlation value,
A feature angle correlation unit that calculates a feature angle correlation value representing a gradient of a distribution in the plurality of types of feature amounts,
A signal processing device comprising: a feature angle correlation determination unit that determines whether or not the same signal is included based on the feature angle correlation value.
前記無次元化部は、
前記特徴データベースに格納された前記特徴データに基づいて、各特徴量の平均および標準偏差を計算し、前記特徴量の値と前記平均との差を標準偏差で割って、前記複数種類の前記特徴量をそれぞれ無次元化する請求項1または請求項2に記載の信号処理装置。 A feature database that stores data related to the feature amount obtained by analyzing a signal of a sample obtained in advance as feature data,
The dimensionless section,
Based on the feature data stored in the feature database, calculate an average and a standard deviation of each feature amount, divide a difference between the value of the feature amount and the average by a standard deviation, and calculate the plurality of types of the features. 3. The signal processing device according to claim 1, wherein the amounts are made dimensionless.
格納された前記特徴データに基づいて、特徴量の平均と標準偏差から、前記特徴量毎に前記重みが計算され、前記特徴データと関連づけられる請求項6に記載の信号処理装置。 A feature database that stores data related to the feature amount obtained by analyzing a signal of a sample obtained in advance as feature data,
7. The signal processing device according to claim 6, wherein the weight is calculated for each of the feature amounts from an average and a standard deviation of the feature amounts based on the stored feature data, and is associated with the feature data.
前記複数種類の前記特徴量を、それぞれ無次元化する無次元化工程と、
無次元化された前記複数種類の前記特徴量の相関関係について、前記複数種類の特徴量間における線形性を示す特徴相関値を計算する特徴相関値計算工程と、
前記特徴相関値に基づいて、同一の信号が含まれるかどうかを仮判定する相関判定工程と、
前記同一の信号が含まれると仮判定したときに、前記複数種類の前記特徴量における分布の傾きを表す特徴角度相関値を計算する特徴角度相関値計算工程と、
前記特徴角度相関値に基づいて、前記同一の信号が含まれるかどうかを判定する特徴角度相関判定工程と
を有する信号処理方法。 A feature extraction step of extracting a plurality of types of feature amounts from a plurality of signals;
A dimensionless step of dimensionlessly converting the plurality of types of feature quantities,
A feature correlation value calculating step of calculating a feature correlation value indicating linearity between the plurality of types of feature amounts, for the correlation between the plurality of types of feature amounts that have been made dimensionless;
A correlation determination step of temporarily determining whether the same signal is included based on the feature correlation value,
A feature angle correlation value calculation step of calculating a feature angle correlation value representing a gradient of a distribution in the plurality of types of feature amounts, when it is provisionally determined that the same signal is included,
A characteristic angle correlation determining step of determining whether or not the same signal is included based on the characteristic angle correlation value.
前記複数種類の前記特徴量を、それぞれ無次元化する無次元化工程と、
無次元化された前記複数種類の前記特徴量の相関関係について、前記複数種類の特徴量間における線形性を示す特徴相関値を計算する特徴相関値計算工程と、
前記特徴相関値に基づいて、同一の信号が含まれるかどうかを仮判定する相関判定工程と、
前記同一の信号が含まれると仮判定したときに、前記複数種類の前記特徴量における分布の傾きを表す特徴角度相関値を計算する特徴角度相関値計算工程と、
前記特徴角度相関値に基づいて、前記同一の信号が含まれるかどうかを判定する特徴角度相関判定工程と
をコンピュータに行わせる信号処理方法のプログラム。 A feature extraction step of extracting a plurality of types of feature amounts from a plurality of signals;
A dimensionless step of dimensionlessly converting the plurality of types of feature quantities,
A feature correlation value calculating step of calculating a feature correlation value indicating linearity between the plurality of types of feature amounts, for the correlation between the plurality of types of feature amounts that have been made dimensionless;
A correlation determination step of temporarily determining whether the same signal is included based on the feature correlation value,
A feature angle correlation value calculation step of calculating a feature angle correlation value representing a gradient of a distribution in the plurality of types of feature amounts, when it is provisionally determined that the same signal is included,
A program of a signal processing method for causing a computer to perform a feature angle correlation determination step of determining whether or not the same signal is included based on the feature angle correlation value.
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