JP2005249967A - Method and apparatus for frequency analysis - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and apparatus for frequency analysis that can analyze unsteady time-series signals. <P>SOLUTION: A response function calculation part 3 divides time-series signals s<SB>1</SB>for each L (L: a positive integer) sections and uses time series signals s<SB>l</SB>which are successive, section by section, to calculate a response function ak up to (K)th order (K: a positive integer). Then a complex frequency calculation part 5 uses the response frequency a<SB>k</SB>to calculate K complex frequencies F<SB>k</SB>=f<SB>k</SB>+ib<SB>k</SB>satisfying 1-Σ<SB>k</SB>a<SB>k</SB>z<SP>-k</SP>=Π<SB>k</SB>(1-e<SP>2πiFkΔT</SP>z<SP>-1</SP>). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、非定常的な信号の時間波形の解析を可能とする周波数解析方法および装置に関する。   The present invention relates to a frequency analysis method and apparatus capable of analyzing a time waveform of a non-stationary signal.

信号波形の解析には、フーリエ変換によって得られるパワースペクトルを用いることが一般的である。しかし、フーリエ変換は、実数周波数を用いて時系列を特徴つけようとするものであるため、時系列に周期性のあることが前提とされる。このため、過渡現象の解析や、例えばランダムに発生するパルス的な信号や、減衰・発散などを伴う信号といった非定常的な信号の解析には不適であるという問題がある。   For analysis of signal waveforms, it is common to use a power spectrum obtained by Fourier transform. However, since the Fourier transform is intended to characterize a time series using a real frequency, it is assumed that the time series is periodic. For this reason, there is a problem that it is unsuitable for analysis of transient phenomena and analysis of non-stationary signals such as randomly generated pulse signals and signals with attenuation / divergence.

過渡現象の解析は、ウェーブレット解析を用いることにより可能であるが、解析によって得られる情報の物理的意味が不明確であるという問題がある。また、ウェーブレット解析は計算量が多く、リアルタイム解析が困難であるという問題がある。さらには、時間分解能を高めようとすると周波数分解能が低下するといった、時間・周波数分解能の両立が困難であるという問題がある。   Transient phenomena can be analyzed by using wavelet analysis, but there is a problem that the physical meaning of information obtained by the analysis is unclear. In addition, wavelet analysis has a problem that it requires a large amount of calculation and is difficult to perform real-time analysis. Furthermore, there is a problem that it is difficult to achieve both time and frequency resolution, such that the frequency resolution decreases when the time resolution is increased.

一方、人の音声を解析する場合には、ホルマント解析が用いられるが、ホルマント解析を基礎とする技術は、信号が区間的に定常的であることを前提としており、区間的にも定常性を持たない信号の解析には用いられていなかった。人の音声以外へのホルマント解析の適用としては、例えば特許文献1が知られているが、この文献においても信号の定常性が前提とされている。
特許第3453130号公報
On the other hand, formant analysis is used to analyze human speech. However, the technology based on formant analysis is based on the premise that the signal is stationary in terms of intervals. It was not used for the analysis of signals that it did not have. For example, Patent Document 1 is known as an application of formant analysis to other than human speech. However, in this document as well, signal continuity is assumed.
Japanese Patent No. 3453130

このように、従来の技術では、非定常的な信号を有効に解析できないという問題がある。   As described above, the conventional technique has a problem that an unsteady signal cannot be effectively analyzed.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするとするところは、非定常的な時系列信号を解析し得る周波数解析方法および装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a frequency analysis method and apparatus capable of analyzing an unsteady time series signal.

第1の本発明に係る周波数解析方法は、時系列信号を記憶した記憶手段から前記時系列信号を読み出すステップと、前記時系列信号を有限長の区間に分割するステップと、前記時系列信号を用いて各区間ごとに時系列信号をe2πiFktの項を含む式で表される波形の集合体として表したときの複素周波数Fkを算出するステップと、を有することを特徴とする。 The frequency analysis method according to the first aspect of the present invention includes a step of reading the time series signal from a storage unit that stores the time series signal, a step of dividing the time series signal into sections of finite length, and the time series signal. And calculating a complex frequency F k when the time series signal is represented as a set of waveforms represented by an equation including a term of e 2πiFkt for each section.

本発明にあっては、時系列信号を有限長の区間に分割し、各区間ごとに時系列信号をe2πiFktを含む式で表される波形の集合体として特徴づける1個以上の複素周波数Fk=fk+ibkを算出することで、フーリエ変換では得ることのできない虚数部bkが得られるようにして、非定常的な信号の時間波形の解析を可能としている。 In the present invention, the time series signal is divided into sections of finite length, and for each section, the time series signal is characterized as one or more complex frequencies F characterized as a collection of waveforms represented by an equation including e 2πiFkt. By calculating k = f k + ib k , an imaginary part b k that cannot be obtained by Fourier transform is obtained, and the time waveform of the non-stationary signal can be analyzed.

第2の本発明に係る周波数解析方法は、前記時系列信号を用いて応答関数akを算出するステップと、前記応答関数akを係数とする1-Σkk-kとこれを因数分解して得られるΠk(1-e2πiFkΔT-1)とを用いた1-Σkk-k=Πk(1-e2πiFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出するステップと、を有することを特徴とする。 Frequency analysis method according to a second aspect of the present invention includes the steps of calculating the response function a k by using the time-series signal, this with 1-Σ k a k z -k to factor the response function a k Complex frequency F k satisfying the relationship of 1−Σ k a k z −k = Π k (1−e 2πiFkΔT z −1 ) using Π k (1−e 2πiFkΔT z −1 ) obtained by factoring. And a step of calculating.

本発明にあっては、時系列信号Slを用いて応答関数akを算出し、1-Σkk-k=Πk(1-e2πFkΔTz-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出することで、時系列信号を特徴づける1個以上の複素周波数を算出するようにしている。 In the present invention, the response function a k is calculated using the time series signal S l, and the complex frequency satisfying the relationship of 1−Σ k a k z −k = Π k (1−e 2πFkΔT z −1 ). By calculating F k , one or more complex frequencies characterizing the time series signal are calculated.

第3の本発明に係る周波数解析方法は、前記時系列信号をslとし、多項式y(t)=Σmm(t-tO)mを用いたときのΣl‖sl-y(t)‖が最小となるように未定係数cmを算出するステップと、この未定係数cmと演算子D=Πk(d/dt-ak)とを用いた∫t‖D・y(t)‖dtが最小となる未定係数akを算出するステップと、算出されたakを用いてak=2πiFkの関係を満たす複素周波数Fkを算出するステップと、を有することを特徴とする。 Frequency analysis method according to a third aspect of the present invention, the time-series signal and s l, the polynomial y (t) = Σ m c m (t-t O) when using m Σ l ‖s l -y (t) A step of calculating the undetermined coefficient cm so that ‖ is minimized, and 未t ‖D · y using this undetermined coefficient cm and the operator D = Π k (d / dt- ak ) comprising the steps of: (t) ‖dt calculates the unknown coefficients a k that minimizes the steps of calculating a complex frequency F k satisfies the relationship a k = 2πiF k using the calculated a k, to have a Features.

本発明にあっては、時系列信号slと多項式y(t)=Σmm(t-tO)mとを用いたΣl‖sl-y(t)‖が最小となるように未定係数cmを算出するとともに、演算子D=Πk(d/dt-ak)を用いた∫t‖D・y(t)‖dtが最小となる未定係数akを算出した後、算出された係数akを用いてak=2πiFkなる関係を満たす複素周波数Fkを算出することで、時系列信号を特徴づける1個以上の複素周波数を算出するようにしている。 In the present invention, Σ l ‖s l -y (t) ‖ using the time series signal s l and the polynomial y (t) = Σ m cm (t−t O ) m is minimized. After calculating the undetermined coefficient c m and calculating the undetermined coefficient a k that minimizes ∫ t ‖D · y (t) ‖dt using the operator D = Π k (d / dt- ak ) By calculating the complex frequency F k that satisfies the relationship a k = 2πiF k using the calculated coefficient a k , one or more complex frequencies characterizing the time series signal are calculated.

第4の本発明に係る周波数解析方法は、前記時系列信号をslとし、これを近似する時系列信号s'lをs'l=Σkkl-kとしたときのΣl‖sl-s'l‖が最小となる予測係数akを算出するステップと、前記予測係数akを係数とする1-Σkk-kとこれを因数分解して得られるΠk(1-e2πiFkΔT-1)とを用いた1-Σkk-k=Πk(1-e2πiFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出するステップと、を有することを特徴とする。 Frequency analysis method according to the fourth invention, the time-series signal and s l, sigma l when 'a l s' time series signals s was l = Σ k a k s lk approximating this ‖s a step of calculating a prediction coefficient a k that minimizes l −s ′ l 1, 1−Σ k a k z −k using the prediction coefficient a k as a coefficient, and Π k ( having calculating a 1-e 2πiFkΔT z -1) and 1-Σ k a k z complex frequency F k satisfies the relationship -k = Π k (1-e 2πiFkΔT z -1) with the It is characterized by.

本発明にあっては、時系列信号Slを用いて予測係数akを算出し、1-Σkk-k=Πk(1-e2πFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出することで、時系列信号を特徴づける1個以上の複素周波数を算出するようにしている。 In the present invention, the prediction coefficient a k is calculated using the time series signal S l, and the complex frequency satisfying the relationship of 1−Σ k a k z −k = Π k (1−e 2πFkΔT z −1 ). By calculating F k , one or more complex frequencies characterizing the time series signal are calculated.

第5の本発明に係る周波数解析方法は、前記時系列信号をslとしたときのZ変換Σkk-kを算出するステップと、Σkk-kを規格化したckを係数とする1+Σkk-kを用いてak及びdkを係数とするΣkk/(1-ak-1)を算出し、Σkk/(1-ak-1)=Πk(1-e2πiF"kΔT-1)/Πk(1-e2πiF'kΔT-1)の関係を満たすK'個の複素周波数F'k=f'k+ib'kおよびK"個の複素周波数F"k=f"k+ib"kを算出するステップと、を有することを特徴とする。 Frequency analysis method according to the fifth present invention includes the steps of calculating the Z transform Σ k s k z -k when the time-series signal is a s l, Σ k s k z -k The normalized c k was calculated sigma k d k / a coefficients a k and d k by using the 1 + Σ k c k z -k which a coefficient (1-a k z -1) , Σ k d k / ( 1-a k z -1 ) = Π k (1-e 2πiF "kΔT z -1 ) / Π k (1-e 2π iF'kΔT z -1 ) K 'complex frequencies F' k = calculating f ′ k + ib ′ k and K ″ complex frequencies F ″ k = f ″ k + ib ″ k .

本発明にあっては、時系列信号slをZ変換してΣkk-kを算出し、このΣkk-kを規格化したckを係数とする1+Σkk-kを用いてak及びdkを係数とするΣkk/(1-ak-1)を算出し、Σkk/(1-ak-1)=Πk(1-e2πiF"kΔT-1)/Πk(1-e2πiF'kΔT-1)の関係を満たすK'個の複素周波数F'k=f'k+ib'kおよびK"個の複素周波数F"k=f"k+ib"kを算出することで、時系列信号を特徴づける1個以上の複素周波数を算出するようにしている。 In the present invention, the time series signal s l was calculated by Z-transform Σ k s k z -k, this Σ k s k z -k the the normalized c k a coefficient 1 + sigma k Σ k d k / (1−a k z −1 ) with a k and d k as coefficients is calculated using c k z −k , and Σ k d k / (1−a k z −1 ) = K ′ complex frequencies F ′ k = f ′ k + ib ′ k and K ”satisfying the relationship of Π k (1-e 2πiF" kΔT z -1 ) / Π k (1-e 2π iF'k ΔT z -1 ) One or more complex frequencies characterizing the time-series signal are calculated by calculating the complex frequencies F " k = f" k + ib " k .

第6の本発明に係る周波数解析方法は、前記複素周波数を用いてスペクトル包絡線を算出するステップを有することを特徴とする。   A frequency analysis method according to a sixth aspect of the present invention includes a step of calculating a spectrum envelope using the complex frequency.

本発明にあっては、複素周波数を用いてスペクトル包絡線を算出することで、特徴的な周波数をスペクトル包絡線のピークに位置する周波数として見出すことができる。   In the present invention, by calculating a spectrum envelope using a complex frequency, a characteristic frequency can be found as a frequency located at the peak of the spectrum envelope.

第7の本発明に係る周波数解析装置は、時系列信号を記憶する記憶手段と、前記記憶手段から時系列信号を読み出して有限長の区間に分割する分割手段と、前記時系列信号を用いて各区間ごとに時系列信号をe2πiFktを含む式で表される波形の集合体として表したときの複素周波数Fkを算出する複素周波数算出手段と、を有することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a frequency analysis device using a storage unit that stores a time series signal, a division unit that reads the time series signal from the storage unit and divides the time series signal into sections of a finite length, and the time series signal. And a complex frequency calculating means for calculating a complex frequency F k when a time series signal is expressed as a collection of waveforms represented by an equation including e 2πiFkt for each section.

第8の本発明に係る周波数解析装置は、前記時系列信号を用いて応答関数akを算出する応答関数算出手段を有し、前記複素周波数算出手段は、前記応答関数akを係数とする1-Σkk-kとこれを因数分解して得られるΠk(1-e2πiFkΔT-1)とを用いた1-Σkk-k=Πk(1-e2πiFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出することを特徴とする。 A frequency analysis device according to an eighth aspect of the present invention includes response function calculation means for calculating a response function a k using the time series signal, and the complex frequency calculation means uses the response function a k as a coefficient. 1-Σ k a k z -k and 1-Σ k a k z -k = Π k (1-e 2πiFkΔT using a k [pi obtained by factorization (1-e 2πiFkΔT z -1) This The complex frequency F k satisfying the relationship of z −1 ) is calculated.

第9の本発明に係る周波数解析装置は、前記時系列信号をslとし、多項式y(t)=Σmm(t-tO)mを用いたときのΣl‖sl-y(t)‖が最小となるように未定係数cmを算出し、この未定係数cmと演算子D=Πk(d/dt-ak)とを用いた∫t‖D・y(t)‖dtが最小となる未定係数akを算出する微分係数算出手段を備え、前記複素周波数算出手段は、算出されたakを用いてak=2πiFkの関係を満たす複素周波数Fkを算出することを特徴とする。 Frequency analyzer according to the present invention of the ninth, the time-series signal and s l, the polynomial y (t) = Σ m c m (t-t O) Σ l ‖s l -y when using m (t) Calculate the undetermined coefficient cm so that ‖ is minimized, and use this undetermined coefficient cm and the operator D = Π k (d / dt- ak ) to calculate ∫ t ‖D · y (t ) ‖Dt comprising a differential coefficient calculating means for calculating the unknown coefficients a k, which is minimized, the complex frequency calculation means, a complex frequency F k satisfies the relationship a k = 2πiF k using the calculated a k It is characterized by calculating.

第10の本発明に係る周波数解析装置は、前記時系列信号をslとし、これを近似する時系列信号s'lをs'l=Σkkl-kとしたときのΣl‖sl−s'l‖が最小となる予測係数akを算出する予測係数算出手段を備え、前記複素周波数算出手段は、前記予測係数akを係数とする1-Σkk-kとこれを因数分解して得られるΠk(1-e2πiFkΔT-1)とを用いた1-Σkk-k=Πk(1-e2πiFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出することを特徴とする。 Frequency analyzer according to the present invention of the tenth, the time-series signal and s l, sigma l when 'a l s' time series signals s was l = Σ k a k s lk approximating this ‖s a prediction coefficient calculation unit that calculates a prediction coefficient a k that minimizes l −s ′ l 、, and the complex frequency calculation unit includes 1−Σ k a k z −k using the prediction coefficient a k as a coefficient; Complex frequency satisfying the relationship of 1−Σ k a k z −k = Π k (1−e 2πiFkΔT z −1 ) using Π k (1−e 2πiFkΔT z −1 ) obtained by factoring this. Fk is calculated.

第11の本発明に係る周波数解析装置は、前記時系列信号をslとしたときのZ変換Σkk-kを算出するZ変換算出手段を備え、前記複素周波数算出手段は、Σkk-kを規格化したckを係数とする1+Σkk-kを用いてak及びdkを係数とするΣkk/(1-ak-1)を算出し、Σkk/(1-ak-1)=Πk(1-e2πiF"kΔT-1)/Πk(1-e2πiF'kΔT-1)の関係を満たすK'個の複素周波数F'k=f'k+ib'kおよびK"個の複素周波数F"k=f"k+ib"kを算出することを特徴とする。 Frequency analyzer according to the present invention of the 11th has a Z conversion calculation means for calculating a Z transform Σ k s k z -k when the time-series signal is a s l, the complex frequency calculation means, sigma Σ k d k / (1−a k z −1) with a k and d k as coefficients using 1 + Σ k c k z −k with k k as a coefficient normalized k s k z −k ) And Σ k d k / (1−a k z −1 ) = Π k (1-e 2πiF ”kΔT z −1 ) / Π k (1-e 2πiF′kΔT z −1 ) K ′ complex frequencies F ′ k = f ′ k + ib ′ k and K ″ complex frequencies F ″ k = f ” k + ib” k are calculated.

第12の本発明に係る周波数解析装置は、前記複素周波数を用いてスペクトル包絡線を算出するスペクトル包絡算出手段を備えることを特徴とする。   A frequency analysis apparatus according to a twelfth aspect of the present invention includes a spectrum envelope calculation unit that calculates a spectrum envelope using the complex frequency.

本発明に係る周波数解析方法および装置によれば、非定常的な時系列信号を解析することができる。   The frequency analysis method and apparatus according to the present invention can analyze a non-stationary time series signal.

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1は、本実施の形態における周波数解析装置の構成を示す機能ブロック図である。同図の周波数解析装置は、測定部1と、アナログ/デジタル(A/D)変換部2と、応答関数算出部3と、応答関数最適化部4と、複素周波数算出部5と、表示部6と、記憶部11とを有する構成である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the frequency analysis apparatus according to the present embodiment. The frequency analysis apparatus shown in FIG. 1 includes a measurement unit 1, an analog / digital (A / D) conversion unit 2, a response function calculation unit 3, a response function optimization unit 4, a complex frequency calculation unit 5, and a display unit. 6 and a storage unit 11.

本周波数解析装置は、専用のハードウェアによって構成するものとしてもよいし、コンピュータにより構成し、各部における処理を、コンピュータにインストールされたプログラムによって実行するようにしてもよい。記憶部11は、磁気記憶装置、光ディスク装置、メモリ、といったデータを記憶可能な装置により構成される。   This frequency analysis apparatus may be configured by dedicated hardware, or may be configured by a computer, and processing in each unit may be executed by a program installed in the computer. The storage unit 11 is configured by a device capable of storing data such as a magnetic storage device, an optical disc device, and a memory.

測定部1は、非定常的なアナログ信号s(t)を測定してA/D変換部2へ出力する。A/D変換部2では、例えば20kHzまでの周波数解析に対してはサンプリング周波数を40kHz以上とし、500MHzまでの周波数解析に対してはサンプリング周波数を1GHz以上に設定するなど、解析を行う周波数の上限値の2倍以上の周波数に設定し、アナログ信号s(t)をデジタル化して時系列信号slを得て、この時系列信号slを記憶部11に一時的に記憶させる。ここでは、サンプリング周波数から定まるサンプリング間隔をΔTとする。A/D変換部2は、記憶部11から時系列信号slを読み出し、応答関数算出部3へ出力する。 The measurement unit 1 measures an unsteady analog signal s (t) and outputs it to the A / D conversion unit 2. In the A / D converter 2, for example, the sampling frequency is set to 40 kHz or more for frequency analysis up to 20 kHz, and the sampling frequency is set to 1 GHz or more for frequency analysis up to 500 MHz. set the frequency at least twice the value, the analog signal s (t) to obtain a time series signal s l digitized, and temporarily stored in the memory unit 11 of the time-series signal s l. Here, the sampling interval determined from the sampling frequency is ΔT. A / D conversion section 2 reads a series signal s l when the storage unit 11, and outputs the response function calculation unit 3.

応答関数算出部3は、時系列信号slをL(Lは正の整数)個ごとの区間に分割し、各区間ごとに、連続する時系列信号slを用いて次の連立方程式をakについて解くことにより応答関数akをK(Kは正の整数)次まで算出し、メモリに格納する。 Response function calculating section 3, time series signals s l L (L is a positive integer) is divided into every individual sections, each section, the following simultaneous equations using the series signal s l when successive a By solving for k , the response function a k is calculated up to Kth order (K is a positive integer) and stored in the memory.

l=Σkkl-k
l-1=Σkkl-1-k

l-K=Σkkl-K-k …(1)
ここで、kの範囲は1〜Kである。Kは、算出しようとする複素周波数の個数であり、2以上の値とする。Lは、必要に応じてKの2倍以上の値とする。Lの値をKよりも大きくとる場合には、応答関数最適化部4により最小自乗法などを用いて最適な応答関数aを算出する。
s 1 = Σ k a k s lk
s l-1 = Σ k a k s l-1-k
...
s lK = Σ k a k s lKk (1)
Here, the range of k is 1 to K. K is the number of complex frequencies to be calculated, and is a value of 2 or more. L is set to a value not less than twice K as required. When the value of L is larger than K, the response function optimizing unit 4 calculates the optimum response function a k using the least square method or the like.

次に、応答関数akを係数とする次式について考える。 Next, consider the following equation using the response function a k as a coefficient.

1-Σkk-k …(2)
ここで、kの範囲は1〜Kである。式(2)を因数分解することを考えると次式が成立する。
1-Σ k a k z -k (2)
Here, the range of k is 1 to K. Considering factoring equation (2), the following equation holds.

1-Σkk-k
=Πk(1-e2πiFkΔT-1) …(3)
複素周波数算出部5は、予め求めておいた応答関数akをメモリから読み出し、この応答関数akを用いて、式(3)を満たすK個の複素周波数Fk=fk+ibkを算出し、表示部6へ出力する。
1-Σ k a k z -k
= Π k (1-e 2πiFkΔT z -1 ) (3)
The complex frequency calculation unit 5 reads the response function a k obtained in advance from the memory, and calculates K complex frequencies F k = f k + ib k satisfying the expression (3) using the response function a k. And output to the display unit 6.

表示部6は、図2に示すように、横軸を時間、縦軸を大きさとするグラフを示す画面上で、fkとbkを表示する。 As shown in FIG. 2, the display unit 6 displays f k and b k on a screen showing a graph with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing magnitude.

時系列信号slの波形は、ΣkΣt'kct'kh(t-t'k)e2πiFk(t-t'k)という形で表すことができる。ここで、t'kは各波形の発生時刻であり、Fkごとに複数回あってもよい。ct'kは、各波形の大きさ、h(t)はt<0の範囲で0、t≧0の範囲で1をとる関数である。これは、以降の実施の形態においても同様である。 Waveform of the time-series signal s l can be expressed in the form of Σ k Σ t'k c t'k h ( t-t 'k) e 2πiFk (t-t'k). Here, t ′ k is the generation time of each waveform, and may be multiple times for each F k . c t′k is a function that takes the size of each waveform, and h (t) takes 0 in the range of t <0 and 1 in the range of t ≧ 0. The same applies to the following embodiments.

したがって、本実施の形態によれば、時系列信号slを有限長の区間に分割し、各区間ごとに時系列信号をe2πiFktを含む式で表される波形の集合体として特徴づける1個以上の複素周波数Fk=fk+ibkを算出することで、フーリエ変換では得ることのできない虚数部bkが得られ、非定常的な信号の時間波形を解析することができる。 Therefore, according to this embodiment, time-series signals s l is divided into sections of finite length, one characterized as a collection of waveforms represented a time series signal with an expression that contains e 2PaiiFkt in each section By calculating the above complex frequency F k = f k + ib k , an imaginary part b k that cannot be obtained by Fourier transform is obtained, and the time waveform of the unsteady signal can be analyzed.

本実施の形態によれば、応答関数算出部3により時系列信号slを用いて応答関数akを算出し、複素周波数算出部5により1-Σkk-k=Πk(1-e2πiFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出することで、時系列信号を特徴づける1個以上の複素周波数が算出され、非定常的な信号の時間波形を解析することができる。 According to the present embodiment, the response function calculation unit 3 calculates the response function a k using the time series signal sl , and the complex frequency calculation unit 5 calculates 1−Σ k a k z −k = Π k (1 -e 2πiFkΔT z -1 ) to calculate the complex frequency F k , one or more complex frequencies characterizing the time series signal are calculated, and the time waveform of the non-stationary signal can be analyzed. it can.

[第2の実施の形態]
図3は、本実施の形態における周波数解析装置の構成を示す機能ブロック図である。同図の周波数解析装置は、図1の応答関数算出部3と応答関数最適化部4に代えて、微分係数算出部7を備えた構成である。その他、図1と同一物あるいは近似物については同一の符号を付すものとし、ここでは重複した説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of the frequency analysis apparatus according to the present embodiment. The frequency analysis apparatus shown in the figure has a configuration including a differential coefficient calculation unit 7 instead of the response function calculation unit 3 and the response function optimization unit 4 shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing same as FIG. 1, or an approximate thing, and the overlapping description is abbreviate | omitted here.

時系列信号slを、cmを未定係数とする次式の多項式でモデル化することを考える。 The time series signal s l, given that modeled with a polynomial of the following equation for the c m with undetermined coefficients.

y(t)=Σmm(t-tO)m …(4)
ここで、mの範囲は0〜M(Mは正の整数)である。微分係数算出部7は、記憶部11から読み出された時系列信号slを用いて、例えば最小自乗法により次式が最小となる未定係数cmを算出し、メモリに格納する。
y (t) = Σ m c m (t−t O ) m (4)
Here, the range of m is 0 to M (M is a positive integer). Differential coefficient calculating unit 7, by using a series signal s l when read from the storage unit 11, for example by the least squares method to calculate the unknown coefficients c m the following equation is minimized and stored in the memory.

Σl‖sl-y(tl)‖ …(5)
ここで、lの範囲は0〜L(Lは正の整数)である。次に、akを未定係数とする線形微分方程式で表される次式の演算子Dを考える。
Σ l ‖s l -y (t l ) ‖ (5)
Here, the range of l is 0 to L (L is a positive integer). Next, consider an operator D of the following expression represented by a linear differential equation with a k as an undetermined coefficient.

D=Πk(d/dt-ak) …(6)
微分係数算出部7では、この演算子Dに含まれる未定係数akについて、メモリから読み出した未定係数cmを用いて、例えば最小自乗法により次式が最小となる未定係数akを算出し、メモリに格納する。
D = Π k (d / dt-a k ) (6)
For the undetermined coefficient a k included in the operator D, the differential coefficient calculating unit 7 uses the undetermined coefficient cm read from the memory to calculate the undetermined coefficient a k that minimizes the following equation using, for example, the least square method. Store in memory.

t‖D・y(t)‖dt …(7)
ここで、tの範囲はta〜tbである。tlは時系列信号slのl番目の値を与える時刻であり、taとtbは、係数akを算出するのに用いられる時系列信号slの先頭値を与える時刻tOと最終値を与える時刻tとを用いて、不等式tO≦ta≦tb≦tを満たす範囲で与えられる。
t ‖ D · y (t) ‖ dt… (7)
Here, the range of t is t a to t b . t l is the time that gives the l-th value of the time series signals s l is t a and t b are the time t O giving the leading value of the time series signals s l used to calculate the coefficients a k by using the time t L to give a final value, given by the range satisfying the inequality t O ≦ t a ≦ t b ≦ t L.

複素周波数算出部5では、メモリから係数akを読み出し、この係数akを用いて次の関係式を満たす複素周波数Fk=fk+ibkを算出する。 The complex frequency calculation unit 5 reads the coefficient a k from the memory, and calculates a complex frequency F k = f k + ib k that satisfies the following relational expression using the coefficient a k .

k=2πiFk …(8)
表示部6は、このようにして各区間ごとに得られたK個の複素周波数Fk=fk+ibkを表示する。ここでは、図4に示すように、複素周波数の実部を横軸、虚部を縦軸とするグラフを示す画面上で複素周波数Fkを表示する。もちろん、図2に示したように、時間軸を横軸、大きさを縦軸にして表示するようにしてもよい。
a k = 2πiF k (8)
The display unit 6 displays the K complex frequencies F k = f k + ib k thus obtained for each section. Here, as shown in FIG. 4, the complex frequency F k is displayed on a screen showing a graph with the real part of the complex frequency on the horizontal axis and the imaginary part on the vertical axis. Of course, as shown in FIG. 2, the time axis may be displayed on the horizontal axis and the size on the vertical axis.

したがって、本実施の形態によれば、微分係数算出部7により、時系列信号slと多項式y(t)=Σmm(t-tO)mとを用いたΣl‖sl-y(t)‖が最小となるように未定係数cmを算出するとともに、演算子D=Πk(d/dt-ak)を用いた∫t‖D・y(t)‖dtが最小となる未定係数akを算出した後、複素周波数算出部5により、係数akを用いてak=2πiFkなる関係を満たす複素周波数Fkを算出することで、時系列信号を特徴づける1個以上の複素周波数が算出され、非定常的な信号の時間波形を解析することができる。 Therefore, according to this embodiment, the differential coefficient calculation unit 7, the time-series signal s l and polynomial y (t) = Σ m c m (t-t O) were used and m Σ l ‖s l - The undetermined coefficient c m is calculated so that y (t) ‖ is minimized, and ∫ t ‖D · y (t) ‖dt using the operator D = Π k (d / dt- ak ) is minimized. after calculating the unknown coefficients a k to be, by the complex frequency calculator 5, by calculating the complex frequency F k satisfying a k = 2πiF k the relationship with the coefficients a k, characterizing the time series signal 1 More than one complex frequency is calculated, and the time waveform of the non-stationary signal can be analyzed.

[第3の実施の形態]
図5は、本実施の形態における周波数解析装置の構成を示す機能ブロック図である。同図の周波数解析装置は、図1の応答関数算出部3と応答関数最適化部4に代えて、予測係数算出部8を備えるとともに、複素周波数算出部5の出力段にスペクトル包絡算出部9を備えた構成である。その他、図1と同一物あるいは近似物については同一の符号を付すものとし、ここでは重複した説明は省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 5 is a functional block diagram showing the configuration of the frequency analysis apparatus according to the present embodiment. The frequency analysis apparatus of FIG. 9 includes a prediction coefficient calculation unit 8 instead of the response function calculation unit 3 and the response function optimization unit 4 of FIG. 1 and a spectrum envelope calculation unit 9 at the output stage of the complex frequency calculation unit 5. It is the structure provided with. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing same as FIG. 1, or an approximate thing, and the overlapping description is abbreviate | omitted here.

予測係数算出部8では、線形予測法(Linear Predictive Coding, LPC)による予測係数akを算出する。具体的には、次の処理を行う。 The prediction coefficient calculation unit 8 calculates a prediction coefficient ak by a linear prediction method (Linear Predictive Coding, LPC). Specifically, the following processing is performed.

まず、A/D変換部2により記憶部11から読み出された時系列信号slを近似する次の時系列信号s'lを考える。 First, consider the following time series signal s' l approximating the series signal s l when read from the storage unit 11 by the A / D converter 2.

s'l=Σkkl-k …(9)
ここで、kの範囲は1〜Kである。予測係数算出部8では、この時系列信号s'lを用いて、次式が最小となる予測係数akを算出し、メモリに格納する。
s ′ l = Σ k a k s lk (9)
Here, the range of k is 1 to K. The prediction coefficient calculation unit 8 uses the time series signal s ′ l to calculate a prediction coefficient a k that minimizes the following equation and stores it in the memory.

Σl‖sl-s'l‖ …(10)
ここで、lの範囲はlO−L+1〜lOである。次に、予測係数akを用いた次式を考える。
Σ l ‖s l -s' l ‖… (10)
Here, the range of l is l O -L + 1~l O. Next, consider the following equation using the prediction coefficient a k .

1-Σkk-k …(11)
ここで、kの範囲は1〜Kである。式(11)を因数分解することを考えると次式が成立する。
1-Σ k a k z -k (11)
Here, the range of k is 1 to K. Considering factoring equation (11), the following equation holds.

1-Σkk-k
=Πk(1-e2πiFkΔT-1) …(12)
複素周波数算出部5は、メモリから予測係数akを読み出し、この予測係数akを用いて式(12)を満たすK個の複素周波数Fk=fk+ibkを算出し、スペクトル包絡算出部9へ出力する。
1-Σ k a k z -k
= Π k (1-e 2πiFkΔT z -1 ) (12)
The complex frequency calculation unit 5 reads the prediction coefficient a k from the memory, calculates K complex frequencies F k = f k + ib k satisfying the equation (12) using the prediction coefficient a k , and a spectrum envelope calculation unit Output to 9.

スペクトル包絡算出部9は、次式によってスペクトル包絡線G(f)を算出する。   The spectrum envelope calculation unit 9 calculates the spectrum envelope G (f) by the following equation.

G(f)=1/|1-e2πi(Fk-f)ΔT2 …(13)
表示部6は、図6に示すように、横軸を周波数fとするグラフを示す画面上で、スペクトル包絡線G(f)を表示する。
G (f) = 1 / | 1-e 2πi (Fk-f) ΔT | 2 (13)
As shown in FIG. 6, the display unit 6 displays a spectrum envelope G (f) on a screen showing a graph with the horizontal axis representing the frequency f.

したがって、本実施の形態によれば、予測係数算出部8により時系列信号slを用いて予測係数akを算出し、複素周波数算出部5により1-Σkk-k=Πk(1-e2πiFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出することで、時系列信号を特徴づける1個以上の複素周波数が算出され、非定常的な信号の時間波形を解析することができる。 Therefore, according to this embodiment, the prediction coefficient calculation unit 8 calculates the prediction coefficient a k using the time series signal sl , and the complex frequency calculation unit 5 calculates 1−Σ k a k z −k = Π k. By calculating the complex frequency F k satisfying the relationship (1-e 2πiFkΔT z −1 ), one or more complex frequencies characterizing the time series signal are calculated, and the time waveform of the non-stationary signal is analyzed. be able to.

本実施の形態によれば、スペクトル包絡算出部9により、K個の複素周波数Fk=fk+ibkを用いてスペクトル包絡線G(f)を算出するようにしたことで、特徴的な周波数fをスペクトル包絡線のピークに位置する周波数として見出すことができる。 According to the present embodiment, the spectral envelope calculation unit 9 calculates the spectral envelope G (f) using K complex frequencies F k = f k + ib k , so that a characteristic frequency is obtained. f can be found as the frequency located at the peak of the spectral envelope.

なお、表示部6では、上記各実施の形態で説明したような表示を行ってもよい。また、上記各実施の形態において、表示部6で、スペクトル包絡線を表示するようにしてもよい。   The display unit 6 may perform display as described in the above embodiments. Moreover, in each said embodiment, you may make it display a spectrum envelope on the display part 6. FIG.

[第4の実施の形態]
図7は、本実施の形態における周波数解析装置の構成を示す機能ブロック図である。同図の周波数解析装置は、図1の応答関数算出部3と応答関数最適化部4に代えて、Z変換算出部10を備えた構成である。その他、図1と同一物あるいは近似物については同一の符号を付すものとし、ここでは重複した説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 7 is a functional block diagram showing the configuration of the frequency analysis apparatus according to the present embodiment. The frequency analysis apparatus shown in the figure has a configuration including a Z-transform calculation unit 10 instead of the response function calculation unit 3 and the response function optimization unit 4 shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the thing same as FIG. 1, or an approximate thing, and the overlapping description is abbreviate | omitted here.

Z変換算出部10では、A/D変換部2により記憶部11から読み出された連続するK+1個の時系列信号slを次式によりZ変換する。 In Z transform calculating unit 10, time-series signals s l from the storage unit 11 K + 1 pieces of consecutive read by the A / D converter 2 for Z transform by the following equation.

Σkk-k …(14)
ここで、kの範囲は0〜Kである。Z変換算出部10は、これを規格化してckを係数とする次式を与える。
Σ k sk k -k (14)
Here, the range of k is 0-K. The Z conversion calculation unit 10 normalizes this and gives the following expression using ck as a coefficient.

1+Σkk-k …(15)
ここで、kの範囲は1〜Kである。Kは、求めようとする複素周波数の個数であり、2以上の値とする。
1 + Σ k c k z -k (15)
Here, the range of k is 1 to K. K is the number of complex frequencies to be obtained, and is a value of 2 or more.

複素周波数算出部5では、式(15)を用いてak及びdkを係数とする次式を算出する。 The complex frequency calculation unit 5 calculates the following equation using a k and d k as coefficients using equation (15).

Σkk/(1-ak-1) …(16)
ここで、kの範囲は1〜K'(K'は正の整数)である。式(16)の算出は、次式の対応関係に従って行う。
Σ k d k / (1-a k z −1 ) (16)
Here, the range of k is 1 to K ′ (K ′ is a positive integer). The calculation of the equation (16) is performed according to the correspondence relationship of the following equation.

Σkk/(1-ak-1)
=Σkk(1+Σmk m-m) …(17)
=Σkkmkkk m)z-m …(18)
=1+Σkk-k+O(z-K-1) …(19)
ここで、式(17),式(18)におけるkの範囲は1〜K'であり、mの範囲は1〜∞である。式(19)におけるkの範囲は1〜Kである。また、O(z-K-1)は、複素周波数の算出にあたっての残差項である。
Σ k d k / (1-a k z -1 )
= Σ k d k (1 + Σ m a k m z -m ) (17)
= Σ k d k + Σ mk d k a k m ) z −m (18)
= 1 + Σ k c k z -k + O (z -K-1) ... (19)
Here, the range of k in Formula (17) and Formula (18) is 1 to K ′, and the range of m is 1 to ∞. The range of k in the formula (19) is 1 to K. O (z −K−1 ) is a residual term when calculating the complex frequency.

複素周波数算出部5では、式(16)を変形して次式を得る。   The complex frequency calculation unit 5 transforms the equation (16) to obtain the following equation.

Σkk/(1-ak-1)
=ΣkkΠk'≠k(1-ak'-1)/Πk(1-ak-1) …(20)
=Πk(1-a'k-1)/Πk(1-ak-1) …(21)
=Πk(1-e2πiF"kΔT-1)/Πk(1-e2πiF'kΔT-1) …(22)
ここで、式(20)におけるk,k'の範囲は、1〜Kである。式(21),(22)の分子におけるkの範囲は1〜K"、分母におけるkの範囲は1〜K'である。
Σ k d k / (1-a k z -1 )
= Σ k d k Π k ′ ≠ k (1-a k ′ z −1 ) / Π k (1-a k z −1 ) (20)
= Π k (1-a ′ k z -1 ) / Π k (1-a k z -1 ) (21)
= Π k (1-e 2πiF "kΔT z -1) / Π k (1-e 2πiF'kΔT z -1) ... (22)
Here, the range of k and k ′ in Expression (20) is 1 to K. The range of k in the numerators of the formulas (21) and (22) is 1 to K ″, and the range of k in the denominator is 1 to K ′.

続いて、複素周波数算出部5は、式(22)の関係を満たすK'個の複素周波数F'k=f'k+ib'kおよびK"個の複素周波数F"k=f"k+ib"kを算出する。 Subsequently, the complex frequency calculation unit 5 satisfies K ′ complex frequencies F ′ k = f ′ k + ib ′ k and K ″ complex frequencies F ″ k = f ” k + ib satisfying the relationship of Expression (22). "Calculate k .

表示部6では、横軸を実部、縦軸を虚部とするグラフ、および横軸を時間、縦軸を虚部とするグラフを示す画面上でK'個の複素周波数F'kと、K"個の複素周波数F"kを表示する。 In the display unit 6, K ′ complex frequencies F ′ k on a screen showing a graph with the horizontal axis representing the real part, the vertical axis representing the imaginary part, and the horizontal axis representing time and the vertical axis representing the imaginary part, Display K "number of complex frequencies F" k .

したがって、本実施の形態によれば、Z変換算出部10により時系列信号slをZ変換してΣkk-kを算出し、複素周波数算出部5により、Σkk-kを規格化したckを係数とする1+Σkk-kを用いてak及びdkを係数とするΣkk/(1-ak-1)を算出し、Σkk/(1-ak-1)=Πk(1-e2πiF"kΔT-1)/Πk(1-e2πiF'kΔT-1)の関係を満たすK'個の複素周波数F'k=f'k+ib'kおよびK"個の複素周波数F"k=f"k+ib"kを算出することで、時系列信号を特徴づける1個以上の複素周波数が算出され、非定常的な信号の時間波形を解析することができる。 Therefore, according to the present embodiment, the Z conversion calculation unit 10 performs Z conversion on the time series signal sl to calculate Σ k s k z -k , and the complex frequency calculation unit 5 calculates Σ k s k z −. Σ k d k / (1−a k z −1 ) with a k and d k as coefficients is calculated by using 1 + Σ k c k z −k with k k as a coefficient, normalized k , K ′ pieces satisfying the relationship of Σ k d k / (1−a k z −1 ) = ( k (1−e 2πiF ”kΔT z −1 ) / Π k (1−e 2π iF′kΔT z −1 ) By calculating the complex frequencies F ′ k = f ′ k + ib ′ k and K ”complex frequencies F” k = f ” k + ib” k , one or more complex frequencies characterizing the time-series signal are calculated. The time waveform of the non-stationary signal can be analyzed.

[実施例]
以下、実際の時系列信号を用いて複素周波数を算出したときの結果について説明する。
[Example]
Hereinafter, a result when a complex frequency is calculated using an actual time series signal will be described.

図9は、y(t)=e‐λtsin2πωtで表される波形をランダムに発生させた時系列信号の波形を示す図である。ここでは、周波数ωをゆっくり上下させている。また、波形の減衰速度λは定数で与えている。 Figure 9 is a diagram showing a waveform of a time-series signal generated waveforms represented by y (t) = e -λt sin2πωt randomly. Here, the frequency ω is slowly raised and lowered. The waveform decay rate λ is given as a constant.

図10は、図9の時系列信号をフーリエ変換した波形を示す図である。図10に示すように、フーリエ解析では、非定常的な信号に含まれる特徴的な周波数ωを見出すことができない。   FIG. 10 is a diagram showing a waveform obtained by Fourier transforming the time series signal of FIG. As shown in FIG. 10, the characteristic frequency ω included in the non-stationary signal cannot be found by the Fourier analysis.

図11は、図9の時系列信号に対して、第3の実施の形態で説明したように、予測係数を用いて複素周波数を算出し、その複素周波数を用いて算出したスペクトル包絡線を示す図である。図11に示すように、本実施例では、非定常的な信号に含まれる特徴的な周波数ωを、スペクトル包絡線のピークpに位置する周波数として見出すことができる。   FIG. 11 shows a spectrum envelope calculated using the complex frequency calculated for the time series signal shown in FIG. 9 using the prediction coefficient as described in the third embodiment. FIG. As shown in FIG. 11, in this embodiment, the characteristic frequency ω included in the non-stationary signal can be found as a frequency located at the peak p of the spectral envelope.

図12は、図11におけるピークpの時間変化をプロットしたグラフである。図11に周波数軸と示すラインは、図11における周波数軸に対応するものである。このように、本実施例では、非定常的な信号に含まれる特徴的な周波数ωの時間変化も見出すことができる。   FIG. 12 is a graph in which the time change of the peak p in FIG. 11 is plotted. The line shown as the frequency axis in FIG. 11 corresponds to the frequency axis in FIG. Thus, in this embodiment, it is possible to find a temporal change in the characteristic frequency ω included in the non-stationary signal.

ホルマント解析は、区間ごとに定常的な可聴周波数帯域の音声信号の解析に用いるものと認識されているが、第3の実施の形態および本実施例によれば、定常性を持たないGHz帯の電波や電気信号などの解析に適用できることが明らかとなった。また、それらの単発のパルス信号に対しても適用することができる。   The formant analysis is recognized as being used for analysis of a sound signal in a stationary audible frequency band for each section. It became clear that it can be applied to analysis of radio waves and electrical signals. It can also be applied to those single pulse signals.

なお、上記各実施の形態における技術は、時間軸上の時系列信号の解析だけではなく、模様やパターンを示す空間的な時系列信号の解析にも適用することができる。   The technique in each of the above embodiments can be applied not only to the analysis of time series signals on the time axis, but also to the analysis of spatial time series signals indicating patterns and patterns.

第1の実施の形態における周波数解析装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the frequency analyzer in 1st Embodiment. 第1の実施の形態で算出した複素周波数を表示した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the complex frequency calculated in 1st Embodiment was displayed. 第2の実施の形態における周波数解析装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the frequency analyzer in 2nd Embodiment. 第2の実施の形態で算出した複素周波数を表示した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the complex frequency calculated in 2nd Embodiment was displayed. 第3の実施の形態における周波数解析装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the frequency analyzer in 3rd Embodiment. 第3の実施の形態で算出した複素周波数を表示した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the complex frequency calculated in 3rd Embodiment was displayed. 第4の実施の形態における周波数解析装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the frequency analyzer in 4th Embodiment. 第4の実施の形態で算出した複素周波数を表示した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the complex frequency calculated in 4th Embodiment was displayed. y(t)=e‐λtsin2πωtという形式の波形をランダムに発生させた時系列信号を示す波形を示す図である。y a (t) = e -λt sin2πωt format waveform that is a diagram showing a waveform illustrating a time series signal which is generated at random. 図9の時系列信号をフーリエ変換した波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform which carried out the Fourier-transform of the time series signal of FIG. 図9の時系列信号に対して、予測係数を用いて複素周波数を算出し、この複素周波数を用いて算出したスペクトル包絡線を示す図である。It is a figure which shows the spectrum envelope calculated using the complex frequency for the time series signal of FIG. 9, using the prediction coefficient. 図11におけるピークpの時間変化をプロットしたグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which plotted the time change of the peak p in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…測定部
2…変換部
3…応答関数算出部
4…応答関数最適化部
5…複素周波数算出部
6…表示部
7…微分係数算出部
8…予測係数算出部
9…スペクトル包絡算出部
10…Z変換算出部
11…記憶部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measurement part 2 ... Conversion part 3 ... Response function calculation part 4 ... Response function optimization part 5 ... Complex frequency calculation part 6 ... Display part 7 ... Differential coefficient calculation part 8 ... Prediction coefficient calculation part 9 ... Spectrum envelope calculation part 10 ... Z conversion calculation unit 11 ... Storage unit

Claims (12)

時系列信号を記憶した記憶手段から前記時系列信号を読み出すステップと、
前記時系列信号を有限長の区間に分割するステップと、
前記時系列信号を用いて各区間ごとに時系列信号をe2πiFktを含む式で表される波形の集合体として表したときの複素周波数Fkを算出するステップと、
を有することを特徴とする周波数解析方法。
Reading the time series signal from the storage means storing the time series signal;
Dividing the time series signal into sections of finite length;
Calculating a complex frequency F k when the time series signal is represented as a set of waveforms represented by an equation including e 2πiFkt for each section using the time series signal;
A frequency analysis method characterized by comprising:
前記時系列信号を用いて応答関数akを算出するステップと、
前記応答関数akを係数とする1-Σkk-kとこれを因数分解して得られるΠk(1-e2πiFkΔT-1)とを用いた1-Σkk-k=Πk(1-e2πiFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fを算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の周波数解析方法。
Calculating a response function a k using the time series signal;
The response function a k 1-sigma and coefficient k a k z -k and which k [pi obtained by factorization (1-e 2πiFkΔT z -1) and 1-Σ k a k z with - calculating a complex frequency F k satisfying a relationship of k = Π k (1-e 2πiFkΔT z −1 );
The frequency analysis method according to claim 1, further comprising:
前記時系列信号をslとし、多項式y(t)=Σmm(t-t0)mを用いたときのΣl‖sl-y(t)‖が最小となるように未定係数cmを算出するステップと、
この未定係数cmと演算子D=Πk(d/dt-ak)とを用いた∫t‖D・y(t)‖dtが最小となる未定係数akを算出するステップと、
算出されたakを用いてak=2πiFkの関係を満たす複素周波数Fkを算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の周波数解析方法。
An undetermined coefficient so that Σ l ‖s l -y (t) ‖ is minimized when the time series signal is s l and a polynomial y (t) = Σ m cm (t−t 0 ) m is used. calculating c m ;
Calculating an undetermined coefficient a k that minimizes ∫ t ‖D · y (t) ‖dt using the undetermined coefficient cm and an operator D = Π k (d / dt- ak );
Calculating a complex frequency F k satisfies the relationship a k = 2πiF k using the calculated a k,
The frequency analysis method according to claim 1, further comprising:
前記時系列信号をslとし、これを近似する時系列信号s'lをs'l=Σkkl-kとしたときのΣl‖sl-s'l‖が最小となる予測係数akを算出するステップと、
前記予測係数akを係数とする1-Σkk-kとこれを因数分解して得られるΠk(1-e2πFkΔT-1)とを用いた1-Σkk-k=Πk(1-e2πFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の周波数解析方法。
Prediction coefficient that minimizes Σ l ‖s l -s' lと し when the time series signal is s l and the time series signal s ′ l approximating this is s ′ l = Σ k a k s lk calculating a k ;
The prediction coefficients a k and a coefficient 1-Σ k a k z -k and which k [pi obtained by factorization (1-e 2πFkΔT z -1) and was used 1-Σ k a k z - calculating a complex frequency F k satisfying a relationship of k = Π k (1-e 2πFkΔT z −1 );
The frequency analysis method according to claim 1, further comprising:
前記時系列信号をslとしたときのZ変換Σkk-kを算出するステップと、
Σkk-kを規格化したckを係数とする1+Σkk-kを用いてak及びdkを係数とするΣkk/(1-ak-1)を算出し、Σkk/(1-ak-1)=Πk(1-e2πiF"kΔT-1)/Πk(1-e2πiF'kΔT-1)の関係を満たすK'個の複素周波数F'k=f'k+ib'kおよびK"個の複素周波数F"k=f"k+ib"kを算出するステップと、
を有することを特徴とする請求項1記載の周波数解析方法。
Calculating a Z transform Σ k s k z -k when the time-series signal is a s l,
Σ k s k z -k 1 + Σ a normalized c k a coefficient k c k z and coefficients a k and d k with -k Σ k d k / (1 -a k z - 1 ) is calculated, and Σ k d k / (1−a k z −1 ) = e k (1-e 2πiF ”kΔT z −1 ) / Π k (1-e 2πiF′kΔT z −1 ) Calculating K ′ complex frequencies F ′ k = f ′ k + ib ′ k and K ″ complex frequencies F ″ k = f ” k + ib ″ k satisfying
The frequency analysis method according to claim 1, further comprising:
前記複素周波数を用いてスペクトル包絡線を算出するステップを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の周波数解析方法。   The frequency analysis method according to claim 1, further comprising a step of calculating a spectrum envelope using the complex frequency. 時系列信号を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段から時系列信号を読み出して有限長の区間に分割する分割手段と、
前記時系列信号を用いて各区間ごとに時系列信号をe2πiFktを含む式で表される波形の集合体として表したときの複素周波数Fkを算出する複素周波数算出手段と、
を有することを特徴とする周波数解析装置。
Storage means for storing time-series signals;
Dividing means for reading out the time-series signal from the storage means and dividing it into sections of finite length;
Complex frequency calculation means for calculating a complex frequency F k when the time series signal is represented as a collection of waveforms represented by an equation including e 2πiFkt for each section using the time series signal;
A frequency analysis apparatus comprising:
前記時系列信号を用いて応答関数akを算出する応答関数算出手段を有し、
前記複素周波数算出手段は、前記応答関数akを係数とする1-Σkk-kとこれを因数分解して得られるΠk(1-e2πiFkΔT-1)とを用いた1-Σkk-k=Πk(1-e2πiFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出することを特徴とする請求項7記載の周波数解析装置。
Response function calculating means for calculating a response function a k using the time series signal,
The complex frequency calculation means uses 1-Σ k a k z -k having the response function a k as a coefficient and Π k (1-e 2πiFkΔT z −1 ) obtained by factoring the response function a k. -Σ k a k z -k = Π k (1-e 2πiFkΔT z -1) frequency analyzer according to claim 7, wherein the calculating the complex frequency F k satisfies the relationship.
前記時系列信号をslとし、多項式y(t)=Σmm(t-tO)mを用いたときのΣl‖sl-y(t)‖が最小となるように未定係数cmを算出し、この未定係数cmと演算子D=Πk(d/dt-ak)とを用いた∫t‖D・y(t)‖dtが最小となる未定係数akを算出する微分係数算出手段を備え、
前記複素周波数算出手段は、算出されたakを用いてak=2πiFkの関係を満たす複素周波数Fkを算出することを特徴とする請求項7記載の周波数解析装置。
An undetermined coefficient so that Σ l ‖s l -y (t) ‖ is minimized when the time series signal is s 1 and a polynomial y (t) = Σ m cm (t−t O ) m is used. c m is calculated, and the undetermined coefficient a k that minimizes ∫ t ‖D · y (t) ‖dt using the undetermined coefficient cm and the operator D = Π k (d / dt- ak ) is calculated. A differential coefficient calculating means for calculating,
The complex frequency calculating means, the frequency analyzer according to claim 7, wherein the calculating the complex frequency F k satisfies the relationship a k = 2πiF k using the calculated a k.
前記時系列信号をslとし、これを近似する時系列信号s'lをs'l=Σkkl-kとしたときのΣl‖sl−s'l‖が最小となる予測係数akを算出する予測係数算出手段を備え、
前記複素周波数算出手段は、前記予測係数akを係数とする1-Σkk-kとこれを因数分解して得られるΠk(1-e2πiFkΔT-1)とを用いた1-Σkk-k=Πk(1-e2πiFkΔT-1)の関係を満たす複素周波数Fkを算出することを特徴とする請求項7記載の周波数解析装置。
Prediction coefficient that minimizes Σ l ‖s l −s ′ lと し when the time series signal is s l and the time series signal s ′ l approximating this is s ′ l = Σ k a k s lk a prediction coefficient calculating means for calculating a k ;
The complex frequency calculating means 1 uses 1-Σ k a k z -k having the prediction coefficient a k as a coefficient and Π k (1-e 2πiFkΔT z −1 ) obtained by factoring this 1 -Σ k a k z -k = Π k (1-e 2πiFkΔT z -1) frequency analyzer according to claim 7, wherein the calculating the complex frequency F k satisfies the relationship.
前記時系列信号をslとしたときのZ変換Σkk-kを算出するZ変換算出手段を備え、
前記複素周波数算出手段は、Σkk-kを規格化したckを係数とする1+Σkk-kを用いてak及びdkを係数とするΣkk/(1-ak-1)を算出し、Σkk/(1-ak-1)=Πk(1-e2πiF"kΔT-1)/Πk(1-e2πiF'kΔT-1)の関係を満たすK'個の複素周波数F'k=f'k+ib'kおよびK"個の複素周波数F"k=f"k+ib"kを算出することを特徴とする請求項7記載の周波数解析装置。
Comprises a Z conversion calculation means for calculating a Z transform Σ k s k z -k when the time-series signal is a s l,
The complex frequency calculating means, Σ k s k z -k 1 + Σ a normalized c k a coefficient k c k z -k and coefficients a k and d k by using a sigma k d k / (1-a k z -1 ) is calculated, and Σ k d k / (1-a k z -1 ) = Π k (1-e 2πiF "kΔT z -1 ) / Π k (1-e 2πiF ' k ′ complex frequencies F ′ k = f ′ k + ib ′ k and K ″ complex frequencies F ″ k = f ” k + ib” k satisfying the relationship of kΔT z −1 ) The frequency analysis apparatus according to claim 7.
前記複素周波数を用いてスペクトル包絡線を算出するスペクトル包絡算出手段を備えることを特徴とする請求項7乃至11のいずれかに記載の周波数解析装置。
The frequency analysis apparatus according to claim 7, further comprising: a spectrum envelope calculation unit that calculates a spectrum envelope using the complex frequency.
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