JP2009163320A - Data interpolation method, data interpolation device, data interpolation program, spectrum interpolation method, spectrum interpolation device, and spectrum interpolation program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、J次元の周期アナログ信号が標本化されることにより得られた標本化データ群から、隣接する標本点どうしの途中の任意の点の微係数を求めるデータ補間方法およびデータ補間装置、および、コンピュータ等の情報処理装置内で実行されてその情報処理装置をデータ補間装置として動作させるデータ補間プログラム、並びに、上記のJ次元標本化データ群にJ次元離散フーリエ変数を施すことにより得られたJ次元離散スペクトルから、その離散スペクトルにはあらわれていない、隣接する離散点の間の任意の周波数のスペクトルの微係数を求めるスペクトル内挿方法およびスペクトル内挿装置、および、コンピュータ等の情報処理装置内で実行されてその情報処理装置をスペクトル内挿装置として動作させるスペクトル内挿プログラムに関する。 The present invention relates to a data interpolation method and a data interpolation device for obtaining a derivative of an arbitrary point in the middle between adjacent sample points from a sampled data group obtained by sampling a J-dimensional periodic analog signal, And a data interpolation program that is executed in an information processing apparatus such as a computer and operates the information processing apparatus as a data interpolation apparatus, and a J-dimensional discrete Fourier variable applied to the J-dimensional sampled data group. Spectral interpolation method and spectral interpolation apparatus for obtaining a derivative of a spectrum of an arbitrary frequency between adjacent discrete points not appearing in the discrete spectrum from the J-dimensional discrete spectrum, and information processing such as a computer A spectrum interpolation program that is executed in the apparatus and operates the information processing apparatus as a spectrum interpolation apparatus. On the lamb.
従来より様々な分野で標本化データ群から標本点以外の点のデータを求めるデータ補間演算が行なわれている。 Conventionally, data interpolation operations for obtaining data at points other than the sampling points from the sampling data group have been performed in various fields.
従来採用されているデータ補間法の1つにゼロ点追加法がある。このゼロ点追加法は、標本化データ列の隣接する標本点どうしの間に内挿したい数だけゼロ点(データ値ゼロを持つ標本点)を等間隔に追加し、このようにして標本点を何倍にも増やした上でディジタルの低域通過フィルタを通過させる、という手法である。このゼロ点追加法によれば、最初の標本化にあたってエイリアジングノイズを防止するためのフィルタリング処理をきちんと行なっている限りにおいて、ゼロ点として追加した標本点のデータを正確に再生することができる。 One of the data interpolation methods conventionally employed is a zero point addition method. In this zero point addition method, zero points (sample points having data values of zero) are added at equal intervals as many times as you want to interpolate between adjacent sample points in the sampled data sequence. This is a technique of increasing the number of times and passing through a digital low-pass filter. According to this zero point addition method, as long as the filtering process for preventing aliasing noise is properly performed in the first sampling, the data of the sample point added as the zero point can be accurately reproduced.
しかしながら、このゼロ点追加法では、もともとの標本点どうしの間にゼロ点を等間隔に追加する必要があり、追加点数で決まる固定点のデータは正確に再生できるものの、任意の時刻のデータを再生することは不可能である。 However, in this zero point addition method, it is necessary to add zero points at regular intervals between the original sample points, and although fixed point data determined by the number of additional points can be reproduced accurately, data at an arbitrary time can be obtained. It is impossible to reproduce.
また、従来採用されているデータ補間法のうちの他の方法として、染谷&シャノン(Shannon)の標本化定理を利用する方法がある。詳細は省略するが、この標本化定理を採用すると、やはり最初の標本化にあたってエイリアジングノイズ防止のためのフィタリング処理がきちんと行なわれてさえいれば、数学的には、任意の時刻tのデータを再生することができる。 In addition, as another method of data interpolation methods that have been conventionally employed, there is a method that uses the Sanya & Shannon sampling theorem. Although details will be omitted, if this sampling theorem is adopted, mathematically, the data at an arbitrary time t can be obtained as long as the filtering process for preventing aliasing noise is properly performed in the first sampling. Can be played.
しかしながら、この標本化定理は、無限個の標本点を必要とする。しかしながら現実的には、有限個の標本点のデータで演算を行なう必要を生じ、その分ある程度大きな誤差を含む結果しか求めることができないという問題がある。 However, this sampling theorem requires an infinite number of sample points. However, in reality, there is a problem that it is necessary to perform an operation using data of a finite number of sample points, and only a result including a certain large error can be obtained.
これに対し、本出願人は、特許文献1で、有限個の標本化データに基づいて、任意の点のデータを高精度に(数学的には厳密に)求めるデータ補間法を提案している。
On the other hand, the present applicant has proposed a data interpolation method for obtaining data of an arbitrary point with high accuracy (mathematically strictly) based on a limited number of sampled data in
しかしながら、この特許文献1で提案されたデータ補間法は一次元データにのみに適用可能なものであって、例えば二次元画像データ等の複数次元のデータには適用することはできない。
However, the data interpolation method proposed in
また、従来より様々な分野で例えば時間的に変化する波形のスペクトル解析が多用されており、このスペクトル解析にはFFTの演算手法が用いられており、このFFTでは、時間波形を周期関数と見なして所定の時間間隔でサンプリングし、一周期分のN個の離散的なサンプリング点の値を得て、それらのサンプリング点の値を基に演算してN個の離散的な周波数のスペクトル成分が求められる。 For example, spectrum analysis of time-varying waveforms has been frequently used in various fields. For example, FFT calculation methods are used for this spectrum analysis. In this FFT, a time waveform is regarded as a periodic function. Sampling at a predetermined time interval, obtaining N discrete sampling point values for one period, and calculating based on the sampling point values, N spectral frequency spectrum components are obtained. Desired.
しかしながら、上記のFFTの手法では、求めることができるのは離散的な周波数のスペクトル成分であるため、離散点どうしの間の周波数のスペクトル値は分からず、詳細なスペクトル解析を行なうには限界がある。サンプリング点の数(上記のN)を増やすことも考えられるが、その場合、FFTの計算量が厖大となり現実的ではなく、しかもサンプリング点の数を増やしても離散的であることには変わりなく、任意の周波数のスペクトル値を求めることはできない。 However, in the above FFT method, since it is possible to obtain spectral components of discrete frequencies, the spectral values of frequencies between discrete points are not known, and there is a limit to performing detailed spectral analysis. is there. Although it is conceivable to increase the number of sampling points (N mentioned above), in that case, the amount of calculation of the FFT becomes enormous and unrealistic, and even if the number of sampling points is increased, it is still discrete. The spectrum value of an arbitrary frequency cannot be obtained.
これに対し、本出願人は、特願2006−150057で、離散スペクトルから任意の周波数のスペクトル値を極めて高精度に内挿することのできるスペクトル内挿法を提案している。 On the other hand, the present applicant has proposed in Japanese Patent Application No. 2006-150057 a spectral interpolation method capable of interpolating a spectral value of an arbitrary frequency from a discrete spectrum with extremely high accuracy.
しかしながら、このスペクトル内挿法は、一次元スペクトルにのみに適用可能のものであって、例えば二次元画像データに二次元FFT演算を施して得た二次元スペクトル等の複数次元のスペクトルには適用することはできない。 However, this spectral interpolation method is applicable only to one-dimensional spectra, and is applicable to, for example, a two-dimensional spectrum such as a two-dimensional spectrum obtained by performing a two-dimensional FFT operation on two-dimensional image data. I can't do it.
さらに、本出願人は、特願2007−149971で、複数次元にも適用可能なデータ補間法およびスペクトル内挿法を提案している。 Furthermore, the present applicant has proposed a data interpolation method and a spectrum interpolation method applicable to a plurality of dimensions in Japanese Patent Application No. 2007-149971.
しかしながら、例えば特願2007−149971で提案しているデータ補間法あるいはスペクトル内挿法により、任意の点のデータや任意の点のスペクトルを求めたとしても、その点の、微係数についてはどのようにして厳密に求めるかが問題となる。通常であれば、その点を含む周囲の複数の点のデータを求めておいて差分を求めることにより近似的な微係数を求めることになるが、この手法は、あくまでも微係数の近似値を求めることにしかならない。 However, even if the data of an arbitrary point or the spectrum of an arbitrary point is obtained by, for example, the data interpolation method or spectral interpolation method proposed in Japanese Patent Application No. 2007-149971, what about the derivative at that point? The problem is whether to find it strictly. Normally, the approximate derivative is obtained by obtaining the data of a plurality of surrounding points including the point and obtaining the difference, but this method only obtains the approximate value of the derivative. It can only be done.
尚、以下の説明のために非特許文献1〜5を挙げておく。
本発明は、上記事情に鑑み、J次元(Jは1以上の正の整数)の有限個の標本化データからなる標本化データ群に基づいて、標本点以外の任意の点の微係数を高精度に求めることができるデータ補間方法およびデータ補間装置、および、コンピュータ等の情報処理装置内で実行されてその情報処理装置をそのような、標本点以外の任意の点の微係数を高精度に求めることができるデータ補間装置として動作させるデータ補間プログラム、並びに、J次元(Jは1以上の正の整数)の有限個の離散スペクトルから任意の周波数のスペクトルの微係数を極めて高精度に内挿することのできるスペクトル内挿方法およびスペクトル内挿装置、および、コンピュータ等の情報処理装置内で実行されてその情報処理装置をそのような任意の周波数のスペクトルの微係数を極めて高精度に内挿することのできるスペクトル内挿装置として動作させるスペクトル内挿プログラムを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention increases the derivative of an arbitrary point other than a sampling point based on a sampling data group consisting of a limited number of sampling data of J dimensions (J is a positive integer of 1 or more). Data interpolation method and data interpolation apparatus that can be obtained with high accuracy, and the information processing apparatus that is executed in the information processing apparatus such as a computer can accurately calculate the derivative of any point other than the sample point. A data interpolation program that operates as a data interpolation device that can be obtained, and interpolates the derivative of a spectrum of an arbitrary frequency from a finite number of discrete spectra in the J dimension (J is a positive integer of 1 or more) with extremely high accuracy. Spectral interpolation method and spectrum interpolation apparatus, and information processing apparatus that can be executed in an information processing apparatus such as a computer to make the information processing apparatus of any frequency And to provide a spectrum interpolation program for operating the derivative of torque as a spectral interpolation apparatus capable of interpolating a very high accuracy.
上記目的を達成する本発明のデータ補間方法は、
J次元(Jは1以上の正の整数)の周期アナログ信号が標本化されることにより得られる標本化データ群を取得し、
取得した標本化データ群に基づいて、J次元空間内の任意の点のデータfp(t1,…,tJ)の微係数を、式
The data interpolation method of the present invention that achieves the above object is as follows.
Obtaining a sampling data group obtained by sampling a periodic analog signal of J dimension (J is a positive integer of 1 or more);
Based on the acquired sampling data group, the derivative of the data f p (t 1 ,..., T J ) at an arbitrary point in the J-dimensional space is expressed by the equation
但し、 However,
は、ゼロも許す整数、
(t1,…,tJ)はJ次元空間内の任意の点
(t1,0,…,tJ,0)は、J次元空間内の任意の参照点
(Δt1,…,ΔtJ)は、標本間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(T1,…,TJ)に渡る標本数
fp,n1,…,nJは、標本化データであって、
fp,n1,…,nJ=fp(t1,0+n1・Δt1,…,tJ,0+nJ・ΔtJ)
である、および
ψ1(t),…,ψJ(t)は内挿関数であって、
Is an integer that allows zero,
(T 1 ,..., T J ) are arbitrary points in the J-dimensional space (t 1 , 0 ,..., T J , 0 ) are arbitrary reference points (Δt 1 ,..., Δt J in the J-dimensional space. ) Is the sample interval (N 1 ,..., N J ) is the number of samples f p, n1,..., NJ over one period (T 1 ,..., T J )
f p, n1,..., nJ = f p (t 1,0 + n 1 · Δt 1 ,..., t J, 0 + n J · Δt J )
And ψ 1 (t),..., Ψ J (t) are interpolation functions,
(j=1,…,J)
である、
に従って求めることを特徴とする。
(J = 1, ..., J)
Is,
It is obtained according to the following.
本発明のデータ補間方法によれば、上記の式の導出は後述するが、その式に従って任意の点の微係数を、少なくとも原理的には誤差なしで極めて高精度に求めることができる。 According to the data interpolation method of the present invention, the derivation of the above-described equation will be described later, but the derivative of an arbitrary point can be obtained with extremely high accuracy without any error at least in principle according to the equation.
また、上記目的を達成する本発明のデータ補間装置は、
J次元(Jは1以上の正の整数)の周期アナログ信号が標本化されることにより得られる標本化データ群を取得する取得部と、
取得した標本化データ群に基づいて、J次元空間内の任意の点のデータfp(t1,…,tJ)の微係数を、式
In addition, the data interpolation device of the present invention that achieves the above-described object provides:
An acquisition unit that acquires a sampling data group obtained by sampling a periodic analog signal of J dimension (J is a positive integer of 1 or more);
Based on the acquired sampling data group, the derivative of the data f p (t 1 ,..., T J ) at an arbitrary point in the J-dimensional space is expressed by the equation
但し、 However,
は、ゼロも許す整数、
(t1,…,tJ)はJ次元空間内の任意の点
(t1,0,…,tJ,0)は、J次元空間内の任意の参照点
(Δt1,…,ΔtJ)は、標本間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(T1,…,TJ)に渡る標本数
fp,n1,…,nJは、標本化データであって、
fp,n1,…,nJ=fp(t1,0+n1・Δt1,…,tJ,0+nJ・ΔtJ)
である、および
ψ1(t),…,ψJ(t)は内挿関数であって、
Is an integer that allows zero,
(T 1 ,..., T J ) are arbitrary points in the J-dimensional space (t 1 , 0 ,..., T J , 0 ) are arbitrary reference points (Δt 1 ,..., Δt J in the J-dimensional space. ) Is the sample interval (N 1 ,..., N J ) is the number of samples f p, n1,..., NJ over one period (T 1 ,..., T J )
f p, n1,..., nJ = f p (t 1,0 + n 1 · Δt 1 ,..., t J, 0 + n J · Δt J )
And ψ 1 (t),..., Ψ J (t) are interpolation functions,
(j=1,…,J)
である、
に従って求める演算部とを備えたことを特徴とする。
(J = 1, ..., J)
Is,
And an arithmetic unit to be obtained according to the above.
さらに、上記目的を達成する本発明のデータ補間プログラムは、
プログラムを実行する情報処理装置内で実行され、該情報処理装置を、J次元(Jは1以上の正の整数)の周期アナログ信号が標本化されることにより得られる標本化データ群を取得する取得部と、
取得した標本化データ群に基づいて、J次元空間内の任意の点のデータfp(t1,…,tJ)の微係数を、式
Furthermore, the data interpolation program of the present invention that achieves the above object is
Executed in an information processing apparatus that executes a program, and acquires a sampled data group obtained by sampling a periodic analog signal of J dimension (J is a positive integer of 1 or more) from the information processing apparatus. An acquisition unit;
Based on the acquired sampling data group, the derivative of the data f p (t 1 ,..., T J ) at an arbitrary point in the J-dimensional space is expressed by the equation
但し、 However,
は、ゼロも許す整数、
(t1,…,tJ)はJ次元空間内の任意の点
(t1,0,…,tJ,0)は、J次元空間内の任意の参照点
(Δt1,…,ΔtJ)は、標本間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(T1,…,TJ)に渡る標本数
fp,n1,…,nJは、標本化データであって、
fp,n1,…,nJ=fp(t1,0+n1・Δt1,…,tJ,0+nJ・ΔtJ)
である、および
ψ1(t),…,ψJ(t)は内挿関数であって、
Is an integer that allows zero,
(T 1 ,..., T J ) are arbitrary points in the J-dimensional space (t 1 , 0 ,..., T J , 0 ) are arbitrary reference points (Δt 1 ,..., Δt J in the J-dimensional space. ) Is the sample interval (N 1 ,..., N J ) is the number of samples f p, n1,..., NJ over one period (T 1 ,..., T J )
f p, n1,..., nJ = f p (t 1,0 + n 1 · Δt 1 ,..., t J, 0 + n J · Δt J )
And ψ 1 (t),..., Ψ J (t) are interpolation functions,
(j=1,…,J)
である、
に従って求める演算部とを備えたデータ補間装置として動作させることを特徴とする。
(J = 1, ..., J)
Is,
And operating as a data interpolating device provided with a calculation unit obtained according to the above.
また、上記目的を達成する本発明のスペクトル内挿方法は、
J次元(Jは1以上の正の整数)の周期アナログ信号が標本化されJ次元離散フーリエ変換が施されることにより得られるJ次元離散スペクトルを取得し、
取得されたJ次元離散スペクトルに基づいて、J次元周波数空間内の任意の点のスペクトル値
Moreover, the spectrum interpolation method of the present invention that achieves the above-mentioned object is as follows.
Obtain a J-dimensional discrete spectrum obtained by sampling a J-dimensional (J is a positive integer of 1 or more) periodic analog signal and applying a J-dimensional discrete Fourier transform;
Based on the acquired J-dimensional discrete spectrum, the spectral value of an arbitrary point in the J-dimensional frequency space
の微係数を、式 The derivative of
但し、 However,
は、ゼロも許す整数
(ω1,…,ωJ)はJ次元周波数空間内の任意の点
(ω1,0,…,ωJ,0)はJ次元周波数空間内の任意の参照点
(Δω1,…,ΔωJ)は離散スペクトルの間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(ωS1,…,ωSJ)に渡る標本数
Fp,k1,…,kJは、離散スペクトルの値であって、
Fp,k1,…,kJ=Fp(ω1,0+k1・Δω1,…,ωJ,0+kJ・ΔωJ)
である、および
Ψ1(ω),…,ΨJ(ω)は内挿関数であって、
Is an integer that accepts zero (ω 1 ,..., Ω J ) is an arbitrary point in the J-dimensional frequency space (ω 1,0 ,..., Ω J, 0 ) is an arbitrary reference point in the J-dimensional frequency space ( Δω 1, ..., Δω J) is the discrete spectrum interval (N 1, ..., N J ) is one period (omega S1, ..., the number of samples over a ω SJ) F p, k1, ..., kJ is discrete The value of the spectrum,
F p, k1,..., KJ = F p (ω 1,0 + k 1 · Δω 1 ,..., Ω J, 0 + k J · Δω J )
And Ψ 1 (ω),..., Ψ J (ω) are interpolation functions,
(j=1,…,J)
である、
に従って求めることを特徴とする。
(J = 1, ..., J)
Is,
It is obtained according to the following.
本発明のスペクトル内挿方法によれば、上記の式の導出は後述するが、その式に従ってJ次元周波数空間内の任意の点のスペクトルの微係数を、少なくとも原理的には誤差なしで、極めて高精度に求めることができる。 According to the spectral interpolation method of the present invention, the derivation of the above formula will be described later, but the derivative of the spectrum of an arbitrary point in the J-dimensional frequency space can be determined in accordance with the formula at least in principle without error. It can be obtained with high accuracy.
また、上記目的を達成する本発明のスペクトル内挿装置は、
J次元(Jは1以上の正の整数)の周期アナログ信号が標本化されJ次元離散フーリエ変換が施されることにより得られるJ次元離散スペクトルを取得する取得部と、
取得されたJ次元離散スペクトルに基づいて、J次元周波数空間内の任意の点のスペクトル値
In addition, the spectrum interpolation device of the present invention that achieves the above-described object is
An acquisition unit for acquiring a J-dimensional discrete spectrum obtained by sampling a J-dimensional (J is a positive integer of 1 or more) periodic analog signal and performing J-dimensional discrete Fourier transform;
Based on the acquired J-dimensional discrete spectrum, the spectral value of an arbitrary point in the J-dimensional frequency space
の微係数を、式 The derivative of
但し、 However,
は、ゼロも許す整数
(ω1,…,ωJ)はJ次元周波数空間内の任意の点
(ω1,0,…,ωJ,0)はJ次元周波数空間内の任意の参照点
(Δω1,…,ΔωJ)は離散スペクトルの間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(ωS1,…,ωSJ)に渡る標本数
Fp,k1,…,kJは、離散スペクトルの値であって、
Fp,k1,…,kJ=Fp(ω1,0+k1・Δω1,…,ωJ,0+kJ・ΔωJ)
である、および
Ψ1(ω),…,ΨJ(ω)は内挿関数であって、
Is an integer that accepts zero (ω 1 ,..., Ω J ) is an arbitrary point in the J-dimensional frequency space (ω 1,0 ,..., Ω J, 0 ) is an arbitrary reference point in the J-dimensional frequency space ( Δω 1, ..., Δω J) the discrete spectral interval (N 1, ..., N J ) is one period (omega S1, ..., sample size across ω SJ) F p, k1, ..., kJ is discrete The value of the spectrum,
F p, k1,..., KJ = F p (ω 1,0 + k 1 · Δω 1 ,..., Ω J, 0 + k J · Δω J )
And Ψ 1 (ω),..., Ψ J (ω) are interpolation functions,
(j=1,…,J)
である、
に従って求める演算部とを備えたことを特徴とする。
(J = 1, ..., J)
Is,
And an arithmetic unit to be obtained according to the above.
さらに、上記目的を達成する本発明のスペクトル内挿プログラムは、
プログラムを実行する情報処理装置内で実行され、該情報処理装置を、
J次元(Jは1以上の正の整数)の周期アナログ信号が標本化されJ次元離散フーリエ変換が施されることにより得られるJ次元離散スペクトルを取得する取得部と、
取得されたJ次元離散スペクトルに基づいて、J次元周波数空間内の任意の点のスペクトル値
Furthermore, the spectrum interpolation program of the present invention for achieving the above object is
The information processing apparatus is executed in an information processing apparatus that executes a program.
An acquisition unit for acquiring a J-dimensional discrete spectrum obtained by sampling a J-dimensional (J is a positive integer of 1 or more) periodic analog signal and performing J-dimensional discrete Fourier transform;
Based on the acquired J-dimensional discrete spectrum, the spectral value of an arbitrary point in the J-dimensional frequency space
の微係数を、式 The derivative of
但し、 However,
は、ゼロも許す整数
(ω1,…,ωJ)はJ次元周波数空間内の任意の点
(ω1,0,…,ωJ,0)はJ次元周波数空間内の任意の参照点
(Δω1,…,ΔωJ)は離散スペクトルの間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(ωS1,…,ωSJ)に渡る標本数
Fp,k1,…,kJは、離散スペクトルの値であって、
Fp,k1,…,kJ=Fp(ω1,0+k1・Δω1,…,ωJ,0+kJ・ΔωJ)
である、および
Ψ1(ω),…,ΨJ(ω)は内挿関数であって、
Is an integer that accepts zero (ω 1 ,..., Ω J ) is an arbitrary point in the J-dimensional frequency space (ω 1,0 ,..., Ω J, 0 ) is an arbitrary reference point in the J-dimensional frequency space ( Δω 1, ..., Δω J) is the discrete spectrum interval (N 1, ..., N J ) is one period (omega S1, ..., the number of samples over a ω SJ) F p, k1, ..., kJ is discrete The value of the spectrum,
F p, k1,..., KJ = F p (ω 1,0 + k 1 · Δω 1 ,..., Ω J, 0 + k J · Δω J )
And Ψ 1 (ω),..., Ψ J (ω) are interpolation functions,
(j=1,…,J)
である、
に従って求める演算部とを備えたスペクトル内挿装置として動作させることを特徴とする。
(J = 1, ..., J)
Is,
And operating as a spectrum interpolation device provided with a calculation unit obtained according to the above.
以上の本発明によれば、有限個の離散データからJ次元空間内の任意の点の微係数を極めて高精度に求めることができ、また、有限個の離散スペクトルからJ次元周波数空間内の任意の点のスペクトルの微係数を極めて高精度に求めることができる。 According to the present invention described above, the derivative of an arbitrary point in the J-dimensional space can be obtained with extremely high accuracy from a finite number of discrete data, and the arbitrary coefficient in the J-dimensional frequency space can be obtained from the finite number of discrete spectra. The derivative of the spectrum at the point can be obtained with extremely high accuracy.
以下では、先ず本発明の理論的な背景について説明する。
1.はじめに
ここでは、1次元信号に対し証明された周期信号に対するサンプリング定理を、多次元の周期関数に対するサンプリング定理として拡張し、その副産物として、標本点を用いた周期信号の内挿公式を導出する。更に、この結果から、多次元の周期関数に対する導関数を算出する公式を導出する。
2.1次元の時間域での周期信号に対するサンプリング定理のまとめ(特許文献1参照)
今、周期
In the following, first, the theoretical background of the present invention will be described.
1. 1. Introduction Here, the sampling theorem for a periodic signal proved for a one-dimensional signal is expanded as a sampling theorem for a multidimensional periodic function, and a periodic signal interpolation formula using sample points is derived as a byproduct. Furthermore, from this result, a formula for calculating a derivative for a multidimensional periodic function is derived.
2.1 Summary of sampling theorems for periodic signals in the dimensional time domain (see Patent Document 1)
Now the cycle
の周期アナログ信号を Period analog signal
とする。すなわち、 And That is,
とする。 And
は周期信号だから、フーリエ級数展開が可能であり、次のように表される。 Since is a periodic signal, Fourier series expansion is possible, and is expressed as follows.
特に、信号が帯域制限されていて、 In particular, if the signal is band limited,
であったとする。この時には、 Suppose that At this time,
なる内挿公式が成り立つ。ただし、内挿関数は、 The following interpolation formula holds. However, the interpolation function is
で与えられる。
(註2.1)(2.3)の条件は、(2.2)から、
Given in.
(註 2.1) The conditions of (2.3) are from (2.2)
の範囲のスペクトル成分がゼロということ、あるいは、スペクトル成分がゼロでないのは、 The spectral component in the range is zero or the spectral component is not zero.
なる区間内に限られるということを意味することが容易に示される。ただし、 It is easily shown that it means that it is limited to a certain section. However,
をサンプリング時間間隔とし、 Is the sampling time interval,
とした。
3.1次元の周波数域での周期信号に対するサンプリング定理のまとめ(付記A 参照)
今、周期
It was.
3. Summary of sampling theorems for periodic signals in the one-dimensional frequency range (see Appendix A)
Now the cycle
の周期スペクトル関数を The periodic spectral function of
とする。すなわち、 And That is,
とする。 And
は周期信号だから、フーリエ級数展開が可能であり、次のように表される。 Since is a periodic signal, Fourier series expansion is possible, and is expressed as follows.
今、信号が時間域で局在していて、 Now the signal is localized in the time domain,
であったとする。この時には、 Suppose that At this time,
なる内挿公式が成り立つ。ただし、 The following interpolation formula holds. However,
あるいは、 Or
である。
(註3.1)
It is.
(註 3.1)
という条件は、(3.2)より、時間域で言えば、 From (3.2), the condition is that in the time domain,
なる範囲の時間域成分がゼロと見做し得ること、あるいは、時間域成分がゼロでないのは、 It can be assumed that the time domain component of a certain range is zero, or the time domain component is not zero,
なる区間内に限られるということを意味している。ただし、 It means that it is limited within the section. However,
をサンプリング角周波数間隔とし、 Is the sampling angular frequency interval,
とした。
4.多次元周期関数に対するサンプリング定理と内挿公式(その1)
今、周期
It was.
4). Sampling theorem and interpolation formula for multidimensional periodic functions (1)
Now the cycle
の周期アナログ信号を Period analog signal
とする。すなわち、 And That is,
が成り立つものとする。この2次元信号は帯域制限されているものとすると、第2節の結果を利用すれば、
Is assumed to hold. Assuming that this two-dimensional signal is band-limited, using the results in
を得る。以上のことを、更に、一般化すると次のようになる。 Get. The above is further generalized as follows.
今、周期 Now the cycle
の周期アナログ信号を Period analog signal
とする。すなわち、 And That is,
が成り立つものとする。このJ次元信号は、帯域制限されているものとすると、第2節の結果を利用すれば、
Is assumed to hold. Assuming that this J-dimensional signal is band-limited, using the results in
を得る。
(註4.1)帯域制限条件は、1次元の場合の多次元への拡張として、
Get.
(Note 4.1) The bandwidth limitation condition is an extension to multi-dimension in the case of one dimension.
の範囲のスペクトル成分がゼロということ、あるいは、スペクトル成分がゼロでないのは、 The spectral component in the range is zero or the spectral component is not zero.
なる区間内に限られることを意味することが容易に示される。ただし、 It is easily shown that it means that it is limited to a certain section. However,
をサンプリング時間間隔とし、 Is the sampling time interval,
とした。
5.多次元周期関数に対するサンプリング定理と内挿公式(その2)
今、周期
It was.
5. Sampling theorem and interpolation formula for multidimensional periodic functions (2)
Now the cycle
の周期アナログ信号を Period analog signal
とする。すなわち、 And That is,
が成り立つものとする。この2次元信号は、時間域で局在しているものとすると、第3節の結果を利用すれば、 Is assumed to hold. Assuming that this two-dimensional signal is localized in the time domain, using the results in Section 3,
を得る。以上のことを、更に、一般化すると次のようになる。 Get. The above is further generalized as follows.
今、周期 Now the cycle
の周期アナログ信号を Period analog signal
とする。すなわち、 And That is,
が成り立つものとする。このJ次元信号は、時間域で局在しているものとすると、第3節の結果を利用すれば、 Is assumed to hold. Assuming that this J-dimensional signal is localized in the time domain, using the results in Section 3,
を得る。
(註5.1)時間域局在という条件は、1次元の場合の多次元への拡張として、
Get.
(Note 5.1) The condition of time domain localization is as an extension to multi-dimension in the case of one dimension.
なる範囲の時間域成分がゼロと見做し得ること、あるいは、時間域成分がゼロでないのは、 It can be assumed that the time domain component of a certain range is zero, or the time domain component is not zero,
なる区間内に限られることを意味している。ただし、 It means that it is limited within the section. However,
をサンプリング角周波数間隔とし、 Is the sampling angular frequency interval,
とした。
6.多次元周期関数の導関数に対するサンプリング定理と内挿公式(その1)
前出の内挿公式に於いて、内挿関数は微分可能な関数であるので、内挿公式の両辺を微分することにより、導関数に対する内挿公式が得られる。まず、(4.4)を微分することにより、
It was.
6). Sampling theorems and interpolation formulas for derivatives of multidimensional periodic functions (Part 1)
In the above-described interpolation formula, the interpolation function is a differentiable function. Therefore, the interpolation formula for the derivative can be obtained by differentiating both sides of the interpolation formula. First, by differentiating (4.4),
を得る。ただし、 Get. However,
は、ゼロも許す整数である。特に、一つの変数に関する1次の導関数を与えておく。 Is an integer that allows zero. In particular, the first derivative for one variable is given.
での極限値を求めるために、分母、分子を2回微分し、 In order to find the limit value at, the denominator and numerator are differentiated twice,
の極限を取ると次式を得る。 If we take the limit of, we get
での極限値を求めるために、分母、分子を2回微分し、 In order to find the limit value at, the denominator and numerator are differentiated twice,
の極限を取ると次式を得る。 If we take the limit of, we get
更に、高次の微分も原理的には計算可能だが、 In addition, higher-order derivatives can be calculated in principle,
での極限値を求めることが困難なので、一階微分に相当する標本値を求め、それに一階微分の内挿公式を適用するという方法でもよいであろう。 Since it is difficult to obtain the limit value at, it is possible to obtain a sample value corresponding to the first derivative and apply an interpolation formula for the first derivative to it.
すなわち、高次導関数も同様に求められるが、 That is, the higher-order derivative is obtained similarly,
での極限操作は更に面倒になる。そこで、標本点のみで、一つ手前の階数の導関数を求め、それを基に、一階微分を行うという操作を繰り返すというのも、一つの方法であろう。あるいは、 The extreme operation at is even more complicated. Therefore, it may be one method to repeat the operation of obtaining the derivative of the previous rank from only the sample point and performing the first derivative based on the derivative. Or
が2の冪乗であるならば、FFTなどを利用して、標本点のみでの当該階数の導関数値を求め、それを基に、単純内挿を行うというのも、一つの方法であろう。
7.多次元周期関数の導関数に対するサンプリング定理と内挿公式(その2)
前出の内挿公式に於いて、内挿関数は微分可能な関数であるので、内挿公式の両辺を微分することにより、導関数に対する内挿公式が得られる。まず、(5.4)を微分することにより、
Is a power of 2, using FFT or the like to obtain the derivative value of the corresponding rank only at the sample points, and performing simple interpolation based on it is also one method. Let's go.
7). Sampling theorems and interpolation formulas for derivatives of multidimensional periodic functions (Part 2)
In the above-described interpolation formula, the interpolation function is a differentiable function. Therefore, the interpolation formula for the derivative can be obtained by differentiating both sides of the interpolation formula. First, by differentiating (5.4),
を得る。ただし、 Get. However,
は、ゼロも許す整数である。 Is an integer that allows zero.
以下では、特に、一つの変数に関する1次の導関数を与えておく。1次の導関数は、 In the following, in particular, a first derivative with respect to one variable is given. The first derivative is
あるいは、 Or
で与えられる。 Given in.
この場合も、 Again,
での極限値を求めておく。その際、(7.4)の第2項の関数形が、(6.8)で考えたものと同じであること、従って、(7.4)の第2項は Find the limit value at. At that time, the function form of the second term of (7.4) is the same as that considered in (6.8), and therefore the second term of (7.4) is
になることに注意する。この時、(7.4)から、 Note that At this time, from (7.4)
を得る。 Get.
前述のデータ補間法の場合と同様、高次導関数も同様に求められるが、 As in the case of the data interpolation method described above, the higher-order derivative is also obtained in the same way,
での極限操作は更に面倒になる。そこで、標本点のみで、一つ手前の階数の導関数を求め、それを基に、一階微分を行うという操作を繰り返すというのも、一つの方法であろう。あるいは、 The extreme operation at is even more complicated. Therefore, it may be one method to repeat the operation of obtaining the derivative of the previous rank from only the sample point and performing the first derivative based on the derivative. Or
が2の冪乗であるならば、FFTなどを利用して、標本点のみでの当該階数の導関数値を求め、それを基に、単純内挿を行うというのも、一つの方法であろう。
(J次元周期関数の導関数に対するサンプリング定理と内挿公式の応用例について)
8.はじめに
ここでは、別紙に於いて導出した、多次元周期関数の導関数に対するサンプリング定理と内挿公式の応用について、幾つかの例を挙げておく。
9.直接的な応用例
最も単純な応用例としては、例えば、変位信号に対する標本点が与えられた時に、速度、加速度の値を、標本点以外にも、内挿を含めた形で推定することが挙げられる。
Is a power of 2, using FFT or the like to obtain the derivative value of the corresponding rank only at the sample points, and performing simple interpolation based on it is also one method. Let's go.
(Application examples of sampling theorem and interpolation formula for derivatives of J-dimensional periodic functions)
8). Introduction Here are some examples of the application of the sampling theorem and interpolation formula for the derivatives of multidimensional periodic functions derived in the attachment.
9. Direct application example As the simplest application example, for example, when a sampling point for a displacement signal is given, the value of velocity and acceleration is estimated in a form including interpolation in addition to the sampling point. Can be mentioned.
図1は、シミュレーションにより、変位信号に対する標本点から確定した速度および加速度の値を示したグラフである。 FIG. 1 is a graph showing velocity and acceleration values determined from a sample point with respect to a displacement signal by simulation.
○印は、横軸の0,1,…5,6,7,…10の各離散点における変位信号、グラフaは、0〜5の5つの離散点の変位信号から求めた速度の変化カーブを表わしたグラフ、グラフbは、6〜10の5つの離散点の変位信号から求めた加速度の変化カーブを表わしたグラフである。
A circle indicates a displacement signal at
グラフa,bは変位信号の標本点のみでなく、標本点以外の任意の点における速度、加速度を正確に表わしている。
10.相互相関関数のピーク位置探索に微分内挿法を利用した遅延時間の高精度推定法
相互相関関数のピーク位置を利用した遅延時間の推定に於いて、ディジタル信号処理による場合には、サンプリング時間間隔がその精度に制限を与えている(非特許文献1〜3)。この制限を打破する手段として、内挿公式を利用することが挙げられる。この方法では、ピーク位置を連続的に探索出来ることにより、精度は飛躍的に上がるが、探索点がピーク近くになると、探索精度はどうしても落ちてくる。この段階で、微分内挿手法を用いれば、すなわち、ピーク位置ではその微分値がゼロになることを利用し、導関数のゼロ点探索に切り替えれば、探索精度は、更に、向上する。この手法は、1次元問題だけでなく、多次元の相互相関関数のピーク位置探索にも適用可能である。
11.瞬時周波数の推定
付記Bに示したように、信号
Graphs a and b accurately represent not only the sample point of the displacement signal but also the velocity and acceleration at any point other than the sample point.
10. High-accuracy estimation method of delay time using differential interpolation method for peak position search of cross-correlation function In the estimation of delay time using peak position of cross-correlation function, when using digital signal processing, sampling time interval Limits the accuracy (
11. Instantaneous frequency estimation As shown in Appendix B, the signal
の瞬時周波数は、 The instantaneous frequency of
で与えられる。ただし、 Given in. However,
のヒルベルト変換である。これをディジタル信号処理で計算する場合、標本点での値は判るが、標本点以外の点での値、すなわち、内挿値がほしい場合には、内挿法、あるいは、微分内挿法を用いればよいことになる。具体的には、 Is the Hilbert transform. When this is calculated by digital signal processing, the value at the sample point is known, but if you want the value at a point other than the sample point, that is, the interpolated value, use the interpolation method or the differential interpolation method. It should be used. In particular,
を標本点で求め、内挿法、微分内挿法を利用して、(11.1)から直接求める方法も考えられるし、FFTを利用して標本点でのみ(11.1)の瞬時周波数を求め、これを標本化データと見做して内挿をする方法も考えられる。
12.群遅延時間の推定
付記Cに示したように、周波数応答が、
Can be obtained directly from (11.1) using interpolation and differential interpolation, or the instantaneous frequency of only (11.1) at the sampling point using FFT. It is also conceivable to perform interpolation by considering this as sampled data.
12 Estimating group delay time As shown in Appendix C, the frequency response is
で与えられるシステムの群遅延時間は、 The group delay time of the system given by
で与えられる。これも、標本点以外の内挿値がほしい場合には、内挿公式、あるいは、微分内挿公式が有用となる。群遅延時間は伝送系のひずみを論ずる場合など広い応用範囲がある。
(付記A 周波数域での周期関数に対するサンプリング定理と内挿公式)
今、周期
Given in. Again, when an interpolation value other than the sample points is desired, an interpolation formula or a differential interpolation formula is useful. Group delay time has a wide range of applications, such as when discussing distortion in the transmission system.
(Appendix A Sampling Theorem and Interpolation Formula for Periodic Functions in the Frequency Domain)
Now the cycle
の周期スペクトル関数を The periodic spectral function of
とする。すなわち、 And That is,
とする。 And
は周期信号だから、フーリエ級数展開が可能であり、次のように表される。 Since is a periodic signal, Fourier series expansion is possible, and is expressed as follows.
他方、離散フーリエ変換、逆変換は、 On the other hand, discrete Fourier transform and inverse transform are
と表される。ただし、 It is expressed. However,
をサンプリング角周波数間隔とし、 Is the sampling angular frequency interval,
と略記した。この時、(A.2)、(A.5)から、 Was abbreviated. At this time, from (A.2) and (A.5),
が言える。特に、信号が時間域で局在していて、 I can say. In particular, the signal is localized in the time domain,
であったとする。
(註1)
Suppose that
(Note 1)
という条件は、(A.2)より、時間域で言えば、 From (A.2), the condition
なる範囲の時間域成分がゼロと見做し得ることを意味している。
この時には、(A.8)より、
This means that the time domain component in a certain range can be regarded as zero.
At this time, from (A.8)
となる。(A.9)、(A.10)を(A.2)に入れて、 It becomes. Put (A.9) and (A.10) in (A.2),
を得る。そこで、 Get. Therefore,
と置くと、(A.11)は、 (A.11) becomes
となる。 It becomes.
(A.12)で与えられる Given by (A.12)
は、以下の性質を有することが容易に示される。
1)周期性
Is readily shown to have the following properties:
1) Periodicity
2)選点性( 2) Scoring (
、および、 ,and,
での値) Value at
3) 3)
のまわりの対称性
まず、
Symmetry around
と置く。ここに、 Put it. here,
である。まず、実部については、 It is. First, for the real part,
より、 Than,
のまわりの対称性があることが判る。次、虚部については、 It can be seen that there is symmetry around. Next, for the imaginary part,
より、 Than,
のまわりの歪対称性があることが判る。 It can be seen that there is distortion symmetry around.
特に、 In particular,
が偶数の場合には、 If is even,
での値については、 For the value at
が言える。
(付記B 瞬時周波数について(非特許文献4参照))
今、信号
I can say.
(Appendix B Instantaneous Frequency (See Non-Patent Document 4))
Signal now
のヒルベルト変換、逆変換を、 Hilbert transform, inverse transform,
で定義する。ここで、記号 Defined in Where the sign
は、Cauchyの主値積分を表す。これらより、信号 Represents the Cauchy principal value integral. From these, the signal
の解析信号は、 The analytic signal of
で与えられる。今、正弦波 Given in. Sine wave now
を考え、これを、複素包絡線関数 Consider this as a complex envelope function
で振幅変調した狭帯域信号、 Narrowband signal amplitude modulated with
を考える。この時、信号 think of. At this time, the signal
の瞬時角周波数は、 The instantaneous angular frequency of
で与えられる。
(付記C 群遅延時間について(非特許文献5参照))
今、システムの周波数応答が、
Given in.
(Appendix C: Group delay time (see Non-Patent Document 5))
Now the frequency response of the system is
で与えられるものとする。この系は、 It shall be given by This system is
を中心に狭い帯域に通過域が集中しているものとする。この時、系のインパルス応答は、 It is assumed that the passbands are concentrated in a narrow band around At this time, the impulse response of the system is
ただし、 However,
とした。すなわち、包絡線の遅延時間を群遅延時間と定義したことになる。 It was. That is, the envelope delay time is defined as the group delay time.
群遅延時間の具体的な計算法は、以下のようにして与えられる。(C.1)を角周波数で微分することにより、 A specific calculation method of the group delay time is given as follows. By differentiating (C.1) by angular frequency,
として、群遅延時間は与えられる。 As such, the group delay time is given.
以下、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
図2は、コンピュータの外観斜視図である。このコンピュータは、後述するプログラムの実行により本発明の一実施形態としてのデータ補間装置およびスペクトル内挿装置として動作するものである。 FIG. 2 is an external perspective view of the computer. This computer operates as a data interpolation device and a spectrum interpolation device according to an embodiment of the present invention by executing a program to be described later.
この図2に示すコンピュータ100は、外観構成上、本体装置110、その本体装置110からの指示に応じて表示画面121上に画像を表示する画像表示装置120、本体装置110に、キー操作に応じた各種の情報を入力するキーボード130、および、表示画面121上の任意の位置を指定することにより、その位置に表示された、例えばアイコン等に応じた指示を入力するマウス140を備えている。この本体装置110は、外観上、フレキシブルディスク(以下、FDと略記する)を装填するためのFD装填口111、およびCD−ROMを装填するためのCD−ROM装填口112を有する。
The
図3は、図2に外観を示すコンピュータ100のハードウェア構成図である。
FIG. 3 is a hardware configuration diagram of the
本体装置110の内部には、図3に示すように、各種プログラムを実行するCPU113、ハードディスク装置115に格納されたプログラムが読み出されCPU113での実行のために展開される主メモリ114、各種プログラムやデータ等が保存されたハードディスク装置115、FD400をアクセスするFDドライブ116、CD−ROM401が装填され、その装填されたCD−ROM401をアクセスするCD−ROMドライブ117、外部のセンサ等から信号を入力する入力インタフェース118、演算結果を外部装置に出力する出力インタフエース119が内蔵されており、これらの各種要素と、さらに図2にも示す画像表示装置120、キーボード130、およびマウス140は、バス150を介して相互に接続されている。
As shown in FIG. 3, the
CD−ROM401には、このコンピュータ100を本発明のデータ補間装置やスペクトル内挿装置の一実施形態として動作させるためのプログラムが記憶されている。そのCD−ROM401はCD−ROMドライブ117に装填され、そのCD−ROM401に記憶されたプログラムがこのコンピュータにアップロードされてハードディスク装置115に記憶される。そして、このプログラムが起動されて実行されることにより、コンピュータ100は、本発明のデータ補間装置やスペクトル内挿装置の一実施形態として動作する。
The CD-
尚、上記では、プログラムを記憶する記憶媒体としてCD−ROM401が例示されているが、プログラムを記憶する記憶媒体はCD−ROMに限られるものではなく、それ以外の光ディスク、MO、FD、磁気テープなどの記憶媒体であってもよい。
In the above, the CD-
図4は、データ補間プログラムが記憶されたCD−ROMを示す概念図である。 FIG. 4 is a conceptual diagram showing a CD-ROM in which a data interpolation program is stored.
この図4に示すCD−ROM401には、取得部411と演算部412とからなるデータ補間プログラム410が格納されている。
A CD-
図2,図3に示すコンピュータ100には、J次元の標本化データ群を外部から取り込まれ、取得部411は、そのコンピュータ100に取り込まれて例えばハードディスク装置115に格納されていた標本化データ群をそのハードディスク装置から読み出させることによりその標本化データ群を取得させる役割りを担っているプログラム部品である。尚、この取得部411は、コンピュータ100がA/D変換器を備え、そのコンピュータ100にアナログ信号を入力させてA/D変換させることにより標本化データ群を生成させる処理を行なわさせるプログラム要素を含めて取得部とするものであってもよい。
The
また、演算部412は、取得した標本化データ群に基づいて、J次元空間内の任意の点のデータfp(t1,…,tJ)の微係数を、式
The
但し、 However,
は、ゼロも許す整数、
(t1,…,tJ)はJ次元空間内の任意の点
(t1,0,…,tJ,0)は、J次元空間内の任意の参照点
(Δt1,…,ΔtJ)は、標本間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(T1,…,TJ)に渡る標本数
fp,n1,…,nJは、標本化データであって、
fp,n1,…,nJ=fp(t1,0+n1・Δt1,…,tJ,0+nJ・ΔtJ)
である、および
ψ1(t),…,ψJ(t)は内挿関数であって、
Is an integer that allows zero,
(T 1 ,..., T J ) are arbitrary points in the J-dimensional space (t 1 , 0 ,..., T J , 0 ) are arbitrary reference points (Δt 1 ,..., Δt J in the J-dimensional space. ) Is the sample interval (N 1 ,..., N J ) is the number of samples f p, n1,..., NJ over one period (T 1 ,..., T J )
f p, n1,..., nJ = f p (t 1,0 + n 1 · Δt 1 ,..., t J, 0 + n J · Δt J )
And ψ 1 (t),..., Ψ J (t) are interpolation functions,
(j=1,…,J)
である、
に従って求めさせるプログラム部品である。
(J = 1, ..., J)
Is,
It is a program part to be obtained according to
図5は、本発明の一実施形態としてのデータ補間装置の機能構成図である。 FIG. 5 is a functional configuration diagram of the data interpolation apparatus as an embodiment of the present invention.
この図5に示すデータ補間装置420は、取得部421と演算部422とから構成されている。これら取得部421および演算部422は、それぞれ、図4に示すデータ補間プログラム410の各プログラム部品である取得部411および演算部412がコンピュータ100内で実行されることにより実現する機能である。したがって図5の取得部421および演算部422は、プログラム部品である図3の取得部411および演算部412のそれぞれとコンピュータ100のハードウェアとで構成されている。
The
本発明のデータ補間装置を用いると、前述したとおりの、変位信号に対する標本点のデータを取得し、そのデータに基いて、任意の時点の速度や加速度を厳密に求めることができる。 When the data interpolation apparatus of the present invention is used, the data of the sample point with respect to the displacement signal as described above can be acquired, and the speed and acceleration at an arbitrary time point can be strictly determined based on the data.
また他の適用例として、本発明のデータ補間装置を用い、離散的な標本点の波形データを取得し、任意の時点の瞬時周波数を厳密に確定することができる。 As another application example, waveform data of discrete sample points can be acquired by using the data interpolation device of the present invention, and an instantaneous frequency at an arbitrary time point can be strictly determined.
図6は、本発明の一実施形態としてのデータ補間方法のフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart of a data interpolation method as one embodiment of the present invention.
この図6に示すデータ補間方法430は、取得ステップa1と演算ステップa2とから構成されている。これら取得ステップa1および演算ステップa2は、それぞれ、図3に示すデータ補間プログラム410の各プログラム部品である取得部411および演算部412がコンピュータ100内で実行されることによりそのコンピュータ100内で実施されるステップである。
The
図7は、本発明の一実施形態としてのスペクトル内挿プログラムが記憶されたCD−ROMを示す概念図である。 FIG. 7 is a conceptual diagram showing a CD-ROM storing a spectrum interpolation program as one embodiment of the present invention.
この図7に示すCD−ROM401には、取得部511と演算部512とからなるスペクトル内挿プログラム510が格納されている。
A CD-
図2,図3に示すコンピュータ100は、J次元の信号を外部から取り込んでFFT演算を行なって離散スペクトルを求めるFFTアナライザの機能も搭載されており、取得部511は、そのコンピュータ100に、J次元FFT演算により得られて、例えばハードディスク装置115に格納されていた離散スペクトルを、そのハードディスク装置115から読み出させることによりその離散スペクトルを取得させる役割りを担っているプログラム部品である。尚、この取得部511は、コンピュータ100にFFT演算を行なわさせるプログラム要素を含めて取得部とするものであってもよい。
The
また、演算部512は、取得した離散スペクトルに基づいて、J次元周波数空間内の任意の点のスペクトル値
In addition, the
の微係数を、式 The derivative of
但し、 However,
は、ゼロも許す整数
(ω1,…,ωJ)はJ次元周波数空間内の任意の点
(ω1,0,…,ωJ,0)はJ次元周波数空間内の任意の参照点
(Δω1,…,ΔωJ)は離散スペクトルの間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(ωS1,…,ωSJ)に渡る標本数
Fp,k1,…,kJは、離散スペクトルの値であって、
Fp,k1,…,kJ=Fp(ω1,0+k1・Δω1,…,ωJ,0+kJ・ΔωJ)
である、および
Ψ1(ω),…,ΨJ(ω)は内挿関数であって、
Is an integer that accepts zero (ω 1 ,..., Ω J ) is an arbitrary point in the J-dimensional frequency space (ω 1,0 ,..., Ω J, 0 ) is an arbitrary reference point in the J-dimensional frequency space ( Δω 1, ..., Δω J) the discrete spectral interval (N 1, ..., N J ) is one period (omega S1, ..., sample size across ω SJ) F p, k1, ..., kJ is discrete The value of the spectrum,
F p, k1,..., KJ = F p (ω 1,0 + k 1 · Δω 1 ,..., Ω J, 0 + k J · Δω J )
And Ψ 1 (ω),..., Ψ J (ω) are interpolation functions,
(j=1,…,J)
である、
に従って求めさせるプログラム部品である。
(J = 1, ..., J)
Is,
It is a program part to be obtained according to
図8は、本発明の一実施形態としてのスペクトル内挿装置の機能構成図である。 FIG. 8 is a functional configuration diagram of the spectrum interpolation device as one embodiment of the present invention.
この図8に示すスペクトル内挿装置520は、取得部521と演算部522とから構成されている。これら取得部521および演算部522は、それぞれ、図7に示すスペクトル内挿プログラム510の各プログラム部品である取得部511および演算部512がコンピュータ100内で実行されることにより実現する機能である。したがって図8の取得部521および演算部522は、プログラム部品である図7の取得部511および演算部512のそれぞれとコンピュータ100のハードウェアとで構成されている。
The
本発明のスペクトルの内挿装置を用いると、前述したとおり、周波数軸上で離散的な標本点の周波数データを取得し、それらの標本点の周波数データに基いて、群遅延時間を厳密に確定することができる。 Using the spectrum interpolation device of the present invention, as described above, frequency data of discrete sampling points on the frequency axis is acquired, and the group delay time is strictly determined based on the frequency data of those sampling points. can do.
図9は、本発明の一実施形態としてのスペクトル内挿方法のフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart of a spectrum interpolation method as one embodiment of the present invention.
この図9に示すスペクトル内挿方法530は、取得ステップb1と演算ステップb2とから構成されている。これら取得ステップb1および演算ステップb2は、それぞれ、図7に示すデータ補間プログラム510の各プログラム部品である取得部511および演算部512がコンピュータ100内で実行されることによりそのコンピュータ100内で実施されるステップである。
The
100 コンピュータ
110 本体装置
120 画像表示装置
130 キーボード
140 マウス
401 CD−ROM
410 データ補間プログラム
411,421,511,521 取得部
412,422,512,522 演算部
420 データ補間装置
510 スペクトル内挿プログラム
520 スペクトル内挿装置
100
410
Claims (6)
取得した標本化データ群に基づいて、J次元空間内の任意の点のデータfp(t1,…,tJ)の微係数を、式
(t1,…,tJ)はJ次元空間内の任意の点
(t1,0,…,tJ,0)は、J次元空間内の任意の参照点
(Δt1,…,ΔtJ)は、標本間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(T1,…,TJ)に渡る標本数
fp,n1,…,nJは、標本化データであって、
fp,n1,…,nJ=fp(t1,0+n1・Δt1,…,tJ,0+nJ・ΔtJ)
である、および
ψ1(t),…,ψJ(t)は内挿関数であって、
である、
に従って求めることを特徴とするデータ補間方法。 Obtaining a sampling data group obtained by sampling a periodic analog signal of J dimension (J is a positive integer of 1 or more);
Based on the acquired sampling data group, the derivative of the data f p (t 1 ,..., T J ) at an arbitrary point in the J-dimensional space is expressed by the equation
(T 1 ,..., T J ) are arbitrary points in the J-dimensional space (t 1 , 0 ,..., T J , 0 ) are arbitrary reference points (Δt 1 ,..., Δt J in the J-dimensional space. ) Is the sample interval (N 1 ,..., N J ) is the number of samples f p, n1,..., NJ over one period (T 1 ,..., T J )
f p, n1,..., nJ = f p (t 1,0 + n 1 · Δt 1 ,..., t J, 0 + n J · Δt J )
And ψ 1 (t),..., Ψ J (t) are interpolation functions,
Is,
A data interpolation method characterized by being obtained according to:
取得した標本化データ群に基づいて、J次元空間内の任意の点のデータfp(t1,…,tJ)の微係数を、式
(t1,…,tJ)はJ次元空間内の任意の点
(t1,0,…,tJ,0)は、J次元空間内の任意の参照点
(Δt1,…,ΔtJ)は、標本間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(T1,…,TJ)に渡る標本数
fp,n1,…,nJは、標本化データであって、
fp,n1,…,nJ=fp(t1,0+n1・Δt1,…,tJ,0+nJ・ΔtJ)
である、および
ψ1(t),…,ψJ(t)は内挿関数であって、
である、
に従って求める演算部とを備えたことを特徴とするデータ補間装置。 An acquisition unit that acquires a sampling data group obtained by sampling a periodic analog signal of J dimension (J is a positive integer of 1 or more);
Based on the acquired sampling data group, the derivative of the data f p (t 1 ,..., T J ) at an arbitrary point in the J-dimensional space is expressed by the equation
(T 1 ,..., T J ) are arbitrary points in the J-dimensional space (t 1 , 0 ,..., T J , 0 ) are arbitrary reference points (Δt 1 ,..., Δt J in the J-dimensional space. ) Is the sample interval (N 1 ,..., N J ) is the number of samples f p, n1,..., NJ over one period (T 1 ,..., T J )
f p, n1,..., nJ = f p (t 1,0 + n 1 · Δt 1 ,..., t J, 0 + n J · Δt J )
And ψ 1 (t),..., Ψ J (t) are interpolation functions,
Is,
And a data interpolating device characterized by comprising:
取得した標本化データ群に基づいて、J次元空間内の任意の点のデータfp(t1,…,tJ)の微係数を、式
(t1,…,tJ)はJ次元空間内の任意の点
(t1,0,…,tJ,0)は、J次元空間内の任意の参照点
(Δt1,…,ΔtJ)は、標本間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(T1,…,TJ)に渡る標本数
fp,n1,…,nJは、標本化データであって、
fp,n1,…,nJ=fp(t1,0+n1・Δt1,…,tJ,0+nJ・ΔtJ)
である、および
ψ1(t),…,ψJ(t)は内挿関数であって、
である、
に従って求める演算部とを備えたデータ補間装置として動作させることを特徴とするデータ補間プログラム。 Executed in an information processing apparatus that executes a program, and acquires a sampled data group obtained by sampling a periodic analog signal of J dimension (J is a positive integer of 1 or more) from the information processing apparatus. An acquisition unit;
Based on the acquired sampling data group, the derivative of the data f p (t 1 ,..., T J ) at an arbitrary point in the J-dimensional space is expressed by the equation
(T 1 ,..., T J ) are arbitrary points in the J-dimensional space (t 1 , 0 ,..., T J , 0 ) are arbitrary reference points (Δt 1 ,..., Δt J in the J-dimensional space. ) Is the sample interval (N 1 ,..., N J ) is the number of samples f p, n1,..., NJ over one period (T 1 ,..., T J )
f p, n1,..., nJ = f p (t 1,0 + n 1 · Δt 1 ,..., t J, 0 + n J · Δt J )
And ψ 1 (t),..., Ψ J (t) are interpolation functions,
Is,
A data interpolation program which is operated as a data interpolation apparatus including a calculation unit obtained according to the above.
取得されたJ次元離散スペクトルに基づいて、J次元周波数空間内の任意の点のスペクトル値
(ω1,…,ωJ)はJ次元周波数空間内の任意の点
(ω1,0,…,ωJ,0)はJ次元周波数空間内の任意の参照点
(Δω1,…,ΔωJ)は離散スペクトルの間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(ωS1,…,ωSJ)に渡る標本数
Fp,k1,…,kJは、離散スペクトルの値であって、
Fp,k1,…,kJ=Fp(ω1,0+k1・Δω1,…,ωJ,0+kJ・ΔωJ)
である、および
Ψ1(ω),…,ΨJ(ω)は内挿関数であって、
である、
に従って求めることを特徴とするスペクトル内挿方法。 Obtain a J-dimensional discrete spectrum obtained by sampling a J-dimensional (J is a positive integer of 1 or more) periodic analog signal and applying a J-dimensional discrete Fourier transform;
Based on the acquired J-dimensional discrete spectrum, the spectral value of an arbitrary point in the J-dimensional frequency space
F p, k1,..., KJ = F p (ω 1,0 + k 1 · Δω 1 ,..., Ω J, 0 + k J · Δω J )
And Ψ 1 (ω),..., Ψ J (ω) are interpolation functions,
Is,
A spectral interpolation method characterized in that it is obtained according to:
取得されたJ次元離散スペクトルに基づいて、J次元周波数空間内の任意の点のスペクトル値
(ω1,…,ωJ)はJ次元周波数空間内の任意の点
(ω1,0,…,ωJ,0)はJ次元周波数空間内の任意の参照点
(Δω1,…,ΔωJ)は離散スペクトルの間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(ωS1,…,ωSJ)に渡る標本数
Fp,k1,…,kJは、離散スペクトルの値であって、
Fp,k1,…,kJ=Fp(ω1,0+k1・Δω1,…,ωJ,0+kJ・ΔωJ)
である、および
Ψ1(ω),…,ΨJ(ω)は内挿関数であって、
である、
に従って求める演算部とを備えたことを特徴とするスペクトル内挿装置。 An acquisition unit for acquiring a J-dimensional discrete spectrum obtained by sampling a J-dimensional (J is a positive integer of 1 or more) periodic analog signal and performing J-dimensional discrete Fourier transform;
Based on the acquired J-dimensional discrete spectrum, the spectral value of an arbitrary point in the J-dimensional frequency space
F p, k1,..., KJ = F p (ω 1,0 + k 1 · Δω 1 ,..., Ω J, 0 + k J · Δω J )
And Ψ 1 (ω),..., Ψ J (ω) are interpolation functions,
Is,
A spectrum interpolation device comprising: an arithmetic unit that is calculated according to
J次元(Jは1以上の正の整数)の周期アナログ信号が標本化されJ次元離散フーリエ変換が施されることにより得られるJ次元離散スペクトルを取得する取得部と、
取得されたJ次元離散スペクトルに基づいて、J次元周波数空間内の任意の点のスペクトル値
(ω1,…,ωJ)はJ次元周波数空間内の任意の点
(ω1,0,…,ωJ,0)はJ次元周波数空間内の任意の参照点
(Δω1,…,ΔωJ)は離散スペクトルの間隔
(N1,…,NJ)は、一周期(ωS1,…,ωSJ)に渡る標本数
Fp,k1,…,kJは、離散スペクトルの値であって、
Fp,k1,…,kJ=Fp(ω1,0+k1・Δω1,…,ωJ,0+kJ・ΔωJ)
である、および
Ψ1(ω),…,ΨJ(ω)は内挿関数であって、
である、
に従って求める演算部とを備えたスペクトル内挿装置として動作させることを特徴とするスペクトル内挿プログラム。 The information processing apparatus is executed in an information processing apparatus that executes a program.
An acquisition unit for acquiring a J-dimensional discrete spectrum obtained by sampling a J-dimensional (J is a positive integer of 1 or more) periodic analog signal and performing J-dimensional discrete Fourier transform;
Based on the acquired J-dimensional discrete spectrum, the spectral value of an arbitrary point in the J-dimensional frequency space
F p, k1,..., KJ = F p (ω 1,0 + k 1 · Δω 1 ,..., Ω J, 0 + k J · Δω J )
And Ψ 1 (ω),..., Ψ J (ω) are interpolation functions,
Is,
A spectrum interpolation program which is operated as a spectrum interpolation device including a calculation unit obtained according to the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007339711A JP2009163320A (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Data interpolation method, data interpolation device, data interpolation program, spectrum interpolation method, spectrum interpolation device, and spectrum interpolation program |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007339711A JP2009163320A (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Data interpolation method, data interpolation device, data interpolation program, spectrum interpolation method, spectrum interpolation device, and spectrum interpolation program |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2007339711A Pending JP2009163320A (en) | 2007-12-28 | 2007-12-28 | Data interpolation method, data interpolation device, data interpolation program, spectrum interpolation method, spectrum interpolation device, and spectrum interpolation program |
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09319731A (en) * | 1996-05-27 | 1997-12-12 | Toshiba Corp | Data interpolating method and device therefor |
JP2002278948A (en) * | 2001-03-15 | 2002-09-27 | Ono Sokki Co Ltd | Data interpolating method, data interpolating program and data interpolating device |
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JP2007322153A (en) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Ono Sokki Co Ltd | Spectrum interpolation method, spectrum interpolation apparatus, and spectrum interpolation program |
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-
2007
- 2007-12-28 JP JP2007339711A patent/JP2009163320A/en active Pending
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