JP2766212B2 - 高調波検出装置及び高調波検出方法 - Google Patents

高調波検出装置及び高調波検出方法

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JP2766212B2
JP2766212B2 JP7055662A JP5566295A JP2766212B2 JP 2766212 B2 JP2766212 B2 JP 2766212B2 JP 7055662 A JP7055662 A JP 7055662A JP 5566295 A JP5566295 A JP 5566295A JP 2766212 B2 JP2766212 B2 JP 2766212B2
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隆広 加藤
嘉継 大道
隆 郷内
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BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
NEC Corp
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BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高調波検出方法に関
し、特に、連続的に発生する音の高調波を自動的に検出
する高調波検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】周囲の音を検出し、その音の時間経過に
伴う周波数の変化をディスプレイ上に表示させると、図
4に示すような音紋が得られる。このとき、エンジンや
モータ等の振動や回転により発生する連続音は、1本或
いは複数本の信号ライン41として表示される。通常、
エンジンやモータからの連続音は、高調波成分を含んで
いるので、複数の信号ライン41として表示される。
【0003】ディスプレイ上に表示された音紋を解析す
るためには、ある音源からの音と他の音源からの音とを
区別する必要がある。即ち、ある音紋と高調波関係にあ
る音紋を検出しなければならない。
【0004】従来は、例えば、図4に示すようにディス
プレイ上に表示されるカーソル42を操作して人が高調
波を検出している。このカーソル42は、最も左に位置
するカーソルに他のカーソルが連動して移動するように
プログラムされており、ジョイスティックなどのカーソ
ル制御手段を用いて、最も左に位置するカーソルを任意
の周波数位置に移動させると、他のカーソルはその整数
倍の周波数位置に移動する。従って、操作者が、最も左
に位置するカーソルをある信号ラインに一致させると、
その周波数の整数倍の位置にもカーソルが表示される。
操作者は、カーソルが表示された位置にある信号ライン
を先の信号ラインと高調波関係にある信号ラインと判断
することができる。
【0005】しかしながら、カーソルは、ある時刻にお
ける高調波関係しか示すことができず、時々刻々と変化
する音紋の場合には、本当に高調波関係にあるのか、た
またま、高調波に近い周波数の他の音が検出されたのか
を判断することは非常に困難である。
【0006】このように、従来の方法では、人の判断に
よって高調波の検出が行われるため、処理速度が遅く、
大規模なシステムで、処理すべき音紋が大量になると処
理しきれないという問題点がある。また、検出精度の点
でも問題がある。
【0007】そこで、処理効率を高めるとともに、検出
精度を高めるための方法として、特開平2−27599
9号公報の「音紋の照合方法」に開示されている方法を
利用することが考えられる。即ち、測定音紋を高調波次
数対時間特性に変換し、その結果から、高調波を検出す
ることが考えられる。この方法では、高調波は必ず直線
で表示されるために、一目で高調波を区別することがで
き、高調波の検出効率が上がる。また、検出精度も向上
する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
2−275999号公報「音紋の照合方法」に開示され
ている方法は、どの音紋が基本周波数となるのか分かっ
ている場合にしか利用することができないという問題点
がある。また、高調波と雑音の区別等は、人による判断
で行われるため、従来の方法同様、処理効率には限界が
ある。また、この方法では、基本周波数の時間変化を知
ることができないという問題点もある。
【0009】本発明は、基本周波数の変化を観測するこ
とができ、さらにその高調波を自動的に効率良く検出す
ることができる高調波検出装置を提供することを目的と
する。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、音響信
号を時々刻々周波数分析した、音紋情報の各分析時間に
おける信号レベルのピークを検出し信号ラインを検出す
るライン検出手段と、前記信号ラインの各時刻における
周波数を、予め定められた範囲内でかつ所定のステップ
で変化する予想基本周波数で除し、整数解が得られたと
きの予想基本周波数とその整数解とをその時刻における
高調波候補とする高調波候補検出手段と、前記各時刻に
おける前記高調波候補を前記予想基本周波数に基づいて
ライン群に分類し、ライン群ごとに基本周波数と高調波
の次数を決定する基本周波数・高調波次数決定手段と、
該ライン群毎に、各時刻における前記高調波の次数を比
較し、所定数の時刻にわたり連続して出現する前記高調
波の次数を選別する時系列一貫性チェック手段とを有す
ることを特徴とする高調波検出装置が得られる。
【0011】
【実施例】次に図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。図1に本発明の一実施例のブロック図を示す。本実
施例の高調波検出装置は、入力装置10、プログラム制
御により動作するデータ処理装置20、情報を記憶する
記憶装置30、及びディスプレイ等の出力装置40を備
えている。
【0012】データ処理装置20は、入力装置10から
入力されたデータを記憶装置30の所定領域に書き込む
とともに、出力装置40に出力するデータ格納部21
と、記憶装置30からデータを読出し信号ラインを検出
するライン検出部22と、検出されたラインから高調波
候補を検出する高調波候補検出部23と、検出された高
調波候補の中から高調波は選別する時系列一貫性チェッ
ク部24とを有している。
【0013】また、記憶部30は、入力された音紋デー
タを時系列に周波数ごとの信号成分レベルの形で格納し
記憶する音紋データ記憶部31と、ライン毎に検出され
た高調波候補を一時的に記憶する高調波候補記憶部32
と、所定の時刻ごとに決定された基本周波数と高調波の
次数を記憶する基本周波数・次数記憶部33とを有して
いる。
【0014】次に、図2をも参照してこの高調波検出装
置の動作を説明する。入力装置10は、音声信号を周波
数分析して音紋データを得る装置、またはこのような装
置に接続されるデータバス等である。まず、入力装置1
0からの音紋データは、データ処理装置20のデータ格
納部21に供給される。データ格納部21は、ステップ
S1で、入力された音紋データを記憶装置30の音紋デ
ータ記憶部31に書き込む。同時に、データ格納部21
は、入力された音紋データを出力装置40に出力する。
出力装置は、入力された音紋データに基づき、音紋を第
1の所定領域に表示する。
【0015】次に、ライン検出部22は、データ格納部
21からの起動信号により、音紋データ記憶部31から
音紋データを読出し、ステップS2で信号ラインを検出
する。これにより突発的な雑音は除去される。なお、信
号ラインの検出方法は、特願平5−324432号に提
案された方法が使用できる。簡単に説明すると、この方
法は、読出した音紋データの各分析時間における信号レ
ベルのピークを検出する。そしてこれらのピークを、予
め設定した周波数変動幅内で追跡して信号ラインとす
る。こうして検出された信号ラインは、各分析時間ごと
(以下、各時刻という)のライン周波数情報として、高
調波候補検出部23に出力されるとともに、出力装置4
0に出力され、第2の所定領域に表示される。或いは、
切り替え操作により、第1の所定領域に表示される。
【0016】次に、高調波候補検出部23は、ステップ
S3において、入力されてくるライン周波数情報に対
し、演算、Fl/Ff=K、を行う。ここで、Flは各
信号ラインの周波数、Ffは予想基本周波数である。な
お、予想基本周波数Ffは、最小値、最大値、及び周波
数ステップが予め定められており、最小値から最大値ま
で、周波数ステップ間隔で各時刻のライン周波数情報に
対して演算が繰り返される。演算は所定の桁数で行わ
れ、Kの値が整数となる場合に、そのときの予想基本周
波数Ffと、Kの値とを演算結果として高調波候補記憶
部32に一時記憶させる。
【0017】続いて、高調波候補検出部23は、ステッ
プS4において、高調波候補記憶部32に記憶された予
想基本周波数FfとKの値とから、各時刻における基本
周波数とその高調波の次数を決定する。ここで、上記演
算の結果は、特定のライン群(基本周波数を一にする複
数の信号ライン)について、それぞれ異なる基本周波数
を算出している可能性があること、及び、同一のライン
群に対し異なる高調波次数を算出している可能性がある
ことに注意しなければならない。
【0018】詳述すると、各信号ラインの周波数は雑音
等の影響により誤差を含んでおり、例えば、本来10
0.0Hzである信号ラインの周波数が、100.1H
zと検出されたり、99.9Hzとして検出されたりす
る。この時、予想基本周波数の値を10.00Hz近傍
とし、0.01Hzステップで上記演算を行ったとする
と、表1のような結果が得られる。
【0019】
【表1】 つまり、この信号ラインの基本周波数は、本来10.0
0Hzと求められるべきなのに、10.01Hzと求め
られたり、9.99Hzと求められたりする。同一ライ
ン群の他の信号ラインについても同様である。したがっ
て、上記演算の結果として、複数の近似した基本周波数
が求められていることになる。
【0020】また、或る基本周波数に対して高調波関係
にある信号ライン群は、その基本周波数の半分の周波数
に対しても高調波関係が成り立つ。例えば、100H
z、200Hz、及び300Hzの信号ラインが検出さ
れた場合を想定し、予想基本周波数Ffが、25〜10
0Hzとすれば、100Hz、50Hz、及び25Hz
のいずれもが基本周波数となり得る。つまり表2に示す
ようになり得る。
【0021】
【表2】 つまり、上記演算結果には、予想基本周波数Ffの範囲
によって、複数の基本周波数とその高調波の次数との組
が求められている。
【0022】さて、高調波候補検出部23は、これらの
点を考慮して、各時刻における基本周波数とその高調波
の次数を決定しなければならない。まず、高調波候補検
出部23は、得られたデータからライン群を求める。こ
れは、基本周波数が同じとなるデータを集めればよい。
なお、前述のように、求めた基本周波数は誤差を含んで
いる。そこで、予め許容誤差範囲を定めておき、この許
容誤差範囲内にある基本周波数のデータは同一のライン
群に属するデータとする。そして、これらの基本周波数
の平均値をこのライン群の基本周波数とする。
【0023】また、こうして得られたライン群のなかに
は、全く同じ信号ラインから得られた高調波候補を構成
要素とするものがある。つまり、表2のような3つのラ
イン群が存在しても、これらは、本来同じものである。
このような場合は、基本周波数の最も高いほう、(高調
波次数の小さい方)を残し、他のデータは削除する。こ
うして求められたライン群が、ライン群ごとに基本周波
数・次数記憶部33に記憶させる。
【0024】以降、ステップS5において、ライン検出
部22からのデータ入力がなくなったことが検出される
まで、高調波候補検出部23は、高調波候補の抽出(ス
テップS3)及び基本周波数・次数の決定(ステップS
4)の工程を繰り返す。ここで、基本周波数は時間とと
もに変動することが考えられるので、前回記憶した基本
周波数に対し、今回得られた基本周波数が予め定められ
た範囲内に有れば、同一のライン群のデータとして、基
本周波数・次数記憶部33に記憶させる。
【0025】次に、高調波候補検出部23の動作終了の
通知を受けて、時系列一貫性チェック部24が起動す
る。時系列一貫性チェック部24は、基本周波数・次数
記憶部33から、ライン群毎にデータを読出し、ステッ
プS6において、データの時系列一貫性をチェックす
る。
【0026】例えば、ある基本周波数に対する高調波次
数が、各時刻において、図3(a)に示すようなもので
あったとすると(参考のため、このデータをグラフ化し
て図3(b)に示す)、予め定められた時間t1〜t5
の範囲で、一貫して高調波と認められる3、及び5次の
信号ラインが、この基本周波数の高調波と判断される。
なお、1次の信号が基本周波数である。また、2次及び
4次の信号ラインは、他のライン群に属する信号と判断
される。こうして、ある時刻に、たまたま、ある基本周
波数の高調波と同じ周波数の信号ラインが存在しても、
このラインを除去することができる。この結果は、出力
装置40に送られ、第3の所定領域に表示、或るいは、
第1または第2の所定領域に切り替え表示される。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、予想基本周波数を変化
させながら信号ラインの周波数を除し、整数解が得られ
たときの予想基本周波数と整数解とを高調波候補とし、
これら高調波候補を予想基本周波数に基づいてライン群
に分類し、予想基本周波数の平均を取ってこのライン群
の基本周波数とするとともに、所定時間連続的に表われ
る高調波次数をのみを選択するので、正確にかつ自動的
に高調波を検出する事ができる。
【0028】また、複数の音源が存在する場合でもそれ
ぞれの音源からの高調波を正確に検出することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のブロック図である。
【図2】図1の高調波検出装置の動作を示すフローチャ
ートである。
【図3】(a)は、あるライン群に属する高調波次数の
データの一例を示す図、(b)は(a)が示すデータの
グラフである。
【図4】音紋を説明するための図である。
【符号の説明】
10 入力装置 20 データ処理装置 21 データ格納部 22 ライン検出部 23 高調波候補検出部 24 時系列一貫性チェック部 30 記憶装置 31 音紋データ記憶部 32 高調波候補記憶部 33 基本周波数・次数記憶部 40 出力装置 41 信号ライン 42 カーソル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−257224(JP,A) 特開 平2−275997(JP,A) 特開 平7−199995(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01H 3/08 G10L 3/02

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 音響信号を時々刻々周波数分析した、音
    紋情報の各分析時間における信号レベルのピークを追跡
    し信号ラインを検出するライン検出手段と、前記信号ラ
    インの各時刻における周波数を、予め定められた範囲内
    でかつ所定のステップで変化する予想基本周波数で除
    し、整数解が得られたときの予想基本周波数とその整数
    解とをその時刻における高調波候補とする高調波候補検
    出手段と、前記各時刻における前記高調波候補を前記予
    想基本周波数に基づいてライン群に分類し、ライン群ご
    とに基本周波数と高調波の次数を決定する基本周波数・
    高調波次数決定手段と、該ライン群毎に、各時刻におけ
    る前記高調波の次数を比較し、所定数の時刻にわたり連
    続して出現する前記高調波の次数を選別する時系列一貫
    性チェック手段とを有することを特徴とする高調波検出
    装置。
  2. 【請求項2】 前記ライン検出手段が、前記音紋情報の
    各分析時間における信号レベルのピークを検出し、該ピ
    ークの周波数をこの時刻における周波数とするととも
    に、互いに連続する時刻において、前記周波数の差が所
    定範囲内の場合は同一の信号ラインであると認識するこ
    とを特徴とする請求項1の高調波検出装置。
  3. 【請求項3】 前記基本周波数・高調波次数決定手段
    が、前記各時刻における前記高調波候補を前記予想基本
    周波数に基づいてライン群に分類する際、予め定められ
    た範囲内で近似する前記予想基本周波数を含む前記高調
    波候補を同一ライン群に分類し、かつ、これらの予想基
    本周波数の平均値を該ライン群の基本周波数とすること
    を特徴とする請求項1の高調波検出装置。
  4. 【請求項4】 前記基本周波数・高調波次数決定手段
    が、分類した前記ライン群のなかに、全く同一の信号ラ
    インから得られた高調波候補のみを有する複数のライン
    群が存在する場合に、基本周波数が最も大きいライン群
    を除く他のライン群を破棄することを特徴とする請求項
    1の高調波検出装置。
  5. 【請求項5】 前記音紋情報、前記高調波候補、及び前
    記ライン群を記憶する記憶手段を有することを特徴とす
    る請求項1、2、3、または4の高調波検出装置。
  6. 【請求項6】 音響信号を時々刻々周波数分析した、音
    紋情報の各分析時間における信号レベルのピークを追跡
    し信号ラインを検出するライン検出工程と、前記信号ラ
    インの各時刻における周波数を、予め定められた範囲内
    でかつ所定のステップで変化する予想基本周波数で除
    し、整数解が得られたときの予想基本周波数とその整数
    解とをその時刻における高調波候補とする高調波候補検
    出工程と、前記各時刻における前記高調波候補を前記予
    想基本周波数に基づいてライン群に分類し、ライン群ご
    とに基本周波数と高調波の次数を決定する基本周波数・
    高調波次数決定工程と、該ライン群毎に、各時刻におけ
    る前記高調波の次数を比較し、所定数の時刻にわたり連
    続して出現する前記高調波の次数を選別する時系列一貫
    性チェック工程とを有することを特徴とする高調波検出
    方法
  7. 【請求項7】 入力手段から与えられる時々刻々に周波
    数分析した音紋を記憶手段に記憶するデータ格納ステッ
    プと、前記記憶手段に記憶された音紋の各時刻における
    信号レベルのピークを、予め設定した周波数変動内で追
    跡するライン検出ステップと、予め設定した範囲内の周
    波数を基本周波数と想定して、音紋上で検出された前記
    ラインの周波数を除し整数解を得るをもって高調波候補
    とする高調波候補抽出ステップと、前記高調波候補のう
    ち特定のライン群に対し類似の基本周波数が存在する場
    合は平均値により基本周波数を定めるとともに、同一の
    ライン群に関し全く同一の信号ラインから得られた高調
    波候補のみを有する複数のライン群が存在する場合は
    本周波数が最も大きいライン群を除く他のライン群を破
    棄する基本周波数・次数候補決定ステップと、上記処理
    を格納された音紋データ全てについて時系列に繰り返し
    たのち、基本周波数毎に各時刻に出現する次数を比較
    し、一貫性のないラインは高調波から除く時系列一貫性
    チェックステップとを含むことを特徴とする高調波検出
    方法。
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