JP3040651B2 - Signal processing device - Google Patents

Signal processing device

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JP3040651B2
JP3040651B2 JP6025177A JP2517794A JP3040651B2 JP 3040651 B2 JP3040651 B2 JP 3040651B2 JP 6025177 A JP6025177 A JP 6025177A JP 2517794 A JP2517794 A JP 2517794A JP 3040651 B2 JP3040651 B2 JP 3040651B2
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wavelet
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filter
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かよ子 川田
信太郎 熊野
恭子 廣田
重厚 片山
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複数の要因からなる信
号から、目標とする要因の信号以外の信号成分(ノイ
ズ)を除去する機能を持つ信号処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing apparatus having a function of removing a signal component (noise) other than a signal of a target factor from a signal including a plurality of factors.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えばモニタ信号やセンサ信号等
の計測信号を用いる異常検出装置、監視装置、検査装置
などでは、精度を向上するために、計測信号に含まれる
ノイズを除去する信号処理装置が使用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an abnormality detection device, a monitoring device, an inspection device, and the like using a measurement signal such as a monitor signal or a sensor signal, a signal processing device for removing noise included in the measurement signal in order to improve accuracy. Is used.

【0003】上記のように計測信号に含まれるノイズを
除去する従来の信号処理装置は、図5に示すように教師
信号を用いたものが知られている。図5(a)は学習に
よりフィルタを生成する場合の処理、図5(b)は同図
(a)の処理で生成したフィルタを用いてフィルタリン
グする場合の処理を示したものである。
A conventional signal processing apparatus for removing noise contained in a measurement signal as described above uses a teacher signal as shown in FIG. FIG. 5A shows a process for generating a filter by learning, and FIG. 5B shows a process for filtering using the filter generated in the process of FIG.

【0004】まず、図5(a)に示すように目標信号の
教師信号Sj (t)とノイズの教師信号Ni (t)をフ
ィルタ装置11に与え、このフィルタ装置11により原
信号を処理対象としてフィルタ12を生成する。
First, as shown in FIG. 5A, a teacher signal Sj (t) of a target signal and a teacher signal Ni (t) of a noise are supplied to a filter device 11, and the original signal is processed by the filter device 11. Generate the filter 12.

【0005】そして、実際のフィルタリング時には、図
5(b)に示すように上記フィルタ装置1に対して目標
信号とノイズが混在する混在信号V(t)を入力し、ノ
イズ成分を除去した出力信号V′(t)を得ている。
At the time of actual filtering, a mixed signal V (t) in which a target signal and noise are mixed is input to the filter device 1 as shown in FIG. V ′ (t) is obtained.

【0006】上記のように従来の信号処理装置は、時系
列信号をそのままをフィルタ操作の対象にするものが主
流となっている。また、その他、従来の信号処理装置に
は、信号を一度高速フーリエ変換してからフィルタリン
グし、その後、逆変換して所望の信号を得るようにした
ものもある。図6は、帯域フィルタの例について示した
ものである。即ち、混在信号V(t)をFFT(Fast F
ourier Tranform :高速フーリエ変換)装置21に入力
してフーリエ係数を求める。そして、このフーリエ係数
をフィルタリング装置22に入力し、フィルタリングを
行なってノイズを除去し、その後、逆FFT装置23に
より逆変換を行なって所望の出力信号V′(t)を得て
いる。
[0006] As described above, the conventional signal processing apparatus mainly uses a time-series signal as a filter operation target as it is. In addition, there is another conventional signal processing apparatus in which a signal is once subjected to fast Fourier transform, filtered, and then inversely transformed to obtain a desired signal. FIG. 6 shows an example of a bandpass filter. That is, the mixed signal V (t) is converted to FFT (Fast F
ourier Tranform: Fast Fourier Transform) Input to the device 21 to obtain Fourier coefficients. Then, the Fourier coefficients are input to the filtering device 22 and subjected to filtering to remove noise, and then subjected to inverse transform by the inverse FFT device 23 to obtain a desired output signal V ′ (t).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記図5に示した従来
の信号処理装置は、図7(a)に示すように目標信号と
ノイズとを時間軸波形(原信号波形)のみで分離するも
の、また、図6に示した信号処理装置は、図7(b)に
示すように周波数軸のみで分離するものであり、何れも
高い分離能力を得ることが困難である。
The conventional signal processing apparatus shown in FIG. 5 separates a target signal and noise only by a time-axis waveform (original signal waveform) as shown in FIG. 7A. Also, the signal processing device shown in FIG. 6 separates only the frequency axis as shown in FIG. 7B, and it is difficult to obtain a high separation capability in any case.

【0008】抽出目標とノイズとが混在した計測信号か
ら、目標信号のみを分離・抽出しようとする時、例えば
(a) ノイズ信号により目標信号の波形が変形している、
(b) S/N(目標信号振幅/ノイズ振幅)比が小さい、
等の場合は、高い分離能力が要求されるので、上記従来
の信号処理装置では目標信号の分離が難しいという問題
がある。
When an attempt is made to separate and extract only a target signal from a measurement signal in which an extraction target and noise are mixed, for example,
(a) the waveform of the target signal is deformed by the noise signal,
(b) a small S / N (target signal amplitude / noise amplitude) ratio;
In such a case, since a high separation capability is required, there is a problem that it is difficult to separate a target signal with the conventional signal processing device.

【0009】上記図6に示した信号処理装置は、混在信
号V(t)を高速フーリエ変換してからフィルタリング
するという、図5の装置より高度の技術を用いてノイズ
を除去しているが、結果が時間軸を持たない手法であ
り、従って、変換結果の時間推移を学習することができ
ず、高い分離能力が得られないものである。
The signal processing apparatus shown in FIG. 6 removes noise by using a technique more advanced than the apparatus shown in FIG. 5, that is, filtering the mixed signal V (t) by performing a fast Fourier transform and then filtering. The result is a method that does not have a time axis. Therefore, the time transition of the conversion result cannot be learned, and a high separation ability cannot be obtained.

【0010】また、従来では、信号変換の手法としてウ
ェーブレット(wavelet )変換が知られており、信号識
別に適用した例があるが、これはウェーブレット変換係
数を比較して信号の種類を識別するものであり、フィル
タリング装置への適用は未だ考えられていない。
Conventionally, a wavelet transformation is known as a signal transformation technique, and there is an example in which the technique is applied to signal discrimination. However, this technique compares wavelet transform coefficients to discriminate the type of signal. Therefore, application to a filtering device has not been considered yet.

【0011】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、フィルタリングの前処理/後処理手法としてウェー
ブレット変換/逆変換を適用することにより、ノイズと
目標信号が重なって信号形状が変形している場合や、計
測信号のS/N比が小さい場合等においても、ノイズを
確実に除去し得る信号処理装置を提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances. By applying a wavelet transform / inverse transform as a pre-processing / post-processing method of filtering, noise and a target signal overlap to deform the signal shape. It is an object of the present invention to provide a signal processing device capable of reliably removing noise even in a case where the S / N ratio of a measurement signal is small.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係る信号処理装
置は、ノイズの教師信号Ni (t)(iは1以上の任意
の個数)と目標信号の教師信号Sj (t)(jは1以上
の任意の個数)が与えられたとき、全ての教師信号のウ
ェーブレット変換係数列WS+N (t,a)(但し、a:
スケール、t:時間)、及び目標信号の教師信号のみの
ウェーブレット変換係数列WS (t,a)を得るウェー
ブレット変換手段と、このウェーブレット変換手段から
出力されるウェーブレット変換係数列WS+N (t,a)
が上記ウェーブレット変換係数列WS (t,a)に最も
近付くウェーブレット係数フィルタFを生成するフィル
タ生成手段と、ノイズと目標信号の混在する時系列の混
在信号V(t)が与えられたとき、上記ウェーブレット
変換手段により混在信号V(t)のウェーブレット変換
係数列WV (t,a)を求める手段と、このウェーブレ
ット変換手段により求めたウェーブレット変換係数列W
V (t,a)に上記フィルタ生成手段で求めたフィルタ
Fによりフィルタリングして係数列Wf V (t,a)を
生成するフィルタリング手段と、このフィルタリング手
段により生成された係数列Wf V (t,a)に対しウェ
ーブレット逆変換を行なってノイズ除去された信号Vf
(t)を出力するウェーブレット逆変換手段とを具備し
たことを特徴とする。
A signal processing apparatus according to the present invention comprises a noise teacher signal Ni (t) (i is an arbitrary number of 1 or more) and a target signal teacher signal Sj (t) (j is 1). When the above arbitrary number is given, the wavelet transform coefficient sequence WS + N (t, a) (where a:
A wavelet transform means for obtaining a wavelet transform coefficient sequence WS (t, a) of only the scale signal, t: time) and the teacher signal of the target signal; and a wavelet transform coefficient sequence WS + N (t, a) output from the wavelet transform means. a)
Given a filter generation means for generating a wavelet coefficient filter F which is closest to the above-mentioned wavelet transform coefficient sequence WS (t, a), and a time-series mixed signal V (t) in which noise and a target signal are mixed, Means for obtaining a wavelet transform coefficient sequence W V (t, a) of the mixed signal V (t) by the wavelet transform means;
Filtering means for filtering V (t, a) by the filter F obtained by the filter generating means to generate a coefficient sequence W f V (t, a); and a coefficient sequence W f V ( t, a) is subjected to inverse wavelet transform to remove noise V f
(T) output wavelet inverse transform means.

【0013】[0013]

【作用】[Action]

[フィルタの生成時]まず、ノイズの教師信号N1
(t),N2 (t),…、及び目標信号の教師信号S1
(t),S2 (t),…をウェーブレット変換手段によ
りウェーブレット変換し、それらのウェーブレット変換
係数列Ws+N (t,a)を求める。
[At the time of generating a filter] First, a noise teacher signal N1
(T), N2 (t),... And the target signal teacher signal S1
(T), S2 (t),... Are subjected to wavelet transform by the wavelet transform means, and their wavelet transform coefficient sequence Ws + N (t, a) is obtained.

【0014】同様にして目標信号の教師信号S1
(t),S2 (t),…を上記ウェーブレット変換手段
によりウェーブレット変換し、目標信号の教師信号のみ
のウェーブレット変換係数列WS (t,a)を求める。
Similarly, the teacher signal S1 of the target signal
(T), S2 (t),... Are wavelet-transformed by the above-mentioned wavelet transform means to obtain a wavelet transform coefficient sequence WS (t, a) of only the teacher signal of the target signal.

【0015】そして、フィルタ生成手段は、例えば時間
遅れ付きの線型フィルタを使用し、上記ウェーブレット
変換係数列Ws+N (t,a)に対して、その出力が目標
信号の教師信号のみのウェーブレット変換係数列Ws
(t,a)に最も近くなるようなフィルタ係数を求め、
フィルタを決定する。
The filter generation means uses, for example, a linear filter with a time delay, and outputs the wavelet transform coefficient sequence Ws + N (t, a) to the wavelet transform of only the teacher signal of the target signal. Coefficient sequence Ws
Find a filter coefficient that is closest to (t, a),
Determine the filter.

【0016】[フィルタリング時]センサ等からの混在
信号V(t)をフィルタリングする際、前処理としてウ
ェーブレット変換手段によりウェーブレット変換を行な
い、ウェーブレット変換係数列WV (t,a)を得る。
[At the time of filtering] When filtering the mixed signal V (t) from a sensor or the like, a wavelet transform is performed by a wavelet transform means as preprocessing to obtain a wavelet transform coefficient sequence WV (t, a).

【0017】そして、このウェーブレット変換係数列W
V (t,a)に関して、フィルタリング手段により、ノ
イズのウェーブレット係数を取り除くフィルタリングを
行ない、ウェーブレット変換係数Wf V (t,a)を得
る。
The wavelet transform coefficient sequence W
Respect V (t, a), by the filtering means performs filtering to remove the wavelet coefficients of noise to obtain a wavelet transform coefficient W f V (t, a) .

【0018】更に、後処理として、上記フィルタリング
されたウェーブレット変換係数WfV (t,a)をウェ
ーブレット逆変換手段により逆変換し、ノイズ除去され
た信号Wf (t)を得る。
Further, as post-processing, the filtered wavelet transform coefficient W f V (t, a) is inversely transformed by wavelet inverse transform means to obtain a noise-free signal W f (t).

【0019】上記のようにフィルタリングの前処理とし
てウェーブレット変換を、また、後処理としてウェーブ
レット逆変換を導入し、ウェーブレット係数の形でフィ
ルタリングを行なうことにより、図4に示すようにノイ
ズと目標信号との分離を、時間−周波数空間で行なうこ
とができる。ウェーブレット係数は、原信号に含まれる
情報を含み、かつ時間軸を保存したまま周波数軸方向に
分解したものであるから、原信号に対するフィルタリン
グに比べ、高い分離度を実現できる。
As described above, a wavelet transform is introduced as a pre-process of filtering, and a wavelet inverse transform is introduced as a post-process, and filtering is performed in the form of a wavelet coefficient. Can be performed in a time-frequency space. The wavelet coefficients include information contained in the original signal and are decomposed in the frequency axis direction while keeping the time axis, so that a higher degree of separation can be realized as compared to filtering on the original signal.

【0020】[0020]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1は本発明に係る装置の全体構成を示すブロ
ック図である。本装置の一例として、センサ信号からノ
イズ信号を除去し、抽出目標の信号のみを取り出す信号
処理装置について説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the device according to the present invention. As an example of the present apparatus, a signal processing apparatus that removes a noise signal from a sensor signal and extracts only a signal of an extraction target will be described.

【0021】図1において、1は信号処理装置で、ノイ
ズと目標信号が混在する時系列の混在信号V(t)か
ら、ノイズ成分のみを取り除いた信号を生成するフィル
タ操作を行なう。この信号処理装置1は、ウェーブレッ
ト係数フィルタ生成装置2と、このウェーブレット係数
フィルタ生成装置2で生成したフィルタを用いて、時系
列の混在信号V(t)のノイズ除去を行なうウェーブレ
ット・フィルタ装置3からなっている。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a signal processing device for performing a filter operation for generating a signal obtained by removing only a noise component from a mixed signal V (t) in a time series in which noise and a target signal are mixed. The signal processing device 1 includes a wavelet coefficient filter generation device 2 and a wavelet filter device 3 that removes noise of a time-series mixed signal V (t) using the filter generated by the wavelet coefficient filter generation device 2. Has become.

【0022】上記ウェーブレット係数フィルタ生成装置
2は、ウェーブレット変換装置4及びフィルタ生成装置
5からなり、ノイズの教師信号Ni (t)(iは1以上
の任意の個数)と、目標信号の教師信号Sj (t)(j
は1以上の任意の個数)が与えられたとき、ウェーブレ
ット変換装置4を用いて得られた全ての教師信号のウェ
ーブレット変換係数列をWS+N (t,a)、(a:スケ
ール、t:時間)、目標信号の教師信号のみのウェーブ
レット変換係数列をWS (t,a)とすると、ウェーブ
レット変換係数列WS+N (t,a)を入力したとき、ウ
ェーブレット変換係数列WS (t,a)に最も近い係数
列を生成するような、ウェーブレット係数フィルタF
(W)をフィルタ生成装置5により生成する。
The wavelet coefficient filter generator 2 comprises a wavelet transformer 4 and a filter generator 5, and includes a noise teacher signal Ni (t) (i is an arbitrary number of 1 or more) and a target signal teacher signal Sj. (T) (j
Is given by one or more), the wavelet transform coefficient sequences of all the teacher signals obtained by using the wavelet transform device 4 are represented by WS + N (t, a), (a: scale, t: Assuming that the wavelet transform coefficient sequence of only the teacher signal of the target signal is WS (t, a), when the wavelet transform coefficient sequence WS + N (t, a) is input, the wavelet transform coefficient sequence WS (t, a) ) To generate a coefficient sequence closest to the wavelet coefficient filter F
(W) is generated by the filter generation device 5.

【0023】ウェーブレット・フィルタ装置3は、ウェ
ーブレット変換装置4′、フィルタリング装置6及びウ
ェーブレット逆変換装置7からなり、ノイズと目標信号
が混在する時系列の信号V(t)が与えられたとき、ウ
ェーブレット変換装置4′により求めた混在信号V
(t)のウェーブレット変換係数列WV (t,a)に、
ウェーブレット係数フィルタ生成装置2により求めたフ
ィルタF(W)をフィルタリング装置6により施して、
係数列Wf V (t,a)=F(WV (t,a))を生成
し、このWf V (t,a)に、ウェーブレット逆変換装
置7によりウェーブレット逆変換を施して信号Vf
(t)を得る事により、原信号である時系列の混在信号
V(t)からノイズ成分を取り除く。なお、図1では、
説明を分かりやすくするため、二つのウェーブレット変
換装置4,4′を示しているが、実際には一つの装置を
何度も使用するものである。
The wavelet filter device 3 comprises a wavelet transform device 4 ', a filtering device 6 and an inverse wavelet transform device 7. When a time-series signal V (t) in which noise and a target signal are mixed is supplied, the wavelet filter device 3' Mixed signal V obtained by converter 4 '
In the wavelet transform coefficient sequence WV (t, a) of (t),
The filter F (W) obtained by the wavelet coefficient filter generation device 2 is applied by the filtering device 6, and
A coefficient sequence W f V (t, a) = F (W V (t, a)) is generated, and the W f V (t, a) is subjected to inverse wavelet transform by the inverse wavelet transform device 7 to generate a signal V f
By obtaining (t), noise components are removed from the time-series mixed signal V (t), which is the original signal. In FIG. 1,
Although two wavelet transform devices 4 and 4 'are shown for simplicity of explanation, one device is actually used many times.

【0024】次に上記実施例におけるフィルタの生成処
理及びフィルタリング処理について図2及び図3のフロ
ーチャートを参照して説明する。 [フィルタの生成] (I ) 図2及び図3に示すようにノイズの教師信号N
1 (t),N2 (t),…、及び目標信号の教師信号S
1 (t),S2 (t),…をウェーブレット変換装置4
によりウェーブレット変換し、それらのウェーブレット
変換係数列Ws+N (t,a)を求める(ステップA1
)。
Next, the filter generation processing and the filtering processing in the above embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. [Generation of Filter] (I) As shown in FIGS. 2 and 3, the noise teacher signal N
1 (t), N2 (t),... And the target signal S
1 (t), S2 (t),...
To obtain a wavelet transform coefficient sequence Ws + N (t, a) (step A1).
).

【0025】ここで、tは時間で、全ての教師信号長の
和をTとするとき、係数列は0<t≦Tで定義される。
aはウェーブレット変換のスケールをsとするとき、a
=log2 sで示される。ウェーブレット変換係数列W
s+N (t,a)は、−∞<a<∞で定義できるが、この
うち逆変換に十分なように離散的に選んだaの値の集
合、{ai |i=1〜A}に関して変換を行なう(例え
ば、ウェーブレット変換基底に直交基底を用いた場合は
ai =iなど)。
Here, t is time, and when the sum of all teacher signal lengths is T, the coefficient sequence is defined as 0 <t ≦ T.
a is a, where s is the scale of the wavelet transform.
= Log 2 s. Wavelet transform coefficient sequence W
s + N (t, a) can be defined as -∞ <a <∞, of which a set of values of a discretely selected to be sufficient for the inverse transformation, {ai | i = 1 to A} (For example, ai = i when an orthogonal basis is used as the wavelet transform basis).

【0026】(II) 同様に、目標信号の教師信号S1
(t),S2 (t),…をウェーブレット変換装置4に
よりウェーブレット変換し、目標信号の教師信号のみの
ウェーブレット変換係数列WS (t,a)を求める(ス
テップA2 )。
(II) Similarly, the teacher signal S1 of the target signal
(T), S2 (t),... Are wavelet-transformed by the wavelet transform unit 4 to obtain a wavelet transform coefficient sequence WS (t, a) of only the teacher signal of the target signal (step A2).

【0027】この場合のaの範囲は、上記(I )と同じ
{ai |i=1〜A}である。また、tについては、
(I )のノイズ教師信号の区間に0を割り当てることに
より、やはり(I )と同じく0<t≦Tとする。
In this case, the range of a is {ai | i = 1 to A}, which is the same as the above (I). For t,
By assigning 0 to the interval of the noise teacher signal of (I), 0 <t ≦ T is also set similarly to (I).

【0028】(III ) フィルタ生成装置5 フィルタ生成装置5は、ウェーブレット変換係数列Ws+
N (t,a)を入力したとき、出力Eが目標信号の教師
信号のみのウェーブレット変換係数列Ws (t,a)に
最も近くなるようなフィルタ係数を求め、フィルタを決
定する。
(III) Filter Generation Apparatus 5 The filter generation apparatus 5 includes a wavelet transform coefficient sequence Ws +
When N (t, a) is input, a filter coefficient is determined such that the output E is closest to the wavelet transform coefficient sequence Ws (t, a) of only the teacher signal of the target signal, and a filter is determined.

【0029】例えば、時間遅れ付きの線型フィルタを使
用し、ウェーブレット変換係数列Ws+N (t,a)に対
する出力Eとウェーブレット変換係数列Ws (t,a)
の自乗誤差が最小になるように係数を決定する(ステッ
プA3 )。
For example, using a linear filter with a time delay, the output E to the wavelet transform coefficient sequence Ws + N (t, a) and the wavelet transform coefficient sequence Ws (t, a)
The coefficient is determined so that the square error of is minimized (step A3).

【0030】具体的には、入力信号のウェーブレット変
換係数をWS+N (t,a)、フィルタリングされたウェ
ーブレット変換係数をWf S+N (t,a)、とすると
き、このウェーブレット変換係数Wf S+N (t,a)
を、 {W(i,j) |t−d≦i≦t+d,j=a1 ,…,aA
} の線型結合で実現する(dは時間遅れ幅で定数)。これ
は、次式に示す
[0030] Specifically, the wavelet transform coefficients WS + N of the input signal (t, a), when the filtered wavelet transform coefficients W f S + N (t, a), and, the wavelet transform coefficients W f S + N (t, a)
{W (i, j) | t−d ≦ i ≦ t + d, j = a1,..., AA
(D is a time delay width and is a constant). This is shown in the following equation

【0031】[0031]

【数1】 の重みwijを決めることによりフィルタを決定する。(Equation 1) Is determined by determining the weights w ij of.

【0032】すなわち、ウェーブレット変換装置4から
出力されるウェーブレット変換係数列WS+N (t,a)
をフィルタに入力したとき、出力EがWS (t,a)に
最も近くなるような、つまり、 E=|Wf S+N (t,a)−WS (t,a)| が最小となるような重みwijを求めればよい。これは最
小自乗法であり、代数的に重みwijが求められる。
That is, the wavelet transform coefficient sequence WS + N (t, a) output from the wavelet transform device 4
When was input to the filter, the output E is as closest to WS (t, a), i.e., E = | W f S + N (t, a) -WS (t, a) | is minimum Such a weight w ij may be obtained. This is a least squares method, and weights w ij are obtained algebraically.

【0033】[フィルタリング] (i ) センサ等からの混在信号V(t)をフィルタリ
ングする際、前処理として図2に示すようにウェーブレ
ット変換装置4′により変換し、ウェーブレット変換係
数列WV (t,a)を得る(ステップA4 )。ここで、
tは1〜信号長、aの範囲は{ai |i=1〜A}であ
る。 (ii) そして、このウェーブレット変換係数列WV
(t,a)に対し、前記(III )で求めた重みwijを使
用して、次式
[Filtering] (i) When filtering a mixed signal V (t) from a sensor or the like, it is converted as a pre-process by a wavelet transform device 4 'as shown in FIG. 2, and a wavelet transform coefficient sequence WV (t, a) is obtained (step A4). here,
t is 1 to signal length, and the range of a is {ai | i = 1 to A}. (Ii) Then, this wavelet transform coefficient sequence WV
Using the weight w ij obtained in the above (III) for (t, a),

【0034】[0034]

【数2】 により、ウェーブレット変換のフィルタリングを行なう
(ステップA5 )。
(Equation 2) Performs filtering of the wavelet transform (step A5).

【0035】(iii ) 更に、後処理として、上記(i
i)でフィルタリングされたウェーブレット変換係数Wf
V (t,a)をウェーブレット逆変換装置7により逆
変換し、ノイズ除去された信号Wf (t)を得る(ステ
ップA6 )。
(Iii) Further, as post-processing, the above (i)
Wavelet transform coefficient W f filtered in i)
V (t, a) is inversely transformed by the inverse wavelet transform unit 7 to obtain a noise-free signal Wf (t) (step A6).

【0036】上記のようにフィルタリングの前処理とし
てウェーブレット変換を、後処理としてウェーブレット
逆変換を導入し、ウェーブレット係数の形でフィルタリ
ングを行なうことにより、ノイズと目標信号との分離
を、図4に示すように時間−周波数空間で行なうことが
できる。なお、図4は縦軸に示すaは、ウェーブレット
変換のスケールの対数で、周波数と対応付けられる。ウ
ェーブレット係数は、逆変換により原信号を復元できる
ことからも分かる通り、原信号に含まれる情報を含み、
かつ時間軸を保存したまま周波数軸方向に分解したもの
であるから、原信号に対するフィルタリングに比較して
高い分離度を実現でき、ノイズ成分を確実に除去するこ
とができる。
As described above, the wavelet transform is introduced as the pre-processing of the filtering, and the inverse wavelet transform is introduced as the post-processing, and the filtering is performed in the form of the wavelet coefficients. In a time-frequency space. In FIG. 4, a shown on the vertical axis is the logarithm of the scale of the wavelet transform, and is associated with the frequency. As can be seen from the fact that the original signal can be restored by the inverse transform, the wavelet coefficients include information included in the original signal,
In addition, since the signal is decomposed in the frequency axis direction while maintaining the time axis, a higher degree of separation can be realized as compared with filtering of the original signal, and the noise component can be reliably removed.

【0037】なお、上記実施例では、フィルタとして時
間遅れ付き線型フィルタを用いたが、これに限らず、多
様な種類のフィルタが適用可能である。例えばニューラ
ルネットで、ウェーブレット変換係数列WS+N (t,
a)を入力したときの出力とウェーブレット変換係数列
WS (t,a)の誤差が最小になるように学習させるな
ど、種々の方法を用いることができる。
In the above embodiment, a linear filter with a time delay is used as a filter. However, the present invention is not limited to this, and various types of filters can be applied. For example, in a neural network, a wavelet transform coefficient sequence WS + N (t,
Various methods can be used, such as learning to minimize the error between the output when a) is input and the wavelet transform coefficient sequence WS (t, a).

【0038】本発明に係る信号処理装置は、モニタ信号
やセンサ信号等の計測信号を用いる異常検出装置、監視
装置、検査装置の他、音響・音声信号のノイズ除去装
置、信号強調装置などに適用することができる。
The signal processing device according to the present invention is applied to an abnormality detection device, a monitoring device, an inspection device using a measurement signal such as a monitor signal or a sensor signal, a noise removal device for a sound / voice signal, a signal enhancement device, and the like. can do.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、混
合信号に対するフィルタリングの前処理としてウェーブ
レット変換を、また、後処理としてウェーブレット逆変
換を適用し、ウェーブレット係数の空間でノイズ成分の
除去を行なうようにしたので、ノイズと目標信号が重な
って信号形状が変形している場合や、計測信号のS/N
比が小さい場合等、従来方法ではノイズの除去が困難な
場合でもノイズ成分を確実に除去でき、非常に高いフィ
ルタリング能力を得ることができる。
As described above in detail, according to the present invention, a wavelet transform is applied as a pre-process for filtering a mixed signal, and a wavelet inverse transform is applied as a post-process to remove noise components in a space of wavelet coefficients. Is performed, the noise and the target signal overlap to deform the signal shape, or the S / N of the measurement signal
Even when it is difficult to remove noise by the conventional method such as when the ratio is small, the noise component can be reliably removed, and a very high filtering ability can be obtained.

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

【図1】本発明の一実施例に係る信号処理装置装置の全
体構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例における全体の処理動作を示すフロー
チャート。
FIG. 2 is a flowchart showing an overall processing operation in the embodiment.

【図3】同実施例におけるフィルタ生成装置の処理動作
を示すフローチャート。
FIG. 3 is a flowchart showing a processing operation of the filter generation device in the embodiment.

【図4】同実施例におけるノイズ分離作用を説明するた
めの図。
FIG. 4 is an exemplary view for explaining a noise separating operation in the embodiment.

【図5】従来の信号処理装置を構成例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a conventional signal processing device.

【図6】従来の信号処理装置の他の構成例を示す図。FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of a conventional signal processing device.

【図7】従来の信号処理装置のノイズ分離作用を説明す
るための図。
FIG. 7 is a diagram for explaining a noise separating operation of a conventional signal processing device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 信号処理装置 2 ウェーブレット係数フィルタ生成装置 3 ウェーブレット・フィルタ装置 4,4′ ウェーブレット変換装置 5 フィルタ生成装置 6 フィルタリング装置 7 ウェーブレット逆変換装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Signal processing apparatus 2 Wavelet coefficient filter generation apparatus 3 Wavelet filter apparatus 4, 4 'wavelet transformation apparatus 5 Filter generation apparatus 6 Filtering apparatus 7 Wavelet inverse transformation apparatus

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 重厚 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番 1号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 杉本 喜一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番 1号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 3/00 G01D 5/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shigeatsu Katayama 1-1-1, Wadasaki-cho, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo Prefecture Inside Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.Kobe Shipyard (72) Inventor Kiichi Sugimoto, Hyogo-ku, Kobe-shi, Hyogo 1-1 1-1 Tazakicho Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Kobe Shipyard (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01D 3/00 G01D 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ノイズの教師信号Ni (t)(iは1以
上の任意の個数)と目標信号の教師信号Sj (t)(j
は1以上の任意の個数)が与えられたとき、全ての教師
信号のウェーブレット変換係数列WS+N (t,a)(但
し、a:スケール、t:時間)、及び目標信号の教師信
号のみのウェーブレット変換係数列WS (t,a)を得
るウェーブレット変換手段と、 このウェーブレット変換手段から出力されるウェーブレ
ット変換係数列WS+N(t,a)が上記ウェーブレット
変換係数列WS (t,a)に最も近付くウェーブレット
係数フィルタFを生成するフィルタ生成手段と、 ノイズと目標信号の混在する時系列の混在信号V(t)
が与えられたとき、上記ウェーブレット変換手段により
混在信号V(t)のウェーブレット変換係数列WV
(t,a)を求める手段と、 このウェーブレット変換手段により求めたウェーブレッ
ト変換係数列WV (t,a)に上記フィルタ生成手段で
求めたフィルタFによりフィルタリングして係数列Wf
V (t,a)を生成するフィルタリング手段と、 このフィルタリング手段により生成された係数列Wf V
(t,a)に対しウェーブレット逆変換を行なってノイ
ズ除去された信号Vf (t)を出力するウェーブレット
逆変換手段とを具備したことを特徴とする信号処理装
置。
1. A teacher signal Ni (t) of noise (i is an arbitrary number equal to or greater than 1) and a teacher signal Sj (t) (j of a target signal).
Is given by 1 or more), the wavelet transform coefficient sequence WS + N (t, a) (a: scale, t: time) of all the teacher signals, and only the teacher signal of the target signal Wavelet transform means for obtaining a wavelet transform coefficient sequence WS (t, a) of the following formula: Wavelet transform coefficient sequence WS + N (t, a) output from the wavelet transform means is a wavelet transform coefficient sequence WS (t, a) Filter generation means for generating a wavelet coefficient filter F which comes closest to the following: a time-series mixed signal V (t) in which noise and a target signal are mixed
Is given, the wavelet transform means generates a wavelet transform coefficient sequence WV of the mixed signal V (t).
Means for calculating (t, a); and a wavelet transform coefficient sequence W V (t, a) determined by the wavelet transform means, which is filtered by the filter F determined by the filter generating means to obtain a coefficient sequence W f
Filtering means for generating V (t, a); and a coefficient sequence W f V generated by the filtering means.
A signal processing apparatus comprising: wavelet inverse transform means for performing a wavelet inverse transform on (t, a) and outputting a noise-removed signal V f (t).
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