JP6663297B2 - Sampling frequency shift amount estimating apparatus, shift amount estimating method, and shift amount estimating program - Google Patents
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Description
本発明は、サンプリング周波数のずれ量推定装置、ずれ量推定方法及びずれ量推定プログラムに関する。 The present invention relates to a sampling frequency shift amount estimating apparatus, a shift amount estimating method, and a shift amount estimating program.
音響空間の伝搬特性を測定する方法として、インパルス応答特性測定が知られている。インパルス応答特性を測定するインパルス応答特性測定装置では、一般に、測定用信号を再生する再生系と、測定用信号を収録する収録系とが、同一の発振器から生成される同一のサンプリング周波数で信号処理を行うループ構成となっている。 As a method for measuring the propagation characteristics of an acoustic space, an impulse response characteristic measurement is known. In an impulse response characteristic measuring device for measuring an impulse response characteristic, generally, a reproduction system for reproducing a measurement signal and a recording system for recording a measurement signal use signal processing at the same sampling frequency generated from the same oscillator. In a loop configuration.
一方、再生系と収録系とがループ構成になっていない場合もある。例示的には、再生系として外部入力の無い車載器(再生機器)を用い、収録系としてスマートフォン等の再生機器とは別の収録機器を用いる場合が挙げられる。この場合、収録機器では、サンプリング周波数が再生機器と非同期であるため、インパルス応答特性を精度良く求めることができない。 On the other hand, the playback system and the recording system may not have a loop configuration. For example, a case where an in-vehicle device (reproducing device) having no external input is used as a reproducing system, and a recording device other than a reproducing device such as a smartphone is used as a recording system. In this case, since the sampling frequency of the recording device is asynchronous with that of the reproduction device, the impulse response characteristics cannot be accurately obtained.
例えば特許文献1や特許文献2に、収録系にて収録された測定用信号をフーリエ変換して位相を補正することにより、サンプリング周波数が非同期の場合のインパルス応答特性の測定精度を改善する方法が記載されている。しかし、この方法では、両機器のサンプリング周波数に大きな差異がある場合、位相回転量が大きくなりすぎて、位相の正確な補正量が不明になる。また、測定用信号に含まれるノイズ成分による位相変動が発生するため、位相が精度良く補正されず、インパルス応答特性が精度良く求まらない。
For example,
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、再生系と収録系でサンプリング周波数が非同期であってもインパルス応答特性を精度良く測定するのに好適なサンプリング周波数のずれ量推定装置、ずれ量推定方法及びずれ量推定プログラムを提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a sampling frequency suitable for accurately measuring impulse response characteristics even when the sampling frequency is asynchronous between a reproduction system and a recording system. It is an object of the present invention to provide a deviation amount estimating apparatus, a deviation amount estimating method and a deviation amount estimating program.
本発明の一実施形態に係るサンプリング周波数のずれ量推定装置は、測定用信号を収録する収録手段と、収録手段により測定用信号を収録することで得られた収録信号に基づき、測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する推定手段とを備える。推定手段は、収録手段により収録された収録信号を、第一の周波数範囲内でサンプリング周波数を第一の間隔でシフトさせながらリサンプリングし、リサンプリング後の複数の第一の収録信号のSN比に基づき、該第一の周波数範囲よりも狭い第二の周波数範囲を設定し、収録信号を、第二の周波数範囲内でサンプリング周波数を第一の間隔よりも狭い第二の間隔でシフトさせながらリサンプリングし、リサンプリング後の複数の第二の収録信号のSN比に基づき、該第二の周波数範囲よりも狭い第三の周波数範囲を設定し、第三の周波数範囲で且つ第二の間隔よりも狭い第三の間隔で、SN比の最も高い第二の収録信号のサンプリング周波数を、線形補間によって変換し、線形補間後の複数の第三の収録信号のSN比に基づき、測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する。 A sampling frequency shift amount estimating apparatus according to an embodiment of the present invention includes a recording unit that records a measurement signal, and a recording signal obtained by recording the measurement signal by the recording unit. Estimating means for estimating a deviation amount of the sampling frequency from the transmission source. The estimating means resamples the recorded signal recorded by the recording means while shifting the sampling frequency within the first frequency range at a first interval, and performs an S / N ratio of the plurality of first recorded signals after resampling. A second frequency range that is narrower than the first frequency range, based on the recording signal, while shifting the sampling frequency within the second frequency range at a second interval that is smaller than the first interval. Resampling, setting a third frequency range narrower than the second frequency range based on the SN ratios of the plurality of second recorded signals after resampling, in a third frequency range and a second interval At a narrower third interval, the sampling frequency of the second recorded signal having the highest SN ratio is converted by linear interpolation, and based on the SN ratios of the plurality of third recorded signals after linear interpolation, the measurement signal Estimating a shift amount of the sampling frequency of the source.
また、本発明の一実施形態において、推定手段は、第一の周波数範囲内でリサンプリングされた各収録信号と第一のリファレンス信号との相互相関関数を演算により求め、各第一の収録信号のインパルス応答特性を計算し、計算された各第一の収録信号のインパルス応答特性に基づいて該各第一の収録信号のSN比を計算し、第二の周波数範囲内でリサンプリングされた各収録信号と第二のリファレンス信号との相互相関関数を演算により求め、各第二の収録信号のインパルス応答特性を計算し、計算された各第二の収録信号のインパルス応答特性に基づいて該各第二の収録信号のSN比を計算し、第三周波数範囲内でサンプリング周波数が変換された各収録信号と第三のリファレンス信号との相互相関関数を演算により求め、各第三の収録信号のインパルス応答特性を計算し、計算された各第三の収録信号のインパルス応答特性に基づいて該各第三の収録信号のSN比を計算し、SN比の最も高い第三の収録信号のサンプリング周波数に基づき、測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する構成としてもよい。 Further, in one embodiment of the present invention, the estimating means obtains a cross-correlation function between each of the recorded signals resampled within the first frequency range and the first reference signal, and calculates each of the first recorded signals. Is calculated, the S / N ratio of each of the first recorded signals is calculated based on the calculated impulse response characteristics of each of the first recorded signals, and each of the resampled signals within the second frequency range is calculated. A cross-correlation function between the recorded signal and the second reference signal is obtained by calculation, an impulse response characteristic of each second recorded signal is calculated, and the respective impulse response characteristics of each second recorded signal are calculated based on the calculated impulse response characteristics. Calculate the SN ratio of the second recorded signal, calculate the cross-correlation function between each recorded signal whose sampling frequency has been converted within the third frequency range and the third reference signal, and calculate each third recorded signal. Signal, the SN ratio of each third recorded signal is calculated based on the calculated impulse response characteristics of each third recorded signal, and the SN ratio of the third recorded signal having the highest SN ratio is calculated. A configuration may be adopted in which the amount of deviation of the sampling frequency from the source of the measurement signal is estimated based on the sampling frequency.
また、本発明の一実施形態において、第一のリファレンス信号は、例えば、測定用信号を第一の間隔に応じたカットオフ周波数でフィルタリングしたものである。また、第二のリファレンス信号は、例えば、測定用信号を第二の間隔に応じたカットオフ周波数でフィルタリングしたものである。 In one embodiment of the present invention, the first reference signal is, for example, a signal obtained by filtering a measurement signal at a cutoff frequency corresponding to a first interval. The second reference signal is, for example, a signal obtained by filtering the measurement signal at a cutoff frequency corresponding to the second interval.
また、本発明の一実施形態において、SN比は、例えば、インパルス応答特性の最大振幅を電力で表わしたピーク電力と、該インパルス応答特性の少なくとも一部の区間の実効電力の平均値との比である。 In one embodiment of the present invention, the SN ratio is, for example, a ratio of a peak power, which represents the maximum amplitude of the impulse response characteristic, to an average value of the effective power of at least a part of the impulse response characteristic. It is.
また、本発明の一実施形態に係るサンプリング周波数のずれ量推定装置は、SN比の最も高い第三の収録信号のインパルス応答特性を測定結果として選択し出力する出力手段を備える構成としてもよい。 Further, the sampling frequency deviation amount estimating apparatus according to one embodiment of the present invention may be configured to include an output unit that selects and outputs, as a measurement result, an impulse response characteristic of the third recorded signal having the highest SN ratio.
本発明の一実施形態に係るサンプリング周波数のずれ量推定方法は、測定用信号を収録する収録ステップと、収録ステップにて測定用信号を収録することで得られた収録信号に基づき、測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する推定ステップとを含む。推定ステップにて、収録ステップにて収録された収録信号を、第一の周波数範囲内でサンプリング周波数を第一の間隔でシフトさせながらリサンプリングし、リサンプリング後の複数の第一の収録信号のSN比に基づき、第一の周波数範囲よりも狭い第二の周波数範囲を設定し、収録信号を、第二の周波数範囲内でサンプリング周波数を第一の間隔よりも狭い第二の間隔でシフトさせながらリサンプリングし、リサンプリング後の複数の第二の収録信号のSN比に基づき、該第二の周波数範囲よりも狭い第三の周波数範囲を設定し、第三の周波数範囲で且つ第二の間隔よりも狭い第三の間隔で、SN比の最も高い第二の収録信号のサンプリング周波数を、線形補間によって変換し、線形補間後の複数の第三の収録信号のSN比に基づき、測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する。 A method for estimating a deviation amount of a sampling frequency according to an embodiment of the present invention includes a recording step of recording a measurement signal, and a measurement signal based on a recording signal obtained by recording the measurement signal in the recording step. Estimating the amount of deviation of the sampling frequency from the transmission source of the In the estimation step, the recording signal recorded in the recording step is resampled while shifting the sampling frequency within the first frequency range at a first interval, and the plurality of first recording signals after resampling are resampled. Based on the S / N ratio, a second frequency range smaller than the first frequency range is set, and the recording signal is shifted within the second frequency range by a sampling frequency at a second interval smaller than the first interval. While resampling, based on the SN ratio of the plurality of second recorded signals after resampling, set a third frequency range narrower than the second frequency range, and in the third frequency range and the second At a third interval smaller than the interval, the sampling frequency of the second recorded signal having the highest SN ratio is converted by linear interpolation, and measured based on the SN ratios of the plurality of third recorded signals after linear interpolation. Estimating a shift amount of the sampling frequency of the signal originates.
また、本発明の一実施形態に係るサンプリング周波数のずれ量推定プログラムは、上記のサンプリング周波数のずれ量推定方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 A sampling frequency shift amount estimation program according to an embodiment of the present invention is a program for causing a computer to execute the above-described sampling frequency shift amount estimation method.
本発明の一実施形態によれば、再生系と収録系でサンプリング周波数が非同期であってもインパルス応答特性を精度良く測定するのに好適なサンプリング周波数のずれ量推定装置、ずれ量推定方法及びずれ量推定プログラムが提供される。 According to an embodiment of the present invention, a sampling frequency deviation amount estimating apparatus, a deviation amount estimating method, and a deviation amount suitable for accurately measuring impulse response characteristics even when the sampling frequency is asynchronous between a reproduction system and a recording system. A quantity estimation program is provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下においては、本発明の一実施形態として音響システムを例に取り説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, an acoustic system will be described as an embodiment of the present invention.
[音響システム1の構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る音響システム1の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る音響システム1は、再生機器10及び収録機器20を備えている。
[Configuration of acoustic system 1]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an
再生機器10は、例えば車両に搭載される車載型オーディオ機器であり、CD(Compact Disc)やDVD(Digital Versatile Disc)等の音源より入力される測定用信号を復号化して、車室内のスピーカから出力する。測定用信号には、疑似ランダム雑音であるM系列信号(Maximum Length Sequence)が用いられる。
The
収録機器20は、スマートフォン、フィーチャフォン、PHS(Personal Handy phone System)、タブレット端末、ノートPC、PDA(Personal Digital Assistant)、PND(Portable Navigation Device)、携帯ゲーム機など、車室内に持ち込める携帯型端末であり、図1に示されるように、収録部21、サンプリング周波数変換部22、インパルス応答計算部23、サンプリング周波数推定部24を有している。
The
[ずれ量推定処理]
図2は、本発明の一実施形態に係る収録機器20において実行されるずれ量推定処理のフローチャートを示す図である。本フローチャートは、例えばユーザによる所定の収録待機操作が行われた時点で開始される。なお、収録機器20による測定用信号の収録は、運転席や助手席など、車室内の任意の位置で行われる。
[Shift amount estimation processing]
FIG. 2 is a diagram illustrating a flowchart of the shift amount estimation processing executed in the
[図2のS11(測定用信号の収録)]
本処理ステップS11では、収録待機中、所定の条件(レベル、長さ等)を満たす音信号(ここでは、再生機器10により再生された測定用信号)が収録機器20に取り付けられたマイクロフォン又は内蔵のマイクロフォンに入力されると、入力された測定用信号が収録部21で収録される。収録される測定用信号(以下、「収録信号」と記す。)の長さは、サンプリング周波数の変換(後述のリサンプリング)によりサンプルポイントの伸張が生じても過不足がないようにするため、M系列信号長の2倍程度とする。
[S11 in FIG. 2 (Recording of measurement signal)]
In this processing step S11, during recording standby, a sound signal (here, a measurement signal reproduced by the reproduction device 10) that satisfies predetermined conditions (level, length, etc.) is attached to the microphone attached to the
[図2のS12(収録信号のリサンプリング)]
本処理ステップS12では、サンプリング周波数変換部22により、処理ステップS11(測定用信号の収録)にて収録された収録信号がリサンプリングされる。ここで、リサンプリングは、ある標本点系列でサンプリングされた信号を別の標本点系列でサンプリングされた信号に変換することであり、サンプリング周波数を整数倍に上げる補間処理と整数分の1に下げる間引き処理を組み合わせて行うことにより実現される。
[S12 in FIG. 2 (resampling of recorded signal)]
In this processing step S12, the recording signal recorded in the processing step S11 (recording of the signal for measurement) is resampled by the sampling frequency conversion unit 22. Here, resampling is to convert a signal sampled at a certain sample point sequence into a signal sampled at another sample point sequence, and to perform interpolation processing to increase the sampling frequency to an integral multiple and to reduce the sampling frequency to a fraction of an integer. This is realized by performing a combination of the thinning processes.
[図2のS13(インパルス応答特性の計算)]
本処理ステップS13では、インパルス応答計算部23により、処理ステップS12(収録信号のリサンプリング)にてリサンプリングされた収録信号とリファレンス信号との相互相関関数が演算により求められて、インパルス応答特性が計算される。リファレンス信号は、再生機器10で再生される測定用信号と同一のM系列信号であり、収録機器20に予め記憶されている。リファレンス信号は、本処理ステップS13を実行するにあたり、リサンプリング後の各サンプリング周波数の間隔Dtに応じたカットオフ周波数Cfでフィルタリングされる。
[S13 in FIG. 2 (calculation of impulse response characteristics)]
In this processing step S13, the cross-correlation function between the recorded signal and the reference signal resampled in the processing step S12 (resampling of the recorded signal) is calculated by the impulse
図3、図4の各図に、リサンプリング後のサンプリング周波数Sfが44.1kHzであり、信号長が32,767サンプルであるM系列信号の周波数特性を示す。図3は、測定用信号と同一のM系列信号をフィルタリングしない場合の周波数特性を示し、図4は、M系列信号をフィルタリングした場合の周波数特性を示す。図3、図4の各図中、縦軸は、レベル(単位:dB)を示し、横軸は、周波数(単位:Hz)を示す。なお、間隔Dtは50Hzであり、フィルタリングには2次のバタワースローパスフィルタが用いられる。この場合、カットオフ周波数Cfは、次の値に設定される。 FIGS. 3 and 4 show the frequency characteristics of the M-sequence signal whose sampling frequency Sf after resampling is 44.1 kHz and whose signal length is 32,767 samples. FIG. 3 shows frequency characteristics when the same M-sequence signal as the measurement signal is not filtered, and FIG. 4 shows frequency characteristics when the M-sequence signal is filtered. In each of FIGS. 3 and 4, the vertical axis indicates the level (unit: dB), and the horizontal axis indicates the frequency (unit: Hz). The interval Dt is 50 Hz, and a secondary Butterworth low-pass filter is used for filtering. In this case, the cutoff frequency Cf is set to the following value.
Cf=Sf/Dt=44.1kHz/50Hz=882Hz Cf = Sf / Dt = 44.1 kHz / 50 Hz = 882 Hz
本実施形態では、再生機器10のサンプリング周波数sf1が44.1kHzであり、収録機器20のサンプリング周波数sf2が48kHzである。また、リサンプリング後のサンプリング周波数Sfの基準が44.1kHzであり、リサンプリングの範囲がSf±300Hzとなっている。従って、本実施形態では、処理ステップS12(収録信号のリサンプリング)にて43.8kHzから44.4kHzまでの範囲内で50Hz間隔でサンプリング周波数がシフトされ、夫々のリサンプリング後のサンプリング周波数について処理ステップS13(インパルス応答特性の計算)が実行される。これにより、計13個のインパルス応答特性が求まる。
In the present embodiment, the sampling frequency sf1 of the
なお、上記の「±300Hz」は、収録機器20において収録信号を非同期のサンプリング周波数で処理する際の、再生機器10のサンプリング周波数との最大のずれ量を考慮して決定された範囲となっている。以下、説明の便宜上、両機器のサンプリング周波数のずれ量を「サンプリング周波数ずれ量」と記す。
Note that the above “± 300 Hz” is a range determined in consideration of the maximum deviation from the sampling frequency of the
[図2のS14(完了判定)]
本処理ステップS14では、処理ステップS12(収録信号のリサンプリング)及びS13(インパルス応答特性の計算)を複数回実行することにより、対象となる全て(計13個)の収録信号のインパルス応答特性が求められたか否かが判定される。
[S14 in FIG. 2 (completion determination)]
In this processing step S14, by executing the processing steps S12 (resampling of recorded signals) and S13 (calculation of impulse response characteristics) a plurality of times, the impulse response characteristics of all (a total of 13) recorded signals to be processed are changed. It is determined whether the request has been made.
[図2のS15(処理対象の範囲の絞り込み)]
本処理ステップS15は、処理ステップS14(完了判定)にて対象となる全ての収録信号のインパルス応答特性が求められたと判定された場合(S14:YES)に実行される。本処理ステップS15では、サンプリング周波数ずれ量を推定するため、サンプリング周波数推定部24により、13個の収録信号のインパルス応答特性の夫々について、ピーク電力Sとノイズの実効電力Nを基にSNR(Signal Noise Ratio)が計算される。なお、ピーク電力Sは、インパルス応答特性を絶対値化した後、最大となる振幅を電力で表わしたものである。また、実効電力Nは、所定区間(例えば1サンプルから2048サンプルまでの区間)の実効電力の平均値である。
[S15 in FIG. 2 (Narrowing down of processing target range)]
This processing step S15 is executed when it is determined in step S14 (completion determination) that the impulse response characteristics of all target recorded signals have been obtained (S14: YES). In this processing step S15, in order to estimate the sampling frequency deviation amount, the sampling
なお、本実施形態では、サンプリング周波数ずれ量を推定するにあたり、パルス圧縮効果によってノイズが抑圧されたインパルス応答特性が用いられる。そのため、位相特性を検出して推定及び補正を行う構成(特許文献1や特許文献2)と比べて、サンプリング周波数の推定精度が向上する。
In the present embodiment, when estimating the sampling frequency shift amount, an impulse response characteristic in which noise is suppressed by a pulse compression effect is used. Therefore, the estimation accuracy of the sampling frequency is improved as compared with a configuration in which phase characteristics are detected and estimation and correction are performed (
図5に、本処理ステップS15にて計算された結果得られる13個のインパルス応答特性のSNRを示す。図5中、縦軸は、インパルス応答特性のSNR(単位:dB)を示し、横軸は、基準のサンプリング周波数Sfに対する差分DF(単位:Hz)を示す。本実施形態では、±300Hz(43.8kHzから44.4kHzまで)の範囲内でSNRがピークとなる差分DFがサンプリング周波数ずれ量であると推定される。 FIG. 5 shows the SNRs of the 13 impulse response characteristics obtained as a result of the calculation in step S15. In FIG. 5, the vertical axis shows the SNR (unit: dB) of the impulse response characteristics, and the horizontal axis shows the difference DF (unit: Hz) with respect to the reference sampling frequency Sf. In the present embodiment, the difference DF at which the SNR peaks within a range of ± 300 Hz (from 43.8 kHz to 44.4 kHz) is estimated to be the sampling frequency shift amount.
本処理ステップS15では、サンプリング周波数ずれ量を精度良く推定するため、サンプリング周波数推定部24により、処理対象の範囲が、SNRがピークとなる差分DFを含む、より狭い範囲に絞り込まれる。具体的には、SNRが最大となる差分DFから、これに隣接する差分DFのうちSNRが大きい方の差分DFまでの範囲に絞り込まれる。図5の例では、−150Hz(SNRが最大となる差分DF)から−100Hz(隣接する差分DFのうちSNRが大きい方の差分DF)までの範囲に絞り込まれる。
In this processing step S15, in order to accurately estimate the sampling frequency shift amount, the sampling
図6に、リファレンス信号がカットオフ周波数Cfでフィルタリングされない場合(図3参照)に、本処理ステップS15にて計算されるインパルス応答特性のSNRを例示する。図6中、縦軸は、インパルス応答特性のSNR(単位:dB)を示し、横軸は、基準のサンプリング周波数Sfに対する差分DF(単位:Hz)を示す。 FIG. 6 exemplifies the SNR of the impulse response characteristic calculated in step S15 when the reference signal is not filtered at the cutoff frequency Cf (see FIG. 3). 6, the vertical axis indicates the SNR (unit: dB) of the impulse response characteristic, and the horizontal axis indicates the difference DF (unit: Hz) with respect to the reference sampling frequency Sf.
図6の例においても、差分DFが−150Hzであるときにインパルス応答特性のSNRが最大となる。しかし、最大となるSNRは18dBであり、図5の例よりも15dBも低い。 Also in the example of FIG. 6, when the difference DF is -150 Hz, the SNR of the impulse response characteristics becomes maximum. However, the maximum SNR is 18 dB, which is 15 dB lower than the example of FIG.
図7、図8に、差分DFが−150Hzであるときのインパルス応答特性を示す。図7は、リファレンス信号がカットオフ周波数Cfでフィルタリングされた場合(図4参照)のインパルス応答特性を示し、図8は、リファレンス信号がカットオフ周波数Cfでフィルタリングされない場合(図3参照)のインパルス応答特性を示す。図7、図8の各図中、縦軸は、振幅を示し、横軸は、サンプル(時間)を示す。 7 and 8 show the impulse response characteristics when the difference DF is -150 Hz. FIG. 7 shows an impulse response characteristic when the reference signal is filtered at the cutoff frequency Cf (see FIG. 4), and FIG. 8 shows an impulse response when the reference signal is not filtered at the cutoff frequency Cf (see FIG. 3). The response characteristics are shown. 7 and 8, the vertical axis indicates amplitude, and the horizontal axis indicates samples (time).
図8(及び図6)の例では、リファレンス信号がカットオフ周波数Cfでフィルタリングされないため、ノイズ成分が大きい(SNRが小さい)。そのため、再生機器10により再生される測定用信号のレベルが小さい場合や測定環境の雑音が大きい場合に、サンプリング周波数ずれ量を精度良く推定することが難しくなる。言い換えると、図7(及び図5)の例では、リファレンス信号がカットオフ周波数Cfでフィルタリングされることにより、ノイズ成分が小さくなる(SNRが大きくなる)ため、再生機器10により再生される測定用信号のレベルが小さい場合や測定環境の雑音が大きい場合であっても、サンプリング周波数ずれ量を精度良く推定することができる。
In the example of FIG. 8 (and FIG. 6), since the reference signal is not filtered at the cutoff frequency Cf, the noise component is large (the SNR is small). Therefore, when the level of the measurement signal reproduced by the
[図2のS16(収録信号のリサンプリング)]
本処理ステップS16では、処理ステップS15(処理対象の範囲の絞り込み)にて絞り込まれた範囲について、サンプリング周波数変換部22により、処理ステップS11(測定用信号の収録)にて収録された収録信号がリサンプリングされる。具体的には、収録信号は、43.95kHzから44kHz(差分DFが−150Hzから−100Hz)までの範囲内で5Hz間隔でリサンプリングされる。
[S16 in FIG. 2 (resampling of recorded signal)]
In the present processing step S16, the recording signal recorded in the processing step S11 (recording of the signal for measurement) by the sampling frequency converter 22 in the range narrowed down in the processing step S15 (refining the range of the processing target). Resampled. Specifically, the recorded signal is resampled at intervals of 5 Hz within a range from 43.95 kHz to 44 kHz (difference DF is from -150 Hz to -100 Hz).
[図2のS17(インパルス応答特性の計算)]
本処理ステップS17では、インパルス応答計算部23により、処理ステップS16(収録信号のリサンプリング)にてリサンプリングされた収録信号とリファレンス信号との相互相関関数が演算により求められて、インパルス応答特性が計算される。なお、リファレンス信号は、本処理ステップS17を実行するにあたり、リサンプリング後のサンプリング周波数の間隔Dt(5Hz)に応じたカットオフ周波数Cf(Sf/Dt=44.1kHz/5Hz=8.82kHz)でフィルタリングされる。
[S17 in FIG. 2 (calculation of impulse response characteristics)]
In this processing step S17, the impulse
処理ステップS16(収録信号のリサンプリング)にて43.95kHzから44kHzまでの範囲内で5Hz間隔でサンプリング周波数がシフトされ、夫々のリサンプリング後のサンプリング周波数について処理ステップS17(インパルス応答特性の計算)が実行される。これにより、計11個のインパルス応答特性が求まる。 In processing step S16 (resampling of the recorded signal), the sampling frequency is shifted at intervals of 5 Hz within the range from 43.95 kHz to 44 kHz, and processing step S17 (calculation of impulse response characteristics) is performed for each sampling frequency after resampling. Is executed. As a result, a total of 11 impulse response characteristics are obtained.
[図2のS18(完了判定)]
本処理ステップS18では、処理ステップS16(収録信号のリサンプリング)及びS17(インパルス応答特性の計算)を複数回実行することにより、対象となる全て(計11個)の収録信号のインパルス応答特性が求められたか否かが判定される。
[S18 in FIG. 2 (completion determination)]
In this processing step S18, by executing the processing steps S16 (resampling of recorded signals) and S17 (calculation of impulse response characteristics) a plurality of times, the impulse response characteristics of all the target (total 11) recorded signals are improved. It is determined whether the request has been made.
[図2のS19(処理対象の範囲の絞り込み)]
本処理ステップS19は、処理ステップS18(完了判定)にて対象となる全て(計11個)の収録信号のインパルス応答特性が求められたと判定された場合(S18:YES)に実行される。本処理ステップS19では、サンプリング周波数ずれ量を推定するため、サンプリング周波数推定部24により、11個の収録信号のインパルス応答特性の夫々について、ピーク電力Sとノイズの実効電力Nを基にSNRが計算される。
[S19 in FIG. 2 (Narrowing down of processing target range)]
This processing step S19 is executed when it is determined in the processing step S18 (completion determination) that the impulse response characteristics of all (a total of 11) target recording signals have been obtained (S18: YES). In this processing step S19, the sampling
図9に、本処理ステップS19にて計算された結果得られる11個のインパルス応答特性のSNRを示す。図9中、縦軸は、インパルス応答特性のSNR(単位:dB)を示し、横軸は、基準のサンプリング周波数Sfに対する差分DF(単位:Hz)を示す。 FIG. 9 shows the SNRs of the eleven impulse response characteristics obtained as a result of the calculation in step S19. In FIG. 9, the vertical axis shows the SNR (unit: dB) of the impulse response characteristics, and the horizontal axis shows the difference DF (unit: Hz) with respect to the reference sampling frequency Sf.
本処理ステップS19では、サンプリング周波数ずれ量を精度良く推定するため、サンプリング周波数推定部24により、処理対象の範囲が、SNRがピークとなる差分DFを含む、より一層狭い範囲に絞り込まれる。図9の例では、−135Hz(SNRが最大となる差分DFに隣接する差分DFのうちSNRが大きい方の差分DF)から−130Hz(SNRが最大となる差分DF)までの範囲に絞り込まれる。
In the present processing step S19, in order to accurately estimate the sampling frequency shift amount, the sampling
[図2のS20(収録信号の線形補間)]
リサンプリングでは、間隔Dtが狭いとき、低い周波数成分に対する補間と間引きを行うため、タップ数の多いFIR(Finite Impulse Response)が必要になる。そこで、本処理ステップS20では、サンプリング周波数変換部22により、線形補間によるサンプリング周波数の変換が行われる。ここで、線形補間は、点同士を直線で結んで内挿する簡易な手法であり、サンプリング周波数ずれ量が小さい場合に適用することができる。
[S20 in FIG. 2 (linear interpolation of recorded signal)]
In resampling, when the interval Dt is narrow, interpolation and decimation for low frequency components are performed, so that a FIR (Finite Impulse Response) with a large number of taps is required. Therefore, in the processing step S20, the sampling frequency conversion unit 22 performs conversion of the sampling frequency by linear interpolation. Here, the linear interpolation is a simple method of interpolating points by connecting them with a straight line, and can be applied when the sampling frequency shift amount is small.
具体的には、本処理ステップS20では、43.97kHz(SNRが最大となる差分DF(−130Hz)に対応する周波数)にリサンプリングされた収録信号のサンプリング周波数が、処理ステップS19(処理対象の範囲の絞り込み)にて絞り込まれた範囲について、線形補間により変換される。線形補間によるサンプリング周波数の変換は、当該範囲内で0.2Hz間隔で行われる。 Specifically, in the processing step S20, the sampling frequency of the recorded signal resampled to 43.97 kHz (frequency corresponding to the difference DF (-130 Hz) at which the SNR becomes the maximum) is determined in the processing step S19 (processing target S19). The range narrowed down by the (range narrowing) is converted by linear interpolation. Conversion of the sampling frequency by linear interpolation is performed at intervals of 0.2 Hz within the range.
[図2のS21(インパルス応答特性の計算)]
本処理ステップS21では、インパルス応答計算部23により、処理ステップS20(収録信号の線形補間)にてサンプリング周波数が変換された収録信号と、リファレンス信号との相互相関関数が演算により求められて、インパルス応答特性が計算される。なお、間隔Dtが1Hz以下(具体的には、0.2Hz)であるため、リファレンス信号のフィルタリングは行われない。
[S21 in FIG. 2 (calculation of impulse response characteristics)]
In this processing step S21, a cross-correlation function between the recorded signal whose sampling frequency has been converted in processing step S20 (linear interpolation of the recorded signal) and the reference signal is calculated by the impulse
処理ステップS20(収録信号の線形補間)にて43.965kHzから43.97kHzまでの範囲内で0.2Hz間隔でサンプリング周波数がシフトされ、夫々の変換後のサンプリング周波数について処理ステップS21(インパルス応答特性の計算)が実行される。これにより、計26個のインパルス応答特性が求まる。 In processing step S20 (linear interpolation of the recorded signal), the sampling frequency is shifted at intervals of 0.2 Hz within a range from 43.965 kHz to 43.97 kHz, and processing step S21 (impulse response characteristics) is performed for each converted sampling frequency. Is calculated. Thus, a total of 26 impulse response characteristics are obtained.
[図2のS22(完了判定)]
本処理ステップS22では、処理ステップS20(収録信号の線形補間)及びS21(インパルス応答特性の計算)を複数回実行することにより、対象となる全て(計26個)の収録信号のインパルス応答特性が求められたか否かが判定される。
[S22 in FIG. 2 (completion determination)]
In this processing step S22, by executing the processing steps S20 (linear interpolation of recorded signals) and S21 (calculation of impulse response characteristics) a plurality of times, the impulse response characteristics of all the target (26 total) recorded signals are obtained. It is determined whether the request has been made.
[図2のS23(サンプリング周波数ずれ量の推定)]
本処理ステップS23は、処理ステップS22(完了判定)にて対象となる全て(計26個)の収録信号のインパルス応答特性が求められたと判定された場合(S22:YES)に実行される。本処理ステップS23では、サンプリング周波数ずれ量を推定するため、サンプリング周波数推定部24により、26個の収録信号のインパルス応答特性の夫々について、ピーク電力Sとノイズの実効電力Nを基にSNRが計算される。
[S23 in FIG. 2 (estimation of sampling frequency deviation amount)]
This processing step S23 is executed when it is determined in the processing step S22 (completion determination) that the impulse response characteristics of all the target (total 26) recorded signals have been obtained (S22: YES). In the present processing step S23, the SNR is calculated by the sampling
図10に、本処理ステップS23にて計算された結果得られる26個のインパルス応答特性のSNRを示す。図10中、縦軸は、インパルス応答特性のSNR(単位:dB)を示し、横軸は、基準(線形補間時の基準である43.97kHz)のサンプリング周波数Sfに対する差分DF(単位:Hz)を示す。 FIG. 10 shows the SNRs of the 26 impulse response characteristics obtained as a result of the calculation in the processing step S23. In FIG. 10, the vertical axis indicates the SNR (unit: dB) of the impulse response characteristic, and the horizontal axis indicates the difference DF (unit: Hz) with respect to a reference (43.97 kHz which is a reference at the time of linear interpolation). Is shown.
図10の例によれば、インパルス応答特性のSNRは、差分DFが−1.6Hzのときに最大となる。線形補間時の基準である43.97kHzを加味すると、基準のサンプリング周波数Sf(44.1kHz)に対する差分DFとして「−131.6Hz」が得られる。「−131.6Hz」は、インパルス応答特性のSNRがピークとなる差分DFであるため、サンプリング周波数ずれ量(両機器の発振器の実質的な差異)であるものと推定される。推定されたサンプリング周波数ずれ量は、約0.3%(131.6Hz/44.1kHz)であるため、インパルス応答特性の測定精度に大きな影響を及ぼす。 According to the example of FIG. 10, the SNR of the impulse response characteristic becomes maximum when the difference DF is -1.6 Hz. Taking into account the reference of 43.97 kHz at the time of linear interpolation, “−131.6 Hz” is obtained as the difference DF from the reference sampling frequency Sf (44.1 kHz). Since “−131.6 Hz” is the difference DF at which the SNR of the impulse response characteristic reaches a peak, it is estimated to be the sampling frequency shift amount (substantial difference between the oscillators of both devices). Since the estimated sampling frequency shift amount is about 0.3% (131.6 Hz / 44.1 kHz), it greatly affects the measurement accuracy of the impulse response characteristics.
本実施形態では、インパルス応答計算部23にて、図2のずれ量推定処理により推定されたサンプリング周波数ずれ量(図10中、DF=−1.6Hz)のインパルス応答特性が測定結果として選択されて、後段の回路(例えば収録機器20内のメモリ等)に出力されて保存される。すなわち、本実施形態によれば、再生機器10とのサンプリング周波数ずれ量(−131.6Hz)を補正したインパルス応答特性の測定結果が得られる。
In the present embodiment, the impulse
図11、図12の夫々に、インパルス応答計算部23より出力されるインパルス応答特性、インパルス応答の周波数特性を示す。図11中、縦軸は、振幅を示し、横軸は、サンプル(時間)を示す。また、図12中、縦軸は、レベル(単位:dB)を示し、横軸は、周波数(単位:Hz)を示す。
11 and 12 show an impulse response characteristic output from the impulse
本実施形態では、処理対象の範囲を複数回絞り込んだうえでサンプリング周波数ずれ量を推定することにより、サンプリング周波数の変換が不十分であるときのインパルス応答特性(図8)と比べて、ノイズが大幅に低減され且つ十分なSNRを有するインパルス応答特性になっていることが判る(図11参照)。また、周波数特性においてもノイズが観測されず、十分なダイナミックレンジが確保されていることが判る(図12参照)。 In the present embodiment, by estimating the sampling frequency shift amount after narrowing down the range of the processing target a plurality of times, noise is reduced as compared with the impulse response characteristics when the conversion of the sampling frequency is insufficient (FIG. 8). It can be seen that the impulse response characteristics are significantly reduced and have a sufficient SNR (see FIG. 11). Also, no noise was observed in the frequency characteristics, indicating that a sufficient dynamic range was secured (see FIG. 12).
このように、本実施形態によれば、サンプリング周波数ずれ量を、粗い周波数間隔で大雑把にリサンプリングして推定した後、細かい周波数間隔でリサンプリングして推定し、更に、サンプリング周波数ずれ量を小さくすることができた段階で線形補間によるサンプリング周波数の変換を行うことにより、処理量を抑えつつもサンプリング周波数ずれ量の推定精度を向上させることができる。 As described above, according to the present embodiment, the sampling frequency shift amount is roughly resampled and estimated at coarse frequency intervals, and then resampled and estimated at fine frequency intervals, and the sampling frequency shift amount is further reduced. By performing the conversion of the sampling frequency by linear interpolation at the stage when the sampling frequency can be obtained, it is possible to improve the accuracy of estimating the sampling frequency shift amount while suppressing the processing amount.
以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施例等又は自明な実施例等を適宜組み合わせた内容も本願の実施形態に含まれる。 The above is the description of the exemplary embodiment of the present invention. The embodiments of the present invention are not limited to those described above, and various modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. For example, the embodiments of the present application also include examples and the like exemplarily shown in the specification or contents obtained by appropriately combining obvious examples and the like.
1 音響システム
10 再生機器
20 収録機器
21 収録部
22 サンプリング周波数変換部
23 インパルス応答計算部
24 サンプリング周波数推定部
Claims (11)
前記収録手段により測定用信号を収録することで得られた収録信号に基づき、前記測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する推定手段と、
を備え、
前記推定手段は、
前記収録手段により収録された収録信号を、第一の周波数範囲内でサンプリング周波数を第一の間隔でシフトさせながらリサンプリングし、リサンプリング後の複数の第一の収録信号のSN比に基づき、該第一の周波数範囲よりも狭い第二の周波数範囲を設定し、
前記収録信号を、前記第二の周波数範囲内でサンプリング周波数を前記第一の間隔よりも狭い第二の間隔でシフトさせながらリサンプリングし、リサンプリング後の複数の第二の収録信号のSN比に基づき、該第二の周波数範囲よりも狭い第三の周波数範囲を設定し、
前記第三の周波数範囲で且つ前記第二の間隔よりも狭い第三の間隔で、SN比の最も高い前記第二の収録信号のサンプリング周波数を、線形補間によって変換し、
線形補間後の複数の第三の収録信号のSN比に基づき、前記測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する、
サンプリング周波数のずれ量推定装置。 Recording means for recording the signal for measurement,
Estimating means for estimating the amount of deviation of the sampling frequency from the source of the measurement signal, based on the recorded signal obtained by recording the measurement signal by the recording means,
With
The estimating means includes:
The recording signal recorded by the recording means, resampling while shifting the sampling frequency within a first frequency range at a first interval, based on the SN ratio of the plurality of first recording signals after resampling, Set a second frequency range narrower than the first frequency range,
The recorded signal is resampled while shifting the sampling frequency within the second frequency range at a second interval narrower than the first interval, and the S / N ratios of the plurality of second recorded signals after resampling. Based on, set a third frequency range narrower than the second frequency range,
In the third frequency range and at a third interval narrower than the second interval, the sampling frequency of the second recording signal having the highest SN ratio is converted by linear interpolation,
Based on the SN ratio of the plurality of third recorded signals after linear interpolation, estimate the amount of deviation of the sampling frequency from the source of the measurement signal,
Sampling frequency shift amount estimation device.
前記第一の周波数範囲内でリサンプリングされた各収録信号と第一のリファレンス信号との相互相関関数を演算により求め、各前記第一の収録信号のインパルス応答特性を計算し、
計算された各第一の収録信号のインパルス応答特性に基づいて該各第一の収録信号のSN比を計算し、
前記第二の周波数範囲内でリサンプリングされた各収録信号と第二のリファレンス信号との相互相関関数を演算により求め、各前記第二の収録信号のインパルス応答特性を計算し、
計算された各第二の収録信号のインパルス応答特性に基づいて該各第二の収録信号のSN比を計算し、
前記第三周波数範囲内でサンプリング周波数が変換された各収録信号と第三のリファレンス信号との相互相関関数を演算により求め、各前記第三の収録信号のインパルス応答特性を計算し、
計算された各第三の収録信号のインパルス応答特性に基づいて該各第三の収録信号のSN比を計算し、
SN比の最も高い前記第三の収録信号のサンプリング周波数に基づき、前記測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する、
請求項1に記載のサンプリング周波数のずれ量推定装置。 The estimating means includes:
The cross-correlation function between each recorded signal resampled within the first frequency range and the first reference signal is obtained by calculation, and the impulse response characteristic of each of the first recorded signals is calculated,
Calculating the SN ratio of each first recorded signal based on the calculated impulse response characteristics of each first recorded signal,
The cross-correlation function between each recorded signal resampled in the second frequency range and the second reference signal is obtained by calculation, and the impulse response characteristic of each of the second recorded signals is calculated.
Calculating the S / N ratio of each of the second recorded signals based on the calculated impulse response characteristics of each of the second recorded signals,
The cross-correlation function between each recording signal and the third reference signal whose sampling frequency has been converted within the third frequency range is obtained by calculation, and the impulse response characteristics of each of the third recording signals are calculated.
Calculating the SN ratio of each third recorded signal based on the calculated impulse response characteristics of each third recorded signal,
Based on the sampling frequency of the third recording signal having the highest SN ratio, estimating the amount of deviation of the sampling frequency from the source of the measurement signal,
The sampling frequency deviation amount estimating apparatus according to claim 1.
前記測定用信号を前記第一の間隔に応じたカットオフ周波数でフィルタリングしたものであり、
前記第二のリファレンス信号は、
前記測定用信号を前記第二の間隔に応じたカットオフ周波数でフィルタリングしたものである、
請求項2に記載のサンプリング周波数のずれ量推定装置。 The first reference signal is
The measurement signal is filtered at a cutoff frequency according to the first interval,
The second reference signal is
The measurement signal is filtered at a cutoff frequency according to the second interval,
The sampling frequency deviation amount estimating apparatus according to claim 2.
前記インパルス応答特性の最大振幅を電力で表わしたピーク電力と、該インパルス応答特性の少なくとも一部の区間の実効電力の平均値との比である、
請求項2又は請求項3に記載のサンプリング周波数のずれ量推定装置。 The SN ratio is
It is a ratio of the peak power, which represents the maximum amplitude of the impulse response characteristics, to the average value of the effective power of at least a section of the impulse response characteristics.
The sampling frequency deviation amount estimating device according to claim 2 or 3.
を備える、
請求項2から請求項4の何れか一項に記載のサンプリング周波数のずれ量推定装置。 An output unit that selects and outputs an impulse response characteristic of the third recording signal having the highest SN ratio as a measurement result,
The sampling frequency deviation amount estimating apparatus according to any one of claims 2 to 4.
前記収録ステップにて測定用信号を収録することで得られた収録信号に基づき、前記測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する推定ステップと、
を含む、
前記推定ステップにて、
前記収録ステップにて収録された収録信号を、第一の周波数範囲内でサンプリング周波数を第一の間隔でシフトさせながらリサンプリングし、
リサンプリング後の複数の第一の収録信号のSN比に基づき、前記第一の周波数範囲よりも狭い第二の周波数範囲を設定し、
前記収録信号を、前記第二の周波数範囲内でサンプリング周波数を前記第一の間隔よりも狭い第二の間隔でシフトさせながらリサンプリングし、
リサンプリング後の複数の第二の収録信号のSN比に基づき、該第二の周波数範囲よりも狭い第三の周波数範囲を設定し、
前記第三の周波数範囲で且つ前記第二の間隔よりも狭い第三の間隔で、SN比の最も高い前記第二の収録信号のサンプリング周波数を、線形補間によって変換し、
線形補間後の複数の第三の収録信号のSN比に基づき、前記測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する、
サンプリング周波数のずれ量推定方法。 A recording step for recording the signal for measurement,
An estimation step of estimating a deviation amount of a sampling frequency from a source of the measurement signal based on a recording signal obtained by recording the measurement signal in the recording step,
including,
In the estimating step,
The recording signal recorded in the recording step, re-sampled while shifting the sampling frequency at a first interval within a first frequency range,
Based on the SN ratio of the plurality of first recorded signals after resampling, set a second frequency range narrower than the first frequency range,
The recorded signal is resampled while shifting the sampling frequency within the second frequency range at a second interval narrower than the first interval,
Based on the SN ratio of the plurality of second recorded signals after resampling, set a third frequency range narrower than the second frequency range,
In the third frequency range and at a third interval narrower than the second interval, the sampling frequency of the second recording signal having the highest SN ratio is converted by linear interpolation,
Based on the SN ratio of the plurality of third recorded signals after linear interpolation, estimate the amount of deviation of the sampling frequency from the source of the measurement signal,
Estimation method of sampling frequency shift amount.
前記第一の周波数範囲内でリサンプリングされた各収録信号と第一のリファレンス信号との相互相関関数を演算により求め、各前記第一の収録信号のインパルス応答特性を計算し、
計算された各第一の収録信号のインパルス応答特性に基づいて該各第一の収録信号のSN比を計算し、
前記第二の周波数範囲内でリサンプリングされた各収録信号と第二のリファレンス信号との相互相関関数を演算により求め、各前記第二の収録信号のインパルス応答特性を計算し、
計算された各第二の収録信号のインパルス応答特性に基づいて該各第二の収録信号のSN比を計算し、
前記第三周波数範囲内でサンプリング周波数が変換された各収録信号と第三のリファレンス信号との相互相関関数を演算により求め、各前記第三の収録信号のインパルス応答特性を計算し、
計算された各第三の収録信号のインパルス応答特性に基づいて該各第三の収録信号のSN比を計算し、
SN比の最も高い前記第三の収録信号のサンプリング周波数に基づき、前記測定用信号の発信元とのサンプリング周波数のずれ量を推定する、
請求項6に記載のサンプリング周波数のずれ量推定方法。 In the estimating step,
The cross-correlation function between each recorded signal resampled within the first frequency range and the first reference signal is obtained by calculation, and the impulse response characteristic of each of the first recorded signals is calculated,
Calculating the SN ratio of each first recorded signal based on the calculated impulse response characteristics of each first recorded signal,
The cross-correlation function between each recorded signal resampled in the second frequency range and the second reference signal is obtained by calculation, and the impulse response characteristic of each of the second recorded signals is calculated.
Calculating the S / N ratio of each of the second recorded signals based on the calculated impulse response characteristics of each of the second recorded signals,
The cross-correlation function between each recording signal and the third reference signal whose sampling frequency has been converted within the third frequency range is obtained by calculation, and the impulse response characteristics of each of the third recording signals are calculated.
Calculating the SN ratio of each third recorded signal based on the calculated impulse response characteristics of each third recorded signal,
Based on the sampling frequency of the third recording signal having the highest SN ratio, estimating the amount of deviation of the sampling frequency from the source of the measurement signal,
The method for estimating a shift amount of a sampling frequency according to claim 6.
前記測定用信号を前記第一の間隔に応じたカットオフ周波数でフィルタリングしたものであり、
前記第二のリファレンス信号は、
前記測定用信号を前記第二の間隔に応じたカットオフ周波数でフィルタリングしたものである、
請求項7に記載のサンプリング周波数のずれ量推定方法。 The first reference signal is
The measurement signal is filtered at a cutoff frequency according to the first interval,
The second reference signal is
The measurement signal is filtered at a cutoff frequency according to the second interval,
A method for estimating a shift amount of a sampling frequency according to claim 7.
前記インパルス応答特性の最大振幅を電力で表わしたピーク電力と、該インパルス応答特性の少なくとも一部の区間の実効電力の平均値との比である、
請求項7又は請求項8に記載のサンプリング周波数のずれ量推定方法。 The SN ratio is
It is a ratio of the peak power, which represents the maximum amplitude of the impulse response characteristics, to the average value of the effective power of at least a section of the impulse response characteristics.
The method for estimating a shift amount of a sampling frequency according to claim 7.
を含む、
請求項6から請求項9の何れか一項に記載のサンプリング周波数のずれ量推定方法。 An output step of selecting and outputting an impulse response characteristic of the third recorded signal having the highest SN ratio as a measurement result,
The method for estimating a deviation of a sampling frequency according to any one of claims 6 to 9.
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