JPH0236617A - 予測器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は音声・音楽・画像などのディジタル信号の予測
技術に関する。

〔従来の技術〕

現標本時刻までの入力信号より、火種本時刻の入力信号
を予測する従来の予測器として適応予測器がある。この
方式の概説としては、株式会社コロナ社発行の「ディジ
タル信号処理の理論」の推定・適応信号処理理論に詳し
い。以下、適応予測器の一例として、線形予測法の一種
である勾配を利用した確率近似法による予測原理を簡単
に述べる。

第３図は確率近似法による従来の適応予測器のブロック
図である。■１は入力端子、１２は記憶回路、１３は減
算器、１４は予測係数更新部、１５は予測値計算部、１
６は遅延器である。

予測器は視標本化時刻ｊ以前のに個の信号、即ち、Ｘ（
ｊ−に＋１）からＸ（ｊ）までの信号により火種本時刻
の入力信号Ｘ　（ｊ＋１）を予測するもので、予測値を
ＸＰ　（ｊ＋１）とお（と、であり、時刻ｊにおける予
測誤差信号Ｅ　（ｊ）を次式のようにおくと、 Ｅ　（ｊ）＝Ｘ　（ｊ）−ＸＰ　（ｊ）　　　　　・・
・（２）予測誤差信号の電力Ｅ”　（ｊ）を最小とする
ように各係数を変化させる。予測誤差信号の電力Ｅ２（
ｊ）は、 Ｅ２（ｊ）＝　（Ｘ　（ｊ）−ＸＰ　（ｊ））　”・Ｘ
（ｊ−ｉ））”　　　　　・　・　・（３）であるので
、予測誤差信号電力Ｅ”　（ｊ）の各予測係数に対する
勾配Δｉ　　（ｊ）は、＝−２Ｅ　　（ｊ）　　・Ｘ（
ｊ−ｉ）　　　　（４）である。従って、予測誤差信号
電力Ｅ”（ｊ）を最小とするには、各予測係数Ａｉ　（
ｊ）は、以下に示すように変化させる。

、Ａ＝　　（ｊ　＋　１）＝Ａ＝　　（ｊ）＋ｇ　−Ｅ
　　（ｊ）・　Ｘ（ｊ−ｉ）　　　　　　・　・　・（
５）ｇは修正係数であり、入力信号の特性に応して決定
される定数であり、通常１より充分小さい正の値を用い
る。

以下に標本時刻ｊのときの信号の流れを説明する。記憶
回路１２は、入力端子１１から入力された信号Ｘ（ｊ）
を予測係数の個数分に個保存する。減算器１３は、入力
信号Ｘ（ｊ）から予測信号ＸＰ（ｊ）を減じて現標本時
間の入力信号に対する予測誤差Ｅ　（ｊ）を計算する。

予測係数更新部１４は、式（５）に従って予測誤差Ｅ　
（ｊ）と記憶回路１２内の入力信号Ｘ（ｊ−に＋１）か
らＸ　（ｊ）の信号を用いて予測係数Ａ＋（ｊ）からＡ
ｋ（ｊ）を更新して、新しい予測係数ＡＩ（ｊ＋１）か
らＡ＊（ｊ＋１）を求める。予測値計算部１５は、式（
５）に従って更新された予測係数ＡＩ（Ｊ＋１）からＡ
ｉｒ（ｊ＋１）と、記憶回路１２内の入力信号Ｘ　（ｊ
−に＋１）からＸ　（ｊ）とより、次槽本時刻の入力信
号の予測値ＸＰ　（ｊ＋１）を求める。遅延器１６は、
次槽本時刻ｊ＋１に減算器１３で予測誤差信号を計算す
るときに用いる予測値ＸＰ　（ｊ＋１）を保存する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の適応予測器では、複雑な周波数特性をもった入力
信号に対しては高次の予測係数が必要となり、予測係数
の収束にかかる時間が増加するという欠点がある。

本発明の目的はこのような従来の欠点を除去し、入力信
号に周期性があれば、複雑な周波数特性の信号に対して
も予測精度が高精度になるまでの収束時間を必要とせず
に高精度の予測を行う予測器を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の予測器は、 入力信号を保存する第１の記憶回路と、前記入力信号の
標本化周波数を整数倍するオーバーサンプリング回路と
、 前記オーバーサンプリング回路の出力信号を保存する第
２の記憶回路と、 前記第１の記憶回路内の信号と前記第２の記憶回路内の
信号間の相関係数および平均振幅比を求める相関係数計
算部と、 前記相関係数の絶対値が最大となるときの平均振幅比と
時刻を選択する最大値検出回路と、前記時刻の平均振幅
比と前記時刻の相関係数の符号と前記第２の記憶回路内
の前記時刻の１標本時刻後の信号との積を求める乗算器
とから構成されることを特徴としている。

〔作用〕

過去の入力信号をオーバーサンプリングして保存してお
き、現標本時刻近傍の信号と波形が相似の部分を選ぶ。

入力信号に周期性がある場合、次槽本時刻の信号部分も
前記の過去の相似部分の信号列に相似になると予測され
るので、前記の過去の相似部分の次の信号値に平均振幅
比を乗じた値を予測値として用いることができる。この
予測器を用いると、入力信号の周波数特性によらず、精
度良い予測を行うことができる。

〔実施例〕 第１図は本発明による予測器の一実施例である。

１は入力端子、２は記憶回路、３はオーバーサンプリン
グ回路、４は記憶回路、５は相関係数計算部、６は最大
値検出回路、７は乗算器、８は出力端子である。

現標本時刻をｊとおくと、信号Ｘ（ｊ）が入力端子１か
ら入力される。記憶回路２は過去１１個の信号を保存す
る。つまり、信号Ｘ（ｊ−Ｌ）は破棄され、Ｘ（ｊ−Ｌ
＋１）からＸ　（ｊ）の信号が記↑ａ回路２に蓄えられ
る。また、入力信号Ｘ（ｊ）はオーバーサンプリング回
路３に入力される。オーバーサンプリング回路３は入力
信号の標本化周波数を整数倍にするものであり、本実施
例では２倍の例を示す。オーバーサンプリング回路３は
、ゼロ挿入回路３１と低域通過フィルタ３２から構成さ
れている。ゼロ挿入回路３１は標本化信号列の間に１つ
おきにゼロの値を挿入し、標本化周波数Ｆ５が信号Ｘ（
ｊ）の２倍になった信号Ｘ２　（ｊ）を出力する。信号
Ｘ２　（ｊ）のゼロからＦ、／４までの周波数スペクト
ラムは信号Ｘ　（ｊ）の周波数スペクトラムに等しい。

信号Ｘ２　（ｊ）のＦ、／４からＦｓ／２までの周波数
スペクトラムは信号Ｘ　（ｊ）の周波数スペクトラムを
折り返したものに等しい。低域通過フィルタ３２は、信
号Ｘ２　（ｊ）のＦ５／４からＦ、／２までの周波数成
分を減衰させ、周波数成分が信号Ｘ　（ｊ）の周波数成
分にほぼ等しく、標本化周波数のみが異なる信号ＸＬを
出力する。この低域通過フィルタ３２の設計方法等の詳
細は前記株式会社コロナ社発行の「ディジタル信号処理
の理論」のディジタルフィルタ理論に詳しい。低域通過
フィルタ３２の入出力に生じる遅延時間を２３とおくと
、オーバーサンプリング回路３は１つの信号Ｘ（ｊ）に
対して、２つの信号ＸＬ　（ｊ−ｓ　−（１／２）　）
とＸＬ　（ｊ−ｓ）を出力する。記↑ａ回路４はオーバ
ーサンプリングされた信号ＸＬを過去２に個分、つまり
、ＸＩ、（ｊｓ−に＋（１／２）ｌからＸＬ　（ｊ−ｓ
）まで保存する。オーバーサンプリングしているので信
号ＸＬの標本化時間は０．５単位となる。相関係数計算
部５は、記憶回路２に保存されている現標本時刻ｊから
過去Ｉ−個の信号とオーバーサンプリングされた信号Ｘ
Ｌとの相関の評価、および、平均振幅比を求める。本実
施例では相関の評価として、相関係数Ｐ　（ｔ）を次式
のように計算する。

Ｐ　（ｔ）　＝ 相関係数Ｐ　（ｔ）は−１から１の間の値をとり、その
絶対値が１に近いほど２つの波形が相似となる。また、
Ｐ　（Ｌ）が正のときは２つの波形が同位相であり、負
のときは逆位相であることを示している。

平均振幅比ＡＣ（ｔ）は、記憶回路２に保存されている
現標本時刻ｊから過去り個の信号とオーバーサンプリン
グされた信号Ｘ　Ｌの信号との振幅の比の平均値であり
、次式のように電力の比の平方根を用いる。

（Σ　Ｘ　Ｌ２（ｔ−ｉ＋］、））””ＡＣ（ｔ） （力 記憶回路４に保存されている信号ＸＬは２に個であるの
で、相関係数計算部５はＰ（ｊ−ｓ−に＋（［、、／２
））からＰ　（ｊ−ｓ）までの（２ｋＬ＋１）個の相関
係数Ｐおよび平均振幅比ＡＣを計算し、最大値検出回路
６に出力する。最大値検出回路６は前記の（２に−Ｌ、
＋１）個の相関係数Ｐの中からＰの絶対値が最大となる
時刻Ｍを求め、時刻Ｍ、相関係数Ｐ（Ｍ）および平均振
幅比ＡＣ（Ｍ）を出力する。信号Ｘと信号ｘ　Ｌ、の関
係は第２図に示すようになる。第２図（ａ）は記ｊＱ回
路２内の信号Ｘを、第２図（ｂ）は記ｔα回路４内の信
号Ｘ　Ｌを示している。標本時刻ｊ　−ｋ　＋ｌから現
標本時刻ｊまでの信号の標本比値系列に標本比値系列が
最も相似になるようにオーバーサンプリングされた過去
の信号列ＸＬ　（Ｍ−（Ｌ／２）＋（１／２））からＸ
Ｌ（Ｍ）の区間Ｃが選ばれる。

入力信号に周期性があるとき、火種本時刻の信号Ｘ　（
ｊ＋１）も過去の標本時刻Ｍ＋１の信号ＸＬ（Ｍ＋１）
に相似になると予測されるので、信号ＸＬ、（Ｍ＋１）
に平均振幅比ＡＣ（Ｍ）と相関係数Ｐ　（Ｍ）の符号を
乗じた値を信号Ｘ（ｊ−ｔ−１）の予測値信号ＸＰ　（
ｊ＋１）として用いることができる。従って、乗算器７
は記憶回路４に保存されている信号ＸＬ（Ｍ４−１）と
平均振幅比ＡＣ（Ｍ）と相関係数Ｐ　（Ｍ）の符号の積
を求め、火種本時刻ｊ＋１の入力信号の予測値ＸＰ　（
ｊ＋１）として出力端子８から出力する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、入力信号列をオーバーサンプリングし
た信号列から現標本時刻近傍の波形と相似の部分を相関
係数により見つけ出し、過去の信号を用いて予測値を求
めるので、入力信号に周期性がある場合、入力信号の周
波数特性によらず、予測精度が高精度になるまでの収束
時間を必要とせずに精度良い予測を行うこと、ができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、 第２図は記ｔａ回路に保存されている信号Ｘ、および、
記憶回路に保存されている信号ＸＬを示す図、 第３図は従来の適用予測器を示す図である。 ■・・・・・入力端子 ２・・・・・記憶回路 ３・・・・・オーバーサンプリング回路３１・・・・・
ゼロ挿入回路 ３２・・・・・低域通過フィルタ ４・・・・・記憶回路 ５・・・・・相関係数計算部 ６・・・・・最大値検出回路 ７・・・・・乗算器 ８・・・・・出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号を保存する第１の記憶回路と、前記入力
   信号の標本化周波数を整数倍するオーバーサンプリング
   回路と、 前記オーバーサンプリング回路の出力信号を保存する第
   ２の記憶回路と、 前記第１の記憶回路内の信号と前記第２の記憶回路内の
   信号間の相関係数および平均振幅比を求める相関係数計
   算部と、 前記相関係数の絶対値が最大となるときの平均振幅比と
   時刻を選択する最大値検出回路と、前記時刻の平均振幅
   比と前記時刻の相関係数の符号と前記第２の記憶回路内
   の前記時刻の１標本時刻後の信号との積を求める乗算器
   とから構成されることを特徴とする予測器。