JPH0350912A

JPH0350912A - 予測器

Info

Publication number: JPH0350912A
Application number: JP18447689A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Iwadare; 正宏岩垂; Akihiko Sugiyama; 昭彦杉山
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1991-03-05

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、次標本時刻の入力信号
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。１１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。

予測器は現標本時刻以前のに個の信号、即ち、Ｘ；、（
ｊ−に＋１）からＸ、、（ｊ）までの信号により次標本
時刻の入力信号Ｘ１ｎ（ｊ＋１）を予測するもので、予
測値をＸ＋、Ｐ（ｊ＋１）とおく　と、Ｘｆｆ１．ＩＰ（ｊ＋１）＝芥Ａｔ（ｊ）　　・ＸＨ，（ｊ−ｉ＋１）・（１）である。ここで、Ａ＝（ｊ）は時刻ｊの予測係数であり
、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　　）　　＝Ｘｔｎ　　（Ｊ　　）　　　　
Ｘ　五、Ｐ（ｊ）　　　　　・　・　・　（２）予測誤
差信号の電力Ｅ２（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＋ｎ　（ｊ）−ＸｆｆｉＰ　（ｊ））”・　・　
・（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−ｔ）・　・　・（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Ａ＝（ｊ）は、以下に示すように
変化させる。

Ａ、（ｊ＋１）＝Ａ、（ｊ）＋ｇ−Ｅ　（ｊ）　　・Ｘｉｎ　（ｊ　−
ｉ　）・・・（５）ｇは修正係数であり、入力信号の特性に応じて決定され
る定数であり、通常ｌ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　ｉｎ
を予測係数の個数分に個保存する。減算器１３は、入力
信号Ｘ１ｆｉ（ｊ）から予測信号Ｘ、、Ｐ（ｊ）を滅じ
て現標本時刻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Ｌｎ（Ｊ−に
＋１）からＸ１ｆｉ（ｊ）の信号を用いて予測係数Ａ＋
（ｊ）からＡｍ（ｊ）を更新して、新しい予測係数Ａ１
（ｊ　＋　１　）からＡｋ（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Ａ
＋（ｊ＋１）からＡｋ（ｊ＋１）と、記憶回路１２内の
入力信号り、（ｊ−に＋　１　）からＸ；、（ｊ）とよ
り、次標本時刻の入力信号の予測値Ｘｉ、Ｐ（ｊ＋１）
を求める。遅延器１６は、次標本時刻ｊ＋１に減算器１
３で予測誤差信号を計算するときに用いる予測値Ｘ１Ｒ
Ｐ（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、現標本時刻の入力信号を遅延させる遅延器と、現標本時
刻の入力信号と前記遅延器の出力の差分を計算する減算
器と、前記差分信号を保存する記憶回路と、この記憶回路内の最新の整数個の差分信号と前記記憶回
路内の現標本時刻以前の差分信号間の相関係数と平均振
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
記時刻の１標本時刻後の差分信号との積を計算する乗算
器と、この乗算器の出力と現標本時刻の入力信号を加算して次
標本時刻の入力信号の予測値として出力する加算器とか
ら構成されることを特徴としている。

〔作用〕

入力信号の差分信号を保存しておき、現標本時刻近傍の
差分信号と波形が相似の部分を過去の差分信号列から選
ぶ。入力信号に周期性があるとき差分信号にも周期性が
あるので、次標本時刻の差分信号も前記の過去の相似部
分の差分信号に相似になる。従って、前記の過去の相似
部分の次標本時刻の差分信号値に平均振幅比を乗じた値
と現標本時刻の信号値とを加算したものを予測値として
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は遅延器、３は減算器、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は加算器、９は出力端子である。

現標本時刻をｊとおくと、信号ＸｔｎＣｊ）が入力端子
１から入力される。遅延器２は入力信号を標本間隔の整
数倍保存する。本実施例では、１標本時刻過去の入力信
号Ｘ＝ｎＣｊ　１）を保存する例を示す。減算器３は、
入力信号の差分Ｘ　（ｊ）、つまりＸ１ｎ（ｊ）　　Ｘ
ｔ、（ｊ−１）を計算する。

記憶回路４は過去に個の信号Ｘを保存する。即ち、標本
時刻ｊにおいて信号Ｘ（ｊ−ｋ）は破棄され、Ｘ（ｊ−
に＋１）からＸ　（ｊ）の信号が記憶回路４に蓄えられ
る。相関係数計算部５は、記憶回路４に保存されている
視標本時刻ｊ近傍のＬ個の差分信号と標本時刻を近傍の
Ｌ個の差分信号との相関の程度の評価、および、平均振
幅比を計算する。

本実施例では相似の評価として、相関係数Ｐ（ｔ）を次
式のように計算する。

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。Ｐ（ｔ
）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。

相関係数ｐ　（ｔ）は入力信号Ｘ　ｉｎＯ差分信号での
相似の程度を示しているので、入力信号Ｘ　ｒｎに直流
成分が含まれていても影響がない。

平均振幅比ＡＣ（ｔ）は、記憶回路４に保存されている
視標本時刻ｊ近傍の信号と標本時刻む近傍の信号との振
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。

・　・　・（７）現標本時刻の１標本時刻以前の信号のうち記憶回路４に
保存されている信号はχ（ｊ−に＋１°）からＸ（ｊ−
１）であるので、相関係数計算部５はＰ（ｊ＋Ｌ−ｋ）
からＰ（ｊ−１）までの（ｋ−Ｌ）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（ｋ−Ｌ）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。これは第２図に示すように標本時刻ｊ−Ｌ＋１か
ら現標本時刻ｊまでの信号値、即ち、区間Ｃ１の差分信
号の標本比値系列は、標本時刻Ｍ−Ｌ＋１からＭまでの
信号値、即ち、区間Ｃ２の差分信号の標本比値系列と最
も相似となることを示している。入力信号Ｘ　ｉ　ｆｉ
に周期性がある場合、差分信号Ｘも周期性をもち、成環
本時刻の信号Ｘ（ｊ＋１）も過去の標本時刻Ｍ＋１の信
号Ｘ（Ｍ＋１）に相似になるので、信号Ｘ（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＋１）の予測値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Ｘ（Ｍ＋１）と平均振幅比ＡＣ
（Ｍ）と相関係数Ｐ　（Ｍ）の符号の積を求める。加算
器８は、成環本時刻ｊ＋１の入力信号Ｘｔｎ（Ｊ＋１）
の予測値Ｘ。ｕＬ（ｊ＋１）として、現標本時刻ｊの入
力信号Ｘ１ｆｉ（ｊ）に成環本時刻ｊ＋１の差分信号の
予測値ＸＰ　（ｊ＋１）を加えたものの値を計算し、出
力端子９から出力する。

上記実施例において、減算器３において入力信号の差分
Ｘ（ｊ）としてＸｊ、、（Ｊ　　１　）　　Ｘ１ｎ（ｊ
）を計算し、加算器８において入力信号Ｘ　１ｎ（ｊ）
から差分信号の予測値ＸＰ　（ｊ＋１）を減算し、成環
本時刻ｊ＋１の入力信号Ｘｉ＋＋（Ｊ＋１）の予測値Ｘ
。ｕｔ（ｊ＋１）として、出力端子９から出力する場合
においても同じ効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、過去の入力信号の差分信号の波形が相
似の部分を相関係数により見つけることにより予測値を
求めるので、入力信号に周期性がある場合、入力信号の
周波数特性や直流成分の影響を受けず、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図は記憶回路に保存されている信号Ｘ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・・・・・遅延器３・・・・・減算器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・・・・・加算器９・・・・・出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

（１）現標本時刻の入力信号を遅延させる遅延器と、現標本時刻の入力信号と前記遅延器の出力の差分を計算
する減算器と、前記差分信号を保存する記憶回路と、この記憶回路内の最新の整数個の差分信号と前記記憶回
路内の現標本時刻以前の差分信号間の相関係数と平均振
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
記時刻の１標本時刻後の差分信号との積を計算する乗算
器と、この乗算器の出力と現標本時刻の入力信号を加算して次
標本時刻の入力信号の予測値として出力する加算器とか
ら構成されることを特徴とする予測器。