JPH04219800A - 周波数分析装置 - Google Patents
周波数分析装置Info
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- JPH04219800A JPH04219800A JP2404471A JP40447190A JPH04219800A JP H04219800 A JPH04219800 A JP H04219800A JP 2404471 A JP2404471 A JP 2404471A JP 40447190 A JP40447190 A JP 40447190A JP H04219800 A JPH04219800 A JP H04219800A
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- JP
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- low
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- 238000010606 normalization Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 11
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 101000582320 Homo sapiens Neurogenic differentiation factor 6 Proteins 0.000 description 1
- 102100030589 Neurogenic differentiation factor 6 Human genes 0.000 description 1
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
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Landscapes
- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、音声信号や音響信号等
の時系列信号の認識を行う前処理等において、その時系
列信号の周波数を抽出する周波数分析装置に関するもの
である。
の時系列信号の認識を行う前処理等において、その時系
列信号の周波数を抽出する周波数分析装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の分野の技術としては、安
居院・中嶋著「コンピュータ音声処理」（１９８６−１
−１０）秋葉出版、Ｐ．１１４−１２７に記載されるも
のがあった。以下、その構成を図を用いて説明する。
居院・中嶋著「コンピュータ音声処理」（１９８６−１
−１０）秋葉出版、Ｐ．１１４−１２７に記載されるも
のがあった。以下、その構成を図を用いて説明する。
【０００３】図２は従来の周波数分析装置の一構成例を
示す構成ブロック図、及び図３及び図４は図２の信号波
形図である。なお、図３は入力時系列信号ｘ（ｔ）、及
び図４は入力時系列信号ｘ（ｔ）の周波数特性ｘ（ｔ）
を示す図である。図３に示す入力時系列信号ｘ（ｔ）の
周波数ｆｏを分析して抽出する場合、該入力時系列信号
ｘ（ｔ）をアナログ／ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ
変換器という）１によりディジタル信号に変換した後、
フーリエ変換器２へ与える。フーリエ変換器２では、Ａ
／Ｄ変換器１の出力に対して高速フーリエ変換（以下、
ＦＦＴという）等のアルゴリリズムを適用し、図４に示
すような入力時系列信号ｘ（ｔ）に対する周波数特性Ｘ
（ｆ）を求め、ピーク検出器３へ送る。ピーク検出器３
では、周波数特性Ｘ（ｆ）のピークを検出することによ
り、そのピークに対応する周波数ｆｏを入力時系列信号
ｘ（ｔ）の周波数として出力する。
示す構成ブロック図、及び図３及び図４は図２の信号波
形図である。なお、図３は入力時系列信号ｘ（ｔ）、及
び図４は入力時系列信号ｘ（ｔ）の周波数特性ｘ（ｔ）
を示す図である。図３に示す入力時系列信号ｘ（ｔ）の
周波数ｆｏを分析して抽出する場合、該入力時系列信号
ｘ（ｔ）をアナログ／ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ
変換器という）１によりディジタル信号に変換した後、
フーリエ変換器２へ与える。フーリエ変換器２では、Ａ
／Ｄ変換器１の出力に対して高速フーリエ変換（以下、
ＦＦＴという）等のアルゴリリズムを適用し、図４に示
すような入力時系列信号ｘ（ｔ）に対する周波数特性Ｘ
（ｆ）を求め、ピーク検出器３へ送る。ピーク検出器３
では、周波数特性Ｘ（ｆ）のピークを検出することによ
り、そのピークに対応する周波数ｆｏを入力時系列信号
ｘ（ｔ）の周波数として出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の周波数分析装置では、次のような課題があった。
成の周波数分析装置では、次のような課題があった。
【０００５】従来の装置では、まず、フーリエ変換器２
によって入力時系列信号Ｘ（ｔ）を求めた後、ピーク検
出器３で周波数ｆｏを求めている。ここで、フーリエ変
換器２では、離散的な信号値からフーリエ係数を求める
離散的フーリエ変換（以下、ＤＦＴという）を用いて周
波数特性Ｘを求めても良い。しかし、ＤＦＴを用いると
、データ数Ｎ＝２Ｌ （但し、Ｌ；パラメータ）の場合
、Ｎ２ 回の乗算回数を必要とし、演算時間が長くなる
。そこで、演算時間を大幅に減少させるために、ＦＦＴ
を用いると、（Ｎ／２）・Ｌの乗算回数でスペクトルが
求まる。
によって入力時系列信号Ｘ（ｔ）を求めた後、ピーク検
出器３で周波数ｆｏを求めている。ここで、フーリエ変
換器２では、離散的な信号値からフーリエ係数を求める
離散的フーリエ変換（以下、ＤＦＴという）を用いて周
波数特性Ｘを求めても良い。しかし、ＤＦＴを用いると
、データ数Ｎ＝２Ｌ （但し、Ｌ；パラメータ）の場合
、Ｎ２ 回の乗算回数を必要とし、演算時間が長くなる
。そこで、演算時間を大幅に減少させるために、ＦＦＴ
を用いると、（Ｎ／２）・Ｌの乗算回数でスペクトルが
求まる。
【０００６】ところが、この様なＦＦＴを用いた周波数
分析装置において、高精度に周波数ｆｏを求めるために
は、周波数特性Ｘ（ｆ）をＦＦＴを用いて高精度に求め
なければならない。しかし、周波数特性Ｘ（ｆ）を高精
度に求めるためには、パラメータＬを大きくしなければ
ならないが、それによって演算量が大きくなり、処理時
間が長くなるという問題があり、それを解決することが
困難であった。本発明は前記従来技術の持っていた課題
として、精度の高い周波数を求めるためには演算量が大
きくなって処理時間が長くなるという点について解決し
た周波数分析装置を提供するものである。
分析装置において、高精度に周波数ｆｏを求めるために
は、周波数特性Ｘ（ｆ）をＦＦＴを用いて高精度に求め
なければならない。しかし、周波数特性Ｘ（ｆ）を高精
度に求めるためには、パラメータＬを大きくしなければ
ならないが、それによって演算量が大きくなり、処理時
間が長くなるという問題があり、それを解決することが
困難であった。本発明は前記従来技術の持っていた課題
として、精度の高い周波数を求めるためには演算量が大
きくなって処理時間が長くなるという点について解決し
た周波数分析装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、所定の時間間隔で離散化された時系列信
号の周波数を抽出する周波数分析装置において、前記時
系列信号から瞬時パワーを求める瞬時パワー演算回路と
、前記時系列信号から瞬時１次相関を求める瞬時１次相
関演算回路と、前記瞬時パワーの高周波成分を除去する
第１のローパスフィルタと、前記瞬時１次相関の高周波
成分を除去する第２のローパスフィルタと、前記第１及
び第２のローパスフィルタの各出力から１次相関係数を
求める正規化回路と、前記正規化回路の出力から前記時
系列信号の周波数を求める周波数演算回路とを、備えた
ものである。
決するために、所定の時間間隔で離散化された時系列信
号の周波数を抽出する周波数分析装置において、前記時
系列信号から瞬時パワーを求める瞬時パワー演算回路と
、前記時系列信号から瞬時１次相関を求める瞬時１次相
関演算回路と、前記瞬時パワーの高周波成分を除去する
第１のローパスフィルタと、前記瞬時１次相関の高周波
成分を除去する第２のローパスフィルタと、前記第１及
び第２のローパスフィルタの各出力から１次相関係数を
求める正規化回路と、前記正規化回路の出力から前記時
系列信号の周波数を求める周波数演算回路とを、備えた
ものである。
【０００８】また、前記瞬時パワー演算回路は、前記時
系列信号の振幅値の２乗を演算する構成にし、前記瞬時
１次相関演算回路は、前記時系列信号の振幅値と前記時
系列信号が１サンプル遅延した信号の振幅値との乗算を
演算する構成にし、第１及び第２のローパスフィルタは
、同一のフィルタ特性を有する構成にしてもよい。
系列信号の振幅値の２乗を演算する構成にし、前記瞬時
１次相関演算回路は、前記時系列信号の振幅値と前記時
系列信号が１サンプル遅延した信号の振幅値との乗算を
演算する構成にし、第１及び第２のローパスフィルタは
、同一のフィルタ特性を有する構成にしてもよい。
【０００９】同様に、前記正規化回路は、前記第２のロ
ーパスフィルタの出力を前記第１のローパスフィルタの
出力で除算する構成にし、前記周波数演算回路は、前記
正規化回路の出力の逆余弦を演算する構成にしてもよい
。
ーパスフィルタの出力を前記第１のローパスフィルタの
出力で除算する構成にし、前記周波数演算回路は、前記
正規化回路の出力の逆余弦を演算する構成にしてもよい
。
【００１０】
【作用】本発明は、以上のように周波数分析装置を構成
したので、時系列信号が入力されると、瞬時パワー演算
回路及び瞬時１次相関演算回路により、その時系列信号
から瞬時パワー及び瞬時１次相関が求められる。さらに
、その瞬時パワー及び瞬時１次相関の高周波成分が第１
及び第２のローパスフィルタによってそれぞれ除去され
、この第１及び第２のローパスフィルタの各出力により
、正規化回路は１次相関係数を求める。その後、正規化
回路の出力から前記時系列信号の周波数が周波数演算回
路によって求められる。これにより、従来装置のように
、フーリエ変換を用いずに周波数を抽出でき、少ない演
算量で高精度に時系列信号の周波数を抽出することがで
きる。したがって、前記課題を解決できるのである。
したので、時系列信号が入力されると、瞬時パワー演算
回路及び瞬時１次相関演算回路により、その時系列信号
から瞬時パワー及び瞬時１次相関が求められる。さらに
、その瞬時パワー及び瞬時１次相関の高周波成分が第１
及び第２のローパスフィルタによってそれぞれ除去され
、この第１及び第２のローパスフィルタの各出力により
、正規化回路は１次相関係数を求める。その後、正規化
回路の出力から前記時系列信号の周波数が周波数演算回
路によって求められる。これにより、従来装置のように
、フーリエ変換を用いずに周波数を抽出でき、少ない演
算量で高精度に時系列信号の周波数を抽出することがで
きる。したがって、前記課題を解決できるのである。
【００１１】
【実施例】図１は、本発明の実施例を示す周波数分析装
置の構成ブロック図である。この周波数分析装置は、音
声信号や音響信号等のアナログ信号である時系列信号ｘ
（ｔ）を入力するための入力端子５１を有し、その入力
端子５１がアナログ／ディジタル変換用のＡ／Ｄ変換器
５２に接続されている。さらに、Ａ／Ｄ変換器５２の出
力側には瞬時パワー演算回路５３及び瞬時１次相関演算
回路５４が接続されている。
置の構成ブロック図である。この周波数分析装置は、音
声信号や音響信号等のアナログ信号である時系列信号ｘ
（ｔ）を入力するための入力端子５１を有し、その入力
端子５１がアナログ／ディジタル変換用のＡ／Ｄ変換器
５２に接続されている。さらに、Ａ／Ｄ変換器５２の出
力側には瞬時パワー演算回路５３及び瞬時１次相関演算
回路５４が接続されている。
【００１２】瞬時パワー演算回路５３は、入力された時
系列信号ｘ（ｔ）から瞬時パワーを求める回路であり、
Ａ／Ｄ変換器５２の出力の２乗を演算して出力する乗算
器５３ａで構成されている。瞬時１次相関演算回路５４
は、時系列信号ｘ（ｔ）から瞬時１次相関を求める回路
であり、Ａ／Ｄ変換器５２の出力を１サンプル遅延させ
る遅延器５４ａとＡ／Ｄ変換器５２の出力及び遅延器５
４ａの出力の乗算を演算する乗算器５４ｂとで構成され
ている。そして、乗算器５３ａ，５４ｂの出力側が同一
のフィルタ特性を有するローパスフィルタ５５，５６に
接続されている。 ローパスフィルタ５５，５６は、
それぞれ乗算器５３ａ，５４ｂの出力の高周波成分を除
去して出力する機能を有し、その出力側には正規化回路
５７及び周波数演算回路５８が接続されている。正規化
回路５７は、除算器等で構成され、ローパスフィルタ５
５，５６の出力から１次相関係数を演算する機能を有し
、周波数演算回路５８は、逆余弦関数演算回路等で構成
され、正規化回路５７の出力から時系列信号ｘ（ｔ）の
周波数を演算する回路である。
系列信号ｘ（ｔ）から瞬時パワーを求める回路であり、
Ａ／Ｄ変換器５２の出力の２乗を演算して出力する乗算
器５３ａで構成されている。瞬時１次相関演算回路５４
は、時系列信号ｘ（ｔ）から瞬時１次相関を求める回路
であり、Ａ／Ｄ変換器５２の出力を１サンプル遅延させ
る遅延器５４ａとＡ／Ｄ変換器５２の出力及び遅延器５
４ａの出力の乗算を演算する乗算器５４ｂとで構成され
ている。そして、乗算器５３ａ，５４ｂの出力側が同一
のフィルタ特性を有するローパスフィルタ５５，５６に
接続されている。 ローパスフィルタ５５，５６は、
それぞれ乗算器５３ａ，５４ｂの出力の高周波成分を除
去して出力する機能を有し、その出力側には正規化回路
５７及び周波数演算回路５８が接続されている。正規化
回路５７は、除算器等で構成され、ローパスフィルタ５
５，５６の出力から１次相関係数を演算する機能を有し
、周波数演算回路５８は、逆余弦関数演算回路等で構成
され、正規化回路５７の出力から時系列信号ｘ（ｔ）の
周波数を演算する回路である。
【００１３】以上のように構成される周波数分析装置の
動作について説明する。入力端子５１により入力された
時系列信号ｘ（ｔ）は、Ａ／Ｄ変換器５２により予め定
められたサンプリング時間間隔Ｔｓ毎に離散化され、入
力信号列Ｘｎ（ｎ＝０，１，２，……）に変換される。
動作について説明する。入力端子５１により入力された
時系列信号ｘ（ｔ）は、Ａ／Ｄ変換器５２により予め定
められたサンプリング時間間隔Ｔｓ毎に離散化され、入
力信号列Ｘｎ（ｎ＝０，１，２，……）に変換される。
【００１４】乗算器５３ａは、Ａ／Ｄ変換器５２の出力
Ｘｎにより、時刻ｎの瞬時パワーＰｎを、Ｐｎ＝Ｘｎ２
により演算する。
Ｘｎにより、時刻ｎの瞬時パワーＰｎを、Ｐｎ＝Ｘｎ２
により演算する。
【００１５】遅延器５４ａは、Ａ／Ｄ変換器５２の出力
Ｘｎを入力し、１サンプル遅延させて出力Ｘｎ−１ を
出力する。乗算器５４ｂは、Ａ／Ｄ変換器５２の出力Ｘ
ｎ及び遅延器５４ａの出力Ｘｎ−１ から、瞬時１次相
関Ｃｎを、 Ｃｎ＝Ｘｎ・Ｘｎ−１ により演算する。
Ｘｎを入力し、１サンプル遅延させて出力Ｘｎ−１ を
出力する。乗算器５４ｂは、Ａ／Ｄ変換器５２の出力Ｘ
ｎ及び遅延器５４ａの出力Ｘｎ−１ から、瞬時１次相
関Ｃｎを、 Ｃｎ＝Ｘｎ・Ｘｎ−１ により演算する。
【００１６】ローパスフィルタ５５，５６は、各乗算器
５３ａ，５４ｂの出力である瞬時パワーＰｎ及び瞬時１
次相関Ｃｎをそれぞれ入力し、瞬時パワーＰｎ及び瞬時
１次相関Ｃｎの高周波成分を除去する。即ち、ローパス
フィルタ５５，５６のインパルス応答をＷｎとすると、
ローパスフィルタ５５，５６は、次の数１の演算により
、Ｐｎａ，Ｃｎａを演算して出力する。
５３ａ，５４ｂの出力である瞬時パワーＰｎ及び瞬時１
次相関Ｃｎをそれぞれ入力し、瞬時パワーＰｎ及び瞬時
１次相関Ｃｎの高周波成分を除去する。即ち、ローパス
フィルタ５５，５６のインパルス応答をＷｎとすると、
ローパスフィルタ５５，５６は、次の数１の演算により
、Ｐｎａ，Ｃｎａを演算して出力する。
【００１７】
【数１】
【００１８】正規化回路５７は、ローパスフィルタ５５
，５６の各出力であるＰｎａ，Ｃｎａから１次相関係数
γｎを次式により演算して出力する。
，５６の各出力であるＰｎａ，Ｃｎａから１次相関係数
γｎを次式により演算して出力する。
【００１９】γｎ＝Ｃｎａ／Ｐｎａ
１次相関係数γｎは出力Ｃｎａを出力Ｐｎａで正規化し
たものに相当する。
たものに相当する。
【００２０】周波数演算回路５８は、正規化回路５７で
演算された１次相関係数γｎにより、周波数ｆｎを数２
により演算する。
演算された１次相関係数γｎにより、周波数ｆｎを数２
により演算する。
【００２１】
【数２】
【００２２】ａｒｃｃｏｓは逆余弦関数であり、Ｔｓは
、Ａ／Ｄ変換器５２における予め定めたサンプリング時
間間隔である。周波数演算回路５８で演算周波数ｆｎを
時刻ｎの周波数として出力する。
、Ａ／Ｄ変換器５２における予め定めたサンプリング時
間間隔である。周波数演算回路５８で演算周波数ｆｎを
時刻ｎの周波数として出力する。
【００２３】本実施例は、次のような利点を有している
。図５は、本実施例による周波数分析結果の一例である
。信号として、１００Ｈｚから３００Ｈｚまで、直線的
に周波数が変化する信号を入力し、サンプリング時間間
隔１／８００秒で離散化した後、上述の方法により求め
た周波数をプロットしたものである。横軸はサンプル番
号であり、サンプリング時間間隔１／８００秒をかける
ことにより、実際の時刻（秒）となる。縦軸は周波数（
Ｈｚ）である。同図より、本実施例によれば、高精度に
周波数を求められることが分かる。なお、本発明は、図
示の実施例に限定されず、種々の変形が可能である。 例えば、図１の周波数分析装置をプロセッサを用いたプ
ログラム制御等により実行するようにすることも可能で
ある。
。図５は、本実施例による周波数分析結果の一例である
。信号として、１００Ｈｚから３００Ｈｚまで、直線的
に周波数が変化する信号を入力し、サンプリング時間間
隔１／８００秒で離散化した後、上述の方法により求め
た周波数をプロットしたものである。横軸はサンプル番
号であり、サンプリング時間間隔１／８００秒をかける
ことにより、実際の時刻（秒）となる。縦軸は周波数（
Ｈｚ）である。同図より、本実施例によれば、高精度に
周波数を求められることが分かる。なお、本発明は、図
示の実施例に限定されず、種々の変形が可能である。 例えば、図１の周波数分析装置をプロセッサを用いたプ
ログラム制御等により実行するようにすることも可能で
ある。
【００２４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、入力された時系列信号から瞬時パワー及び瞬時１
次相関を求め、その瞬時パワーと瞬時１次相関との高周
波成分を除去して１次相関係数を求めた後、前記時系列
信号の周波数を求めるようにしたので、フーリエ変換を
用いずに時系列信号の周波数を抽出できる。これにより
、少ない演算量で高速処理が可能となると共に、単純な
演算方法にもかかわらず、高精度に入力信号の周波数を
抽出することができる。
れば、入力された時系列信号から瞬時パワー及び瞬時１
次相関を求め、その瞬時パワーと瞬時１次相関との高周
波成分を除去して１次相関係数を求めた後、前記時系列
信号の周波数を求めるようにしたので、フーリエ変換を
用いずに時系列信号の周波数を抽出できる。これにより
、少ない演算量で高速処理が可能となると共に、単純な
演算方法にもかかわらず、高精度に入力信号の周波数を
抽出することができる。
【図１】本発明の実施例の周波数分析装置の構成ブロッ
ク図である。
ク図である。
【図２】従来の周波数分析装置の構成ブロック図である
。
。
【図３】図２の信号波形図である。
【図４】図２の信号波形図である。
【図５】本実施例による周波数分析結果の一例を示す図
である。
である。
５３ 瞬時パワー演算回路
５４ 瞬時１次相関演算回路
５５ 第１のローパスフィルタ
５６ 第２のローパスフィルタ
５７ 正規化回路
５８ 周波数演算回路
ｘ（ｔ） 時系列信号
Claims (6)
- 【請求項１】 所定の時間間隔で離散化された時系列
信号の周波数を抽出する周波数分析装置において、前記
時系列信号から瞬時パワーを求める瞬時パワー演算回路
と、前記時系列信号から瞬時１次相関を求める瞬時１次
相関演算回路と、前記瞬時パワーの高周波成分を除去す
る第１のローパスフィルタと、前記瞬時１次相関の高周
波成分を除去する第２のローパスフィルタと、前記第１
及び第２のローパスフィルタの各出力から１次相関係数
を求める正規化回路と、前記正規化回路の出力から前記
時系列信号の周波数を求める周波数演算回路とを、備え
たことを特徴とする周波数分析装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の周波数分析装置におい
て、前記瞬時パワー演算回路は、前記時系列信号の振幅
値の２乗を演算する構成にした周波数分析装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の周波数分析装置におい
て、前記瞬時１次相関演算回路は、前記時系列信号の振
幅値と前記時系列信号が１サンプル遅延した信号の振幅
値との乗算を演算する構成にした周波数分析装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の周波数分析装置におい
て、第１及び第２のローパスフィルタは、同一のフィル
タ特性を有する構成にした周波数分析装置。 - 【請求項５】 請求項１記載の周波数分析装置におい
て、前記正規化回路は、前記第２のローパスフィルタの
出力を前記第１のローパスフィルタの出力で除算する構
成にした周波数分析装置。 - 【請求項６】 請求項１記載の周波数分析装置におい
て、前記周波数演算回路は、前記正規化回路の出力の逆
余弦を演算する構成にした周波数分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40447190A JP3263091B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 周波数分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40447190A JP3263091B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 周波数分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04219800A true JPH04219800A (ja) | 1992-08-10 |
| JP3263091B2 JP3263091B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=18514141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP40447190A Expired - Fee Related JP3263091B2 (ja) | 1990-12-20 | 1990-12-20 | 周波数分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3263091B2 (ja) |
-
1990
- 1990-12-20 JP JP40447190A patent/JP3263091B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3263091B2 (ja) | 2002-03-04 |
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