JPH06139023A - サンプリング方法及び回路 - Google Patents

サンプリング方法及び回路

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JPH06139023A
JPH06139023A JP30781592A JP30781592A JPH06139023A JP H06139023 A JPH06139023 A JP H06139023A JP 30781592 A JP30781592 A JP 30781592A JP 30781592 A JP30781592 A JP 30781592A JP H06139023 A JPH06139023 A JP H06139023A
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JP
Japan
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sampling
time
signal
cycle
points
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JP30781592A
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Inventor
Daimei Gi
大名 魏
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Nippon Koden Corp
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Nippon Koden Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力信号をサンプリング出力する際に、その
サンプリング周期内でホワイトノイズの除去処理を行え
るサンプリング方法を提供する。 【構成】 入力信号をサンプリングして所定のサンプリ
ング周期で逐次サンプリング信号を出力するサンプリン
グ方法において、サンプリング周期の正規のサンプリン
グ時点に加えて、各サンプリング周期を内分した時点を
含めた2個所以上のサンプリング時点で入力信号をサン
プリングする。次いで、各サンプリング周期ごとに、2
個所以上のサンプリング時点でサンプリングされた複数
のサンプリング信号を加算平均して正規のサンプリング
信号として出力させる。この際、内分した時点を含めた
サンプリング時点でサンプリングされて時系列的に加算
平均されることにより、伝送帯域全域に均等に分布する
ホワイトノイズは加算回数に応じて低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力信号をサンプリン
グして所定のサンプリング周期でサンプリング信号を出
力するサンプリング方法及び回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】伝送帯域全域にわたる周波数成分を有す
るランダムノイズであるホワイトノイズの混入は、一般
的なフィルタでは除去することができない。この問題を
解決するために、複数個の同一信号を位相を揃えて多重
加算して平均化することにより、ホワイトノイズを相殺
する加算平均方法が周知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この加
算平均方法では複数周期の同一信号が必要であり、した
がって同一信号となり得ない連続的に発生する不整脈等
を含む心電図信号、脳波等に重畳するホワイトノイズの
除去は不可能である。また、このような加算平均のため
には、複数周期の信号を記憶する必要があり、リアルタ
イムの除去は不可能である。
【0004】本発明は、時間独立性により統計平均値が
0であるホワイトノイズは時系列的に加算しても相殺さ
れ得ることに着眼して、入力信号をサンプリング出力す
る際に、そのサンプリング周期内でホワイトノイズの除
去処理を行えるサンプリング方法及び回路を提供するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明のサンプリング方
法は、この目的を達成するために、請求項1により、入
力信号をサンプリングして所定のサンプリング周期で逐
次サンプリング信号を出力するサンプリング方法におい
て、サンプリング周期の正規のサンプリング時点に加え
て、各サンプリング周期を内分した時点を含めた2個所
以上のサンプリング時点で入力信号をサンプリングし、
各サンプリング周期ごとに、2個所以上のサンプリング
時点でサンプリングされた複数のサンプリング信号を加
算平均して正規のサンプリング信号として出力すること
を特徴とする。
【0006】サンプリング周期内の信号を加算平均する
ことに伴うサンプリング信号の周波数特性の劣化を抑制
するには、請求項2により、内分したサンプリング時点
を正規のサンプリング時点寄りに偏在させる。
【0007】
【作用】請求項1において、入力信号は、内分した時点
を含めたサンプリング時点でサンプリングされて時系列
的に加算平均されることにより、伝送帯域全域に均等に
分布するホワイトノイズは加算回数に応じて低減され
る。したがって、各サンプリング周期ごとに、この間に
ホワイトノイズを低減処理されたサンプリング信号が出
力される。各サンプリング周期中の加算回数が多いほど
期待値0に接近してS/N比の改善率が向上する。
【0008】請求項2において、内分サンプリング時点
が正規のサンプリング時点の近くに偏在する程、正規の
サンプリング信号に近いサンプリング信号が加算平均さ
れ、したがって正規のサンプリング信号に対する加算平
均信号の周波数特性の劣化が抑制される。
【0009】
【実施例】図1は、本発明のサンプリング方法を適用さ
れた心電計の回路構成を示す。1は入力する心電図信号
を増幅する増幅器、2は正規のサンプリング周期T=1
msよりも十分高速処理可能なA/Dコンバータ、3は
このA/Dコンバータから出力されるA/D変換信号を
加算平均しつつその加算平均信号を記憶し、かつ制御信
号に応答してその加算平均信号を出力すると共に、記憶
内容をリフレッシュするディジタル式加算平均手段であ
る。5はこのサンプリング信号をD/A変換して表示面
に波形表示させるモニタ部、6はその記録を行うレコー
ダである。
【0010】4はこれらの各部の制御手段であり、図2
はその動作タイミングを示す。即ち、サンプリング周期
Tを等分数M=500で内分して1/500ms間隔で
A/Dコンバータ2にA/D変換を行わせる。さらに、
加算平均手段3に対して加算平均回数L=10として正
規のサンプリング時点から1/500×9ms遡った時
点から1/500msごとに入力するA/D変換信号を
逐次加算平均させ、サンプリング周期Tごとに10個の
加算平均信号を正規のサンプリング周期のサンプリング
信号として出力させると共にリフレッシュさせる。
【0011】このように構成されたサンプリング回路の
動作は、次の通りである。増幅器1で増幅された心電図
信号は、逐次A/Dコンバータ2により1/500ms
間隔で逐次A/D変換されると共に、正規のサンプリン
グ時点と、その直前に偏在した1/500ms間隔の9
個の内分サンプリング時点のA/D変換信号が、加算平
均手段3で加算平均される。これにより、1msの正規
のサンプリング周期Tごとに、その間に10個のA/D
変換信号が加算平均されて正規のサンプリング信号とし
て出力される。このサンプリング信号は、モニタ部5で
D/A変換され、アナログの心電図信号に復元されて波
形表示され、また同様にレコーダ6で波形記録が行われ
る。
【0012】図4は入力する心電図信号を通常のサンプ
リング方法(M=1、L=0)に従いサンプリング周期
T=1msで単にサンプリングした信号をD/A変換し
て、アナログの心電図信号に再生したモニタ部5の波形
を示す。図5は同一の心電図信号を同一増幅度で増幅し
て、前述の実施例(M=500、L=10)により加算
平均したサンプリング信号のモニタ部5での波形を示
す。これらの心電図信号の対比から分かるように、ホワ
イトノイズは、A/Dコンバータ2のランダムな内部雑
音も含めて10回の加算平均により相応に相殺され、そ
の雑音電力は従来の加算平均方法における同相同一信号
の加算回数Nに対する1/√(N)に対応して、1/√
(L)=1/√(10)に低減される。
【0013】このように、サンプリング周期Tを等分数
Mで等間隔で内分して正規のサンプリング時点nTに、
その時点の前後の周期T/Mの内分サンプリグ時点のL
−1回を含めてL回で加算平均するときの正規のサンプ
リング信号出力は、次の数式1のように一般化される。
【0014】
【数1】
【0015】ここで、M>1、 1≦L≦M、 −(L
−1)≦m1 ≦02 −m1 =L−1 前述の実施例は、数式1においてM=500、L=1
0、m1 =0、m2 =9に設定した場合に相当する。ま
た、m1 =0に代えてm1 =−(L−1)=−9に設定
することにより、図3Aに示すように、内分サンプリン
グ時点の偏在領域を正規のサンプリング時点nTの直後
に設定することもできる。例えば、m1=4に設定する
ことにより、図3Bに示すように、正規のサンプリング
時点nTの両側に設定することもできる。これらの制御
手段4の制御信号を変更した変形例の場合、加算平均回
数が同数であるために、雑音低減率は同一であるが、例
えばm1 =0においてM=500、L=100、m2
1 =99に設定して加算回数を増加させると、ホワイ
トノイズ電力は1/√(100)に対応して減少する。
さらに、L=M=500に設定すると、1/√(50
0)に対応して図6に示すように、図5に示す心電図信
号よりも一層雑音レベルは減少する。
【0016】図7は前述した種々のサンプリング方法例
の周波数特性を示す。通常のサンプリング方法の場合
(M=1、L=0)、サンプリング周期T=1ms(サ
ンプリング周波数=1kHz)において、500Hz程
度までの周波数成分を含む心電図信号に対して、1kH
zの周波数領域で振幅劣化のない特性Aとなる。一方、
サンプリング周期T間を等分して全て加算平均する場合
(L=M=500)、特性Dとなる。特性CはM=50
0、L=100の場合であり、L/M=0.2を越える
周波数特性の劣化は大巾に減少する。前述の図1の実施
例の場合(M=500、L=10)、L/M=0.02
となり、特性Bとなり、周波数特性の劣化は実質上零に
抑制できる。
【0017】即ち、加算平均にされたサンプリング信号
の周波数特性はL/Mに対応し、この値が小さくなる
程、つまり同一Lの値に対してそのサンプリング時点が
正規のサンプリング時点に接近する程劣化が抑制され
る。したがって、本発明によるサンプリング方法を実施
する場合、先ずサンプリング定理によってサンプリング
周期Tを入力信号の周波数帯域fに対してT=1/2f
より決定する。次に、出力信号の所望のS/N比に対応
してLを決定し、周波数特性の許容できる劣化度合に応
じてLの偏在領域を決定する。つまり、サンプリング周
期Tを当間隔で内分する場合、等分数をMとしてL/M
を劣化度合に応じて設定し、Mを決定する。サンプリン
グ周期Tを丁度1/2fに設定するのでなく、余裕を持
たせて1/2fよりも短く設定する場合、相応してL/
Mを大きくできる。場合によっては、回路構成を簡単に
するためにL=Mにすることを前提にして、サンプリン
グ周期Tを決定することも考えられる。
【0018】また、このような偏在した内分サンプリン
グ時点は、等分数Mを基準にするのでなく、例えば図3
Aの場合サンプリング周期Tの正規のサンプリング時点
を基準に9個の間欠的に発生する内分用サンプリングパ
ルスを基準にしても良い。さらに、図1の実施例におい
て、A/Dコンバータ2を周期T/Mで作動させるので
なく、実際に加算平均を行うL個の時点でのみA/D変
換動作を行わせても良い。加算平均をディジタル信号と
して加算したが、場合によっては遅延線路等を用いたア
ナログ式の加算を行っても良い。本発明は、心電図信号
に限らず、ホワイトノイズを抑制してS/N比を向上さ
せたいあらゆる入力信号の処理に対して適用でき、D/
A変換することなく、ディジタル信号のままデータ処理
を行う場合にも適用可能である。
【0019】
【発明の効果】以上、請求項1又は3の発明によれば、
複数個の同一信号を同相状態で加算する従来の加算平均
方法に対して、サンプリング周期間を内分した時系列の
加算平均により、ランダム雑音がリアルタイムで低減可
能になる。したがって、同一信号を複数個用意する必要
がなく、単に連続的に変化する信号中のホワイトノイズ
を低減させることも可能となり、回路構成も簡単で応用
範囲も拡がることになる。
【0020】請求項2又は4の発明によれば、内分サン
プリング時点をサンプリング周期ごとの正規のサンプリ
ング時点寄りに偏在させることにより、サンプリング信
号出力の周波数特性の劣化を抑制した上で、ホワイトノ
イズの低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のサンプリング方法を実施する回路の構
成を示すブロック図である。
【図2】同回路の動作タイミングを示す図である。
【図3】同回路の変形例の動作タイミングを示す図であ
る。
【図4】同回路に対応する通常サンプリング回路の出力
信号を示す図である。
【図5】同回路の出力信号を示す図である。
【図6】同回路の変形例の出力信号を示す図である。
【図7】同回路及びその変形例によるサンプリング回路
の周波数特性を対比する図であ
【符号の説明】
1 増幅器 5 モニタ部 6 レコーダ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力信号をサンプリングして所定のサン
    プリング周期で逐次サンプリング信号を出力するサンプ
    リング方法において、 前記サンプリング周期の正規のサンプリング時点に加え
    て、前記各サンプリング周期を内分した時点を含めた2
    個所以上のサンプリング時点で前記入力信号をサンプリ
    ングし、 前記各サンプリング周期ごとに、前記2個所以上のサン
    プリング時点でサンプリングされた複数のサンプリング
    信号を加算平均して正規のサンプリング信号として出力
    することを特徴とするサンプリング方法。
  2. 【請求項2】 内分したサンプリング時点を正規のサン
    プリング時点寄りに偏在させたことを特徴とする請求項
    1のサンプリング方法。
  3. 【請求項3】 入力信号をサンプリングして所定のサン
    プリング周期で逐次サンプリング信号を出力するサンプ
    リング回路において、 アナログ入力信号をA/D変換するA/Dコンバータ
    と、このA/DコンバータでA/D変換されたA/D変
    換信号を加算平均する加算平均手段と、前記サンプリン
    グ周期の正規のサンプリング時点に加えて、前記各サン
    プリング周期を内分した時点を含めた2個所以上のサン
    プリング時点で前記各A/DコンバータにA/D変換を
    行わせ、かつ前記各加算平均手段に前記各サンプリング
    周期ごとに、前記2個所以上のサンプリング時点で出力
    される複数の前記A/D変換信号を加算平均させた加算
    平均信号を前記各サンプリング周期ごとにリフレッシュ
    しつつ正規のサンプリング信号として出力させる制御手
    段とを備えたことを特徴とするサンプリング回路。
  4. 【請求項4】 内分したサンプリング時点をサンプリン
    グ周期のサンプリング時点寄りに偏在させたことを特徴
    とする請求項3のサンプリング回路。
JP30781592A 1992-10-23 1992-10-23 サンプリング方法及び回路 Pending JPH06139023A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016103820A (ja) * 2014-11-14 2016-06-02 ケースレー・インスツルメンツ・インコーポレイテッドKeithley Instruments,Inc. データ・サンプル生成方法
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CN112598536A (zh) * 2020-12-16 2021-04-02 上海全应科技有限公司 锅炉给粉机瞬时入炉煤量计算模型构建、计算方法及系统

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