JPH0731216B2 - Spectral analysis method and apparatus thereof - Google Patents

Spectral analysis method and apparatus thereof

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JPH0731216B2
JPH0731216B2 JP29793388A JP29793388A JPH0731216B2 JP H0731216 B2 JPH0731216 B2 JP H0731216B2 JP 29793388 A JP29793388 A JP 29793388A JP 29793388 A JP29793388 A JP 29793388A JP H0731216 B2 JPH0731216 B2 JP H0731216B2
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spectrum
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清仁 徳田
啓介 小田
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、音声、音響等の時系列信号の符号化伝送や、
合成もしくは認識等のための信号処理において、時系列
信号の周波数スペクトルを求めるスペクトル分析方法及
びその装置に関するものである。
The present invention relates to coded transmission of time series signals such as voice and sound, and
The present invention relates to a spectrum analysis method and apparatus for obtaining a frequency spectrum of a time-series signal in signal processing for synthesis or recognition.

(従来の技術) 従来、このような分野の技術としては、日野幹雄著「ス
ペクトル解析」(1977−10−1)朝倉書店、P.210−223
に記載されるものがあった。
(Prior Art) Conventionally, as a technology in such a field, Mikio Hino "Spectral Analysis" (1977-10-1) Asakura Shoten, P.210-223
There was something described in.

第2図は従来のスペクトル分析装置の一構成例を示す機
能ブロック図である。
FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of a conventional spectrum analyzer.

このスペクトル分析装置は、情報エントロピーを最大に
するようスペクトルを決定するという最大エントロピー
法(MEM)を用いて、ランダムデータのスペクトルを推
定するるものであり、共分散計算部1、反射係数計算部
2、予測係数計算部3、予測残差計算部4、及びスペク
トル計算部5より構成されている。
This spectrum analyzer estimates a spectrum of random data by using a maximum entropy method (MEM) that determines a spectrum so as to maximize information entropy, and includes a covariance calculation unit 1 and a reflection coefficient calculation unit. 2, a prediction coefficient calculation unit 3, a prediction residual calculation unit 4, and a spectrum calculation unit 5.

音声、音響等のディジタル化された時系列信号x(n)
が共分散計算部1に入力されると、共分散計算部1は共
分散φm-1(i,j;n)と入力パワーPo(n)を出力してそ
れを反射係数計算部2へ与える。共分散φm-1(i,j;n)
は、次数m=1,2,…,M、整数i,j=0,1,…,M、時刻をn
とした場合、(m−1)次の時の整数(i,j)のラグ(L
og;時間的ずれ)を持った共分散値である。入力信号パ
ワーPo(n)は、0次の時の予測残差パワー値である。
Digitized time-series signal x (n) of voice, sound, etc.
Is input to the covariance calculation unit 1, the covariance calculation unit 1 outputs the covariance φ m −1 (i, j; n) and the input power Po (n), and supplies it to the reflection coefficient calculation unit 2. . Covariance φ m -1 (i, j; n)
Is an order m = 1,2, ..., M, an integer i, j = 0,1, ..., M, and a time is n
, The integer (i, j) lag (L
og; temporal deviation). The input signal power Po (n) is a prediction residual power value at the 0th order.

反射係数計算部2は、共分散φm-1(i,j;n)と、予測係
数計算部3から出力される予測係数a(m−1,i;n)と
を入力し、反射係数γm(n)を生成してそれを予測係
数計算部3及び予測残差計算部4へ供給する。予測係数
a(m−1,i;n)は(m−1)次の時のi番目の予測係
数値であり、また反射係数γm(n)はm次の時の反射
係数値である。予測係数計算部3は、反射係数γm
(n)に基づき、m次の時のi番目の予測係数a(m,i;
n)を生成し、それをスペクトル計算部5へ与える。一
方、予測残差計算部4は、反射係数γm(n)及び入力
信号パワーPo(n)を入力し、m次の時の予測残差Pm
(n)を出力し、それをスペクトル計算部5へ供給す
る。
The reflection coefficient calculation unit 2 inputs the covariance φ m −1 (i, j; n) and the prediction coefficient a (m−1, i; n) output from the prediction coefficient calculation unit 3, and the reflection coefficient γm (N) is generated and supplied to the prediction coefficient calculation unit 3 and the prediction residual calculation unit 4. The prediction coefficient a (m−1, i; n) is the i-th prediction coefficient value in the (m−1) th order, and the reflection coefficient γm (n) is the reflection coefficient value in the mth order. The prediction coefficient calculation unit 3 calculates the reflection coefficient γm.
Based on (n), the i-th prediction coefficient a (m, i;
n) is generated and given to the spectrum calculation unit 5. On the other hand, the prediction residual calculation unit 4 inputs the reflection coefficient γm (n) and the input signal power Po ( n ), and calculates the prediction residual Pm for the m-th order.
(N) is output and supplied to the spectrum calculation section 5.

反射係数計算部2、予測係数計算部3及び予測残差計算
部4における計算は、再帰的に次数m=1からm=M
(但し、Mは最適次数)まで繰り返される。以上の処理
により得られた予測係数a(m,i;n)と予測残差Pm
(n)は、スペクトルを表現する特徴量であり、これか
らスペクトルが得られる。そこで、スペクトル計算部5
では、予測係数a(m,i;n)及び予測残差Pm(n)に基
づき、時系列信号x(n)のm次のスペクトルAm(f,
n)を生成し、それを出力する。Am(f,n)は、m次のス
ペクトル分析を行ったときの周波数f、時刻nにおける
振幅を示す。
Calculations in the reflection coefficient calculation unit 2, the prediction coefficient calculation unit 3, and the prediction residual calculation unit 4 recursively perform orders m = 1 to m = M.
(However, M is the optimum order). Prediction coefficient a (m, i; n) and prediction residual Pm obtained by the above processing
(N) is a feature quantity expressing a spectrum, and a spectrum is obtained from this. Therefore, the spectrum calculation unit 5
Then, based on the prediction coefficient a (m, i; n) and the prediction residual Pm (n), the m-th order spectrum Am (f, f of the time series signal x (n) is calculated.
n) and output it. Am (f, n) indicates the frequency f and the amplitude at time n when the m-th order spectrum analysis is performed.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記構成のスペクトル分析方法及びその
装置では、次のような課題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the spectrum analysis method and the apparatus thereof having the above configurations have the following problems.

(i) 共分散φm-1(i,j,n)とは、フレーム内での時
系列信号x(n)積の平均であるから、フレーム長が長
いほど、データ量が多くなって分析精度が高くなる。ま
た、分析における各フレーム間のフレーム周期(フレー
ムのずらし幅)を最大にする、つまり各フレームを重な
らないようにした場合には、フレーム間の遷移時に最大
の歪が生じる。そこで、各フレームを重ならせてフレー
ム周期を短くすれば、それに反比例して歪が小さくなる
が、データ処理量のほうは多くなって分析時間が長くな
るので、フレーム周期を短くするにも限度がある。
(I) The covariance φ m -1 (i, j, n) is the average of the time-series signal x (n) products within a frame, so the longer the frame length, the larger the amount of data and the accuracy of analysis. Becomes higher. Further, when the frame period (frame shift width) between the frames in the analysis is maximized, that is, when the frames are not overlapped, the maximum distortion occurs at the transition between the frames. Therefore, if each frame is overlapped and the frame cycle is shortened, the distortion decreases in inverse proportion to it, but since the amount of data processing increases and the analysis time increases, it is also possible to shorten the frame cycle. There is.

このように、分析におけるフレーム周期に対応した歪が
生じ、フレーム周期を短くせずに、つまりデータ処理量
を多くせずに、その歪を除去することが困難であった。
In this way, distortion corresponding to the frame cycle in the analysis occurs, and it is difficult to remove the distortion without shortening the frame cycle, that is, without increasing the data processing amount.

(ii) 最大エントロピー法(MEM)は、定常性の信号
処理を前提としているため、例えば音声における「子
音」のような非定常性の強い信号(時間に対する振幅の
急峻な信号)を分析する際には、分析誤差が生じる。
(Ii) The maximum entropy method (MEM) is based on the premise of stationary signal processing, and therefore, for example, when analyzing a signal with strong non-stationarity (a signal having a sharp amplitude with respect to time) such as "consonant" in speech. Causes an error in analysis.

本発明は前記従来技術が持っていた課題として、フレー
ム周期に依存した歪と、入力信号の非定常性による分析
誤差の点について解決したスペクトル分析方法及びその
装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a spectrum analysis method and an apparatus therefor, which solve the problems of the above-mentioned prior art with respect to distortion depending on the frame period and analysis error due to non-stationarity of the input signal.

(課題を解決するための手段) 前記課題を解決するために、請求項1の発明は、時系列
信号より共分散値または自己相関値を算出し、その値よ
り前記時系列信号の周波数スペクトルを求めるスペクト
ル分析方法において、フレーム内の前記時系列信号の信
号積を求め、前記信号積の高周波成分を除去し、前記フ
レーム内における前記高周波成分除去後の信号積を加算
して前記共分散値または自己相関値を算出するようにし
たものである。
(Means for Solving the Problem) In order to solve the problem, the invention of claim 1 calculates a covariance value or an autocorrelation value from a time-series signal, and calculates the frequency spectrum of the time-series signal from the calculated value. In the spectrum analysis method to be obtained, the signal product of the time-series signal in a frame is obtained, high-frequency components of the signal product are removed, and the signal products after removal of the high-frequency components in the frame are added to obtain the covariance value or The autocorrelation value is calculated.

また、請求項2の発明は、時系列信号より共分散値また
は自己相関値を算出する第1の演算手段と、前記共分散
値または自己相関値より前記時系列信号の周波数スペク
トルを算出する第2の演算手段とを備えたスペクトル分
析装置において、前記第1の演算手段は、フレーム内の
前記時系列信号の信号積を算出する信号積計算部と、前
記信号積の高周波成分を除去する歪除去フィルタと、前
記歪除去フィルタの出力を入力して前記フレーム内の和
を求めて前記共分散値または自己相関値を算出する加算
部とで、構成したものである。
According to a second aspect of the present invention, a first calculation means for calculating a covariance value or an autocorrelation value from the time series signal, and a frequency spectrum of the time series signal from the covariance value or the autocorrelation value are calculated. In the spectrum analyzer including the second calculation means, the first calculation means includes a signal product calculation unit that calculates a signal product of the time-series signals in a frame, and a distortion that removes a high-frequency component of the signal product. A removal filter and an addition unit that inputs the output of the distortion removal filter, calculates the sum within the frame, and calculates the covariance value or the autocorrelation value.

(作 用) 請求項1,2の発明によれば、以上のようにスペクトル分
析方法及びその装置を構成したので、信号積計算部は時
系列信号の信号積を求め、その信号積の高周波分が歪除
去フィルタで除去されるので、フレーム周期に依存した
歪と、入力信号の非定常性による分析誤差とが、除去さ
れる。その後、歪除去フィルタの出力が加算部で演算さ
れ、共分散値または自己相関値が出力されるので、これ
らの出力値からスペクトルを求めれば、高精度なスペク
トル分析が可能となる。従って、前記課題を解決できる
のである。
(Operation) According to the inventions of claims 1 and 2, since the spectrum analysis method and the apparatus thereof are configured as described above, the signal product calculation unit obtains the signal product of the time-series signal and calculates the high-frequency component of the signal product. Is removed by the distortion removal filter, so that the distortion depending on the frame period and the analysis error due to the non-stationarity of the input signal are removed. After that, the output of the distortion removal filter is calculated by the addition unit, and the covariance value or the autocorrelation value is output. Therefore, if a spectrum is obtained from these output values, highly accurate spectrum analysis becomes possible. Therefore, the above problem can be solved.

(実施例) 第1図は本発明の第1の実施例を示すもので、共分散を
用いる最大エントロピー法によりスペクトル分析を行う
スペクトル分析装置の機能ブロック図である。
(Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention and is a functional block diagram of a spectrum analyzer for performing spectrum analysis by the maximum entropy method using covariance.

このスペクトル分析装置は、音声、音響等のディジタル
化された時系列信号x(n)より、m次の時の整数(i,
j)を持った共分散ψm(i,j;n)と、0次の時の入力信
号パワーPo(n)とを求める第1の演算手段である歪除
去共分散計算部10を備え、その歪除去共分散計算部10の
出力側に第2の演算手段が接続されている。
This spectrum analyzer is based on a digitized time series signal x (n) of voice, sound, etc., and is an integer (i,
j) and a distortion removal covariance calculation unit 10 which is a first calculation means for obtaining the 0th-order input signal power Po (n) and the covariance ψm (i, j; n) The second computing means is connected to the output side of the distortion removal covariance calculation unit 10.

歪除去共分散計算部10は、ディジタル・シグナル・プロ
セッサ、あるいは個別の演算回路等で構成されるもの
で、信号積計算部11、歪除去フィルタ12及び加算部13よ
り構成されている。信号積計算部11は、時系列信号x
(n)の信号積v(τ,n)を算出する機能を有してい
る。x(n),v(τ,n)において、nは時刻、τ=j−
i=0,1,…,M、i,jは整数である。歪除去フィルタ12
は、信号積v(τ,n)を入力してフィルタリングを行
い、高周波成分、つまり歪成分を除いた信号積(τ,
n)を出力する機能を有し、例えば「ディジタル信号処
理の応用」3版(昭58−7−10)電子通信学会、P.14−
59に記載された非巡回型フィルタ(FIR)や巡回型フィ
ルタ(IIR)等で構成されている。加算部13は、信号積
(τ,n)を入力し、共分散ψm(i,j;n)及び入力信
号パワーPo(n)を出力してそれらを第2の演算手段に
与える機能を有している。ψm(i,j;n)において、次
数m=1,2,…,M、整数i,j=0,1,…Mである。
The distortion removal covariance calculation unit 10 is configured by a digital signal processor, an individual arithmetic circuit, or the like, and includes a signal product calculation unit 11, a distortion removal filter 12, and an addition unit 13. The signal product calculator 11 calculates the time-series signal x
It has a function of calculating the signal product v (τ, n) of (n). In x (n), v (τ, n), n is time and τ = j−
i = 0,1, ..., M, i, j are integers. Distortion removal filter 12
Input the signal product v (τ, n) and perform filtering, and remove the high-frequency component, that is, the distortion component,
n) is output, for example, "Applications of Digital Signal Processing", 3rd edition (Sho 58-7-10) The Institute of Electronics and Communication Engineers, P.14-
It is composed of a non-recursive filter (FIR) and a recursive filter (IIR) described in 59. The adder 13 has a function of inputting the signal product (τ, n), outputting the covariance ψm (i, j; n) and the input signal power Po (n), and giving them to the second arithmetic means. is doing. In ψm (i, j; n), the order is m = 1,2, ..., M and the integers i, j = 0,1, ... M.

第2の演算手段は次数(m−1)の共分散ψm(i,j;
n)と、入力信号パワーPo(n)より、時系列信号x
(n)波形の成分におけるm次の時の振幅Amを周波数f
の関数として表わしたスペクトルAm-1(f,n)を算出す
る機能を有している。この第2の演算手段は、ディジタ
ル・シグナル・プロセッサ、あるいは個別の演算回路等
で構成されるもので、反射係数計算部20、予測係数計算
部21、予測残差計算部22、及びスペクトル計算部23より
構成されている。反射係数計算部20は、共分散ψm
-1(i,j;n)と、予測係数計算部21より出力される(m
−1)次の時のi番目の予測係数a(m−1,i;n)とを
入力し、m次の反射係数γm(n)を出力してそれを予
測係数計算部21及び予測残差計算部22へ供給する機能を
有している。予測係数計算部21は、反射係数γm(n)
に基づき、m次の時のi番目の予測係数a(m,i;n)を
出力してそれをスペクトル計算部23へ供給する機能を有
している。予測残差計算部22は、反射係数γm(n)と
入力信号パワーPo(n)を入力し、m次の予測残差Pm
(n)を出力してそれをスペクトル計算部23へ与える機
能を有している。スペクトル計算部23は、予測係数a
(m,i;n)と予測残差Pm(n)より、スペクトルAn(f,
n)を出力する機能を有している。
The second calculation means is a covariance ψm (i, j;
n) and the input signal power Po (n), the time series signal x
(N) The amplitude Am at the m-th order in the waveform component is set to the frequency f.
It has a function of calculating the spectrum Am −1 (f, n) expressed as a function of. The second calculation means is composed of a digital signal processor, an individual calculation circuit, or the like, and includes a reflection coefficient calculation unit 20, a prediction coefficient calculation unit 21, a prediction residual calculation unit 22, and a spectrum calculation unit. It consists of 23. The reflection coefficient calculation unit 20 determines the covariance ψm
-1 (i, j; n), and output from the prediction coefficient calculation unit 21 (m
-1) Input the i-th prediction coefficient a (m−1, i; n) at the next time, output the m-th order reflection coefficient γm (n), and output it to the prediction coefficient calculation unit 21 and the prediction residual. It has a function of supplying it to the difference calculation unit 22. The prediction coefficient calculation unit 21 calculates the reflection coefficient γm (n)
Based on, the i-th prediction coefficient a (m, i; n) for the m-th order is output and supplied to the spectrum calculation unit 23. The prediction residual calculation unit 22 inputs the reflection coefficient γm (n) and the input signal power Po (n), and calculates the m-th order prediction residual Pm.
It has a function of outputting (n) and giving it to the spectrum calculation section 23. The spectrum calculation unit 23 uses the prediction coefficient a.
From (m, i; n) and the prediction residual Pm (n), the spectrum An (f,
n) is output.

第3図は第1図中の歪除去フィルタ12の構成図である。
この歪除去フィルタ12は、各信号積v(0,n),…,v
(τ,n),…,v(M,n)の歪成分をそれぞれ除去した信
号積(0,n),…,(τ,n),…,(M,n)を出力
するフィルタ12−0,…,12−τ,…,12−Mで構成されて
いる。ここで、τ=0,1,…,Mである。
FIG. 3 is a block diagram of the distortion removal filter 12 in FIG.
The distortion removal filter 12 is provided with each signal product v (0, n), ..., v
Filter that outputs the signal products (0, n), ..., (τ, n), ..., (M, n) from which the distortion components of (τ, n), ..., v (M, n) are removed respectively 12- It is composed of 0, ..., 12−τ, ..., 12-M. Here, τ = 0, 1, ..., M.

以上のように構成されるスペクトル分析装置の動作を説
明する。
The operation of the spectrum analyzer configured as above will be described.

アナログ/ディジタル変換器等でディジタル化された時
系列信号x(n)が信号積計算部11に入力されると、信
号積計算部11は次式より時系列信号x(n)の積v
(τ,n)を求める。
When the time series signal x (n) digitized by an analog / digital converter or the like is input to the signal product calculation unit 11, the signal product calculation unit 11 calculates the product v of the time series signal x (n) from the following equation.
Find (τ, n).

v(τ,n)=x(n)・x(n−τ) …(1) 但し、τ=0,1,…,M 歪除去フィルタ12を例えば非巡回型フィルタで構成した
場合、そのフィルタは次式のたたみ込み演算を行って信
号積v(τ,n)より歪成分を除去した信号積(τ,n)
を出力する。
v (τ, n) = x (n) · x (n−τ) (1) where τ = 0,1, ..., M When the distortion removal filter 12 is composed of, for example, a non-recursive filter, the filter Is the signal product (τ, n) with the distortion component removed from the signal product v (τ, n) by performing the convolution operation of
Is output.

但し、フィルタのタップ数η=0.1,…,H H(η);フィルタのタップ係数 加算部13は信号積(τ,n)を入力し、整数iとjの大
小関係を比較判断して次の(3−1)式よりm次の共分
散ψm(i,j;n)を求めると共に、次の(3−2)式よ
り0次の入力信号パワーPo(n)を求める。
However, the number of filter taps η = 0.1, ..., H H (η); filter tap coefficient The addition unit 13 inputs the signal product (τ, n), compares and judges the magnitude relationship between integers i and j, and then The m-th order covariance ψm (i, j; n) is obtained from the equation (3-1) and the 0th-order input signal power Po (n) is obtained from the following equation (3-2).

j≧iのとき 但し、n,k;時刻 m;次数 n;フレーム長 τ=j−i i<jのとき ψm(i,j;n)=ψm-1(i,j;n) …(3−2) 次に、反射係数計算部20は、1次前の共分散ψm-1(i,
j;n)と予測係数a(m−1,i;n)を入力し、次式より反
射係数γm(n)を求める。
When j ≧ i However, when n, k; time m; order n; frame length τ = j−i i <j ψm (i, j; n) = ψm −1 (i, j; n) (3-2) Next, the reflection coefficient calculation unit 20 determines the covariance ψ m −1 (i,
j; n) and the prediction coefficient a (m-1, i; n) are input, and the reflection coefficient γm (n) is obtained from the following equation.

但し、 a(m,0;n)=1 予測係数計算部21は、反射係数γm(n)を入力して次
式より予測係数a(m,i;n)を求める。
However, a (m, 0; n) = 1 The prediction coefficient calculation unit 21 inputs the reflection coefficient γm (n) and obtains the prediction coefficient a (m, i; n) from the following equation.

a(m,i;n) =a(m−1,i;n)+γm(n)・a(m−1,m−i;n)
…(6) 予測残差計算部22は、反射係数γm(n)と入力信号パ
ワーPo(n)を入力して次式より予測残差Pm(n)を求
める。
a (m, i; n) = a (m−1, i; n) + γm (n) · a (m−1, m−i; n)
(6) The prediction residual calculation unit 22 inputs the reflection coefficient γm (n) and the input signal power Po (n) and calculates the prediction residual Pm (n) from the following equation.

Pm(n)=Pm-1(n){1−(γm(n))} …
(7) 以上の(5),(6),(7)式の計算は、再帰的に次
数m=1からm=Mまで繰り返される。また、(1),
(2),(3−1),(3−2),(4)式の計算は毎
時刻nごとに行われるのに対し、(5),(6),
(7)式の計算は毎時刻nごとに行う必要はなく、実際
にスペクトルを必要とするフレーム周期(間隔)ごとに
1回行えばよい。
Pm (n) = Pm −1 (n) {1- (γm (n)) 2 } ...
(7) The above calculations of the equations (5), (6) and (7) are recursively repeated from the order m = 1 to m = M. Also, (1),
While the calculation of the expressions (2), (3-1), (3-2), and (4) is performed every time n, (5), (6),
The calculation of the equation (7) does not have to be performed every time n, but may be performed once for each frame period (interval) that actually requires a spectrum.

以上の処理で得られた予測係数a(m,i;n)と予測残差P
m(n)はスペクトルを表現する特徴量であるため、こ
れらを音声符号化伝送や、合成もしくは認識等の信号処
理に直接利用することも可能である。
Prediction coefficient a (m, i; n) and prediction residual P obtained by the above processing
Since m (n) is a feature quantity expressing a spectrum, it is possible to directly use these for voice coding transmission and signal processing such as synthesis or recognition.

次に、必要に応じてスペクトル計算部23では、予測係数
a(m,i;n)及び予測残差Pm(n)を入力して次式より
スペクトルAm(f,n)を求める。
Next, if necessary, the spectrum calculation unit 23 inputs the prediction coefficient a (m, i; n) and the prediction residual Pm (n) to obtain the spectrum Am (f, n) from the following equation.

但し、Am;振幅 f;周波数 Δt;サンプリング間隔 以上のように、第1の実施例では、時系列信号x(n)
からその信号積v(τ,n)を算出し、その積v(τ,n)
から歪成分を除去した信号積(τ,n)を求めた後、共
分散ψm(i,j;n)及び入力信号パワーPo(n)を算出
するようにしたので、フレーム周期を短くせずに、つま
りデータ処理量を増大させずに、フレーム周期と、時系
列信号x(n)の非定常性とに対応する分析誤差を的確
に除去することができ、それによって高ノイズ下での正
確なスペクトル分析が可能になる。
However, Am; amplitude f; frequency Δt; sampling interval As described above, in the first embodiment, the time series signal x (n)
The signal product v (τ, n) is calculated from
Since the covariance ψm (i, j; n) and the input signal power Po (n) are calculated after obtaining the signal product (τ, n) from which the distortion component has been removed, the frame cycle is not shortened. That is, the analysis error corresponding to the frame period and the non-stationarity of the time-series signal x (n) can be accurately removed without increasing the data processing amount, and thereby the accuracy under high noise can be improved. Spectrum analysis becomes possible.

第4図(a),(b)は、従来と第1の実施例のスペク
トル分析測定図である。この図では、テストデータとし
て音声信号を用い、“pau(パウ)”と発声した時のス
ペクトル分析結果が示されている。横軸は周波数f(H
z)、縦軸は時刻nであり、縦軸方向に振幅Amが3次元
的に表現されている。第4図(a),(b)から明らか
なように、第4図(b)に示す第1の実施例では、縦方
向の振幅Amの変化がなだらかになっており、フレー周期
に対応した歪が除去されていることがわかる。
FIGS. 4 (a) and 4 (b) are spectrum analysis measurement diagrams of the conventional example and the first example. In this figure, the result of spectrum analysis is shown when a voice signal is used as the test data and "pau" is uttered. The horizontal axis is frequency f (H
z), the vertical axis is the time n, and the amplitude Am is three-dimensionally expressed in the vertical axis direction. As is apparent from FIGS. 4 (a) and 4 (b), in the first embodiment shown in FIG. 4 (b), the change in the amplitude Am in the vertical direction is gentle and corresponds to the frame period. It can be seen that the distortion has been removed.

第5図は本発明の第2の実施例を示すもので、共分散を
用いる共分散法によりスペクトル分析を行うスペクトル
分析装置の機能ブロック図であり、第1図中の要素と共
通の要素には同一の符号が付されている。
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention, and is a functional block diagram of a spectrum analyzer for performing spectrum analysis by a covariance method using covariance. Elements common to those shown in FIG. Are given the same reference numerals.

このスペクトル分析装置では、第1の演算手段である歪
除去共分散計算部10が第1の実施例と同一構成である
が、その出力側に接続された第2の演算手段が、行列計
算部30及びスペクトル計算部23で構成されている点が第
1の実施例と異なっている。
In this spectrum analyzer, the distortion removing covariance calculating unit 10 as the first calculating unit has the same configuration as that of the first embodiment, but the second calculating unit connected to the output side thereof has the matrix calculating unit. It is different from the first embodiment in that it is composed of 30 and a spectrum calculation unit 23.

行列計算部30は、加算部13から出力される共分散ψm
(i,j;n)を入力し、次式より予測係数a(m,i;n)を求
める。
The matrix calculation unit 30 outputs the covariance ψm output from the addition unit 13.
(I, j; n) is input and the prediction coefficient a (m, i; n) is calculated from the following equation.

スペクトル計算部23は、予測係数a(m,j;n)を入力
し、前記(7)式において分子の予測残差Pm(n)=1
とおいてスペクトルAm(f,n)を求める。これにより、
前記第1の実施例とほぼ同様の効果が得られる。
The spectrum calculation unit 23 inputs the prediction coefficient a (m, j; n), and in the equation (7), the prediction residual Pm (n) = 1 of the numerator.
Then, the spectrum Am (f, n) is obtained. This allows
The same effect as that of the first embodiment can be obtained.

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。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。
The present invention is not limited to the illustrated embodiment, and various modifications can be made. The following are examples of such modifications.

第1図及び第5図の加算部13において、前記(3−1)
式を とおいて演算すれば、共分散値に代えて自己相関値が求
まるので、その自己相関値を用いてスペクトルAm(f,
n)を算出すれば、前記第1,第2の実施例と同様の作
用、効果が得られる。
In the adder 13 shown in FIGS. 1 and 5, (3-1)
Expression If the calculation is performed, the autocorrelation value can be obtained instead of the covariance value. Therefore, using the autocorrelation value, the spectrum Am (f,
If n) is calculated, the same operation and effect as those of the first and second embodiments can be obtained.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明のスペクトル分析方
法及びその装置によれば、時系列信号からその信号積を
算出し、その信号積から歪成分を除去した後、共分散値
または自己相関値を算出するようにしたので、フレーム
周期を短くせずに、つまりデータ処理量を増大させず
に、フレーム周期に対応した歪を的確に除去できると共
に、非定常性の強い時系列信号の分析誤差を減少するこ
とができる。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the spectrum analysis method and the apparatus thereof of the present invention, the signal product is calculated from a time-series signal, the distortion component is removed from the signal product, and then the covariance is obtained. Since the value or autocorrelation value is calculated, the distortion corresponding to the frame period can be accurately removed without shortening the frame period, that is, without increasing the data processing amount, and when the non-stationarity is strong. It is possible to reduce the analysis error of the serial signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例を示すスペクトル分析装
置の機能ブロック図、第2図は従来のスペクトル分析装
置の構成ブロック図、第3図は第1図中の歪除去フィル
タの構成図、第4図(a),(b)はスペクトル分析測
定図、第5図は本発明の第2の実施例を示すスペクトル
分析装置の機能ブロック図である。 10……歪除去共分散計算部、11……信号積計算部、12…
…歪除去フィルタ、13……加算部、20……反射係数計算
部、21……予測係数計算部、22……予測残差計算部、23
……スペクトル計算部、30……行列計算部、x(n)…
…時系列信号、Am(f,n)……スペクトル。
FIG. 1 is a functional block diagram of a spectrum analyzer showing the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a conventional spectrum analyzer, and FIG. 3 is a configuration of a distortion elimination filter in FIG. FIGS. 4 (a) and 4 (b) are spectrum analysis measurement diagrams, and FIG. 5 is a functional block diagram of the spectrum analyzer showing the second embodiment of the present invention. 10 …… Distortion removal covariance calculator, 11 …… Signal product calculator, 12…
... Distortion removal filter, 13 ... Addition unit, 20 ... Reflection coefficient calculation unit, 21 ... Prediction coefficient calculation unit, 22 ... Prediction residual calculation unit, 23
...... Spectrum calculator, 30 …… Matrix calculator, x (n) ...
… Time series signal, Am (f, n) …… Spectrum.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】時系列信号より共分散値または自己相関値
を算出し、その値より前記時系列信号の周波数スペクト
ルを求めるスペクトル分析方法において、 フレーム内の前記時系列信号の信号積を求め、 前記信号積の高周波成分を除去し、 前記フレーム内における前記高周波成分除去後の信号積
を加算して前記共分散値または自己相関値を算出するこ
とを特徴とするスペクトル分析方法。
1. A spectrum analysis method for calculating a covariance value or an autocorrelation value from a time-series signal and obtaining a frequency spectrum of the time-series signal from the value, for obtaining a signal product of the time-series signal in a frame, A spectrum analysis method, wherein a high frequency component of the signal product is removed, and the signal products after the removal of the high frequency component in the frame are added to calculate the covariance value or the autocorrelation value.
【請求項2】時系列信号より共分散値または自己相関値
を算出する第1の演算手段と、前記共分散値または自己
相関値より前記時系列信号の周波数スペクトルを算出す
る第2の演算手段とを備えたスペクトル分析装置におい
て、 前記第1の演算手段は、 フレーム内の前記時系列信号の信号積を算出する信号積
計算部と、 前記信号積の高周波成分を除去する歪除去フィルタと、 前記歪除去フィルタの出力を入力して前記フレーム内の
和を求めて前記共分散値または自己相関値を算出する加
算部とで、 構成したことを特徴とするスペクトル分析装置。
2. A first arithmetic means for calculating a covariance value or an autocorrelation value from the time series signal, and a second arithmetic means for calculating a frequency spectrum of the time series signal from the covariance value or the autocorrelation value. In the spectrum analyzer including the above, the first calculation means includes a signal product calculation unit that calculates a signal product of the time-series signals in a frame, a distortion removal filter that removes a high-frequency component of the signal product, A spectrum analysis device comprising: an addition unit that receives the output of the distortion removal filter and calculates the sum within the frame to calculate the covariance value or the autocorrelation value.
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