JP3379624B2 - 波形同期方法 - Google Patents
波形同期方法Info
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- JP3379624B2 JP3379624B2 JP03181497A JP3181497A JP3379624B2 JP 3379624 B2 JP3379624 B2 JP 3379624B2 JP 03181497 A JP03181497 A JP 03181497A JP 3181497 A JP3181497 A JP 3181497A JP 3379624 B2 JP3379624 B2 JP 3379624B2
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- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、音響信号処理、
通信、およびその他の分野における一次元信号処理にお
いて、処理対象の波形と、基準波形とが与えられたとき
に、処理対象の波形の位相を基準波形の位相に同期させ
る方法に関する。
通信、およびその他の分野における一次元信号処理にお
いて、処理対象の波形と、基準波形とが与えられたとき
に、処理対象の波形の位相を基準波形の位相に同期させ
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、位相同期方法に関しては、位相ロ
ックループ、すなわちローパスフィルタと位相比較器と
による閉ループ回路を用いて対象波形の位相を制御する
方法が知られている。しかし、この方法は、正弦波およ
び方形波など単純な波形の位相を制御することを前提と
して、波形の基本周期の取得やＦＭ検波等の目的で設計
されたものであって、例えばあるピアノと他のピアノと
の同一高さの音の波形のような複雑な成分をもつ波形に
対して局所的な伸縮を行うことで位相を制御することは
できないという欠点があった。
ックループ、すなわちローパスフィルタと位相比較器と
による閉ループ回路を用いて対象波形の位相を制御する
方法が知られている。しかし、この方法は、正弦波およ
び方形波など単純な波形の位相を制御することを前提と
して、波形の基本周期の取得やＦＭ検波等の目的で設計
されたものであって、例えばあるピアノと他のピアノと
の同一高さの音の波形のような複雑な成分をもつ波形に
対して局所的な伸縮を行うことで位相を制御することは
できないという欠点があった。
【０００３】また、線形予測分析、自己相関分析など信
号処理の手法を用いて基準波形の基本周期を抽出し、こ
れに同期させて対象波形の位相を適応的に制御する方法
が知られている。しかしながら、これらの方法では、基
準波形が複数の基本周期からなる波形の和であった場合
に、適切な位相同期処理ができないという欠点があっ
た。
号処理の手法を用いて基準波形の基本周期を抽出し、こ
れに同期させて対象波形の位相を適応的に制御する方法
が知られている。しかしながら、これらの方法では、基
準波形が複数の基本周期からなる波形の和であった場合
に、適切な位相同期処理ができないという欠点があっ
た。
【０００４】従って、上記の各方法は、基準波形が複数
の相異なる基本周期をもつ波形の和で構成されている場
合、すなわち例えばピアノの和音のような複数の周波数
成分からなる複雑な波形である場合に、その中の任意の
周波数成分の位相を基準として対象波形の位相を同期さ
せたい場合にあっては、十分な位相同期処理が期待し難
い。
の相異なる基本周期をもつ波形の和で構成されている場
合、すなわち例えばピアノの和音のような複数の周波数
成分からなる複雑な波形である場合に、その中の任意の
周波数成分の位相を基準として対象波形の位相を同期さ
せたい場合にあっては、十分な位相同期処理が期待し難
い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、基準波形
が複数の相異なる基本周期をもつ波形の和で構成されて
いる場合、すなわち複数の周波数成分からなる場合で
も、その中の任意の周波数成分の位相を基準として対象
波形に対して局所的な伸縮を行うことで位相を同期させ
ることができ、公知の方法と比較して自由度の高い波形
位相同期方法を提供することを目的としている。
が複数の相異なる基本周期をもつ波形の和で構成されて
いる場合、すなわち複数の周波数成分からなる場合で
も、その中の任意の周波数成分の位相を基準として対象
波形に対して局所的な伸縮を行うことで位相を同期させ
ることができ、公知の方法と比較して自由度の高い波形
位相同期方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、基準
波形時系列および対象波形時系列に含まれるほぼ同一の
周波数成分の位相差の時系列を取得し、その各位相差を
時間方向の移動量に換算して時間移動量の時系列を得、
その時間移動量の時系列の各時間移動量ごとに、対象波
形の時系列の対応するものを遅らせ又は進ませる。
波形時系列および対象波形時系列に含まれるほぼ同一の
周波数成分の位相差の時系列を取得し、その各位相差を
時間方向の移動量に換算して時間移動量の時系列を得、
その時間移動量の時系列の各時間移動量ごとに、対象波
形の時系列の対応するものを遅らせ又は進ませる。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に、この発明の実施形態につい
て図面を用いて説明する。図１は、この発明による波形
位相同期方法を適用した波形位相同期装置の機能構成例
である。この波形位相同期装置１０は、その基準入力端
子１１からの基準波形と少なくとも１つの対象入力端子
１２からの少なくとも一つの対象波形とを入力とし、対
象波形に対して位相同期処理を行った波形を出力端子１
３に出力する。
て図面を用いて説明する。図１は、この発明による波形
位相同期方法を適用した波形位相同期装置の機能構成例
である。この波形位相同期装置１０は、その基準入力端
子１１からの基準波形と少なくとも１つの対象入力端子
１２からの少なくとも一つの対象波形とを入力とし、対
象波形に対して位相同期処理を行った波形を出力端子１
３に出力する。
【０００８】基準波形及び対象波形は例えば４８ｋＨｚ
とか９６ｋＨｚとかでサンプリングされ、デジタル値の
時系列としてそれぞれ入力され、周期性取得手段１４，
１５でそれぞれ基準波形および対象波形に含まれている
周期性が周波数成分として抽出される。位相差取得手段
１６でこれら抽出された基準波形の周期性すなわち周波
数成分の周波数と、対象波形の周期性すなわち周波数成
分の周波数とを比較して、同期させるべき周期性（周波
数）を決定乃至取得、その周波数を通過域とする狭帯域
通過フィルタなどの位相抽出手段によって、同期させる
べき周波数成分の位相差の時系列が抽出される。この位
相差時系列の抽出処理については後で詳細に説明する。
とか９６ｋＨｚとかでサンプリングされ、デジタル値の
時系列としてそれぞれ入力され、周期性取得手段１４，
１５でそれぞれ基準波形および対象波形に含まれている
周期性が周波数成分として抽出される。位相差取得手段
１６でこれら抽出された基準波形の周期性すなわち周波
数成分の周波数と、対象波形の周期性すなわち周波数成
分の周波数とを比較して、同期させるべき周期性（周波
数）を決定乃至取得、その周波数を通過域とする狭帯域
通過フィルタなどの位相抽出手段によって、同期させる
べき周波数成分の位相差の時系列が抽出される。この位
相差時系列の抽出処理については後で詳細に説明する。
【０００９】この抽出された角度を単位とする位相差の
時系列は時間移動量算出手段１７で時間を単位とする時
間差、つまり時間移動量の時系列に換算される。この時
間差（移動量）の時系列を参照しながら、波形遅延手段
１８で対象波形について時間シフトが行われる。負の遅
延量を考えれば、遅れだけではなく波形の進みも考慮さ
れる。
時系列は時間移動量算出手段１７で時間を単位とする時
間差、つまり時間移動量の時系列に換算される。この時
間差（移動量）の時系列を参照しながら、波形遅延手段
１８で対象波形について時間シフトが行われる。負の遅
延量を考えれば、遅れだけではなく波形の進みも考慮さ
れる。
【００１０】次に、上述した各手段１４〜１８における
各処理を具体的に説明する。周期性取得手段１４，１５
では、図２に示すように入力される波形、すなわち基準
波形と対象波形のそれぞれを読み込んで（ステップ３０
１）、狭帯域通過フィルタバンクなどの方法で周波数解
析を行う（ステップ３０２）。例えば１オクターブ当た
り４０個とか９０個程度の狭帯域通過フィルタを用いて
何れのフィルタから出力が得られたかにより解析する。
あるいはいわゆるＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理など
により周波数解析を行う。
各処理を具体的に説明する。周期性取得手段１４，１５
では、図２に示すように入力される波形、すなわち基準
波形と対象波形のそれぞれを読み込んで（ステップ３０
１）、狭帯域通過フィルタバンクなどの方法で周波数解
析を行う（ステップ３０２）。例えば１オクターブ当た
り４０個とか９０個程度の狭帯域通過フィルタを用いて
何れのフィルタから出力が得られたかにより解析する。
あるいはいわゆるＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理など
により周波数解析を行う。
【００１１】次に、この周波数解析によって時間周波数
平面上でのパワー表現が得られるので、周波数方向での
パワーの極大点（ローカルピーク）を見出す（ステップ
３０３）。続いて、時間的に連続するローカルピークを
接続して、一続きのローカルピークとする（ステップ３
０４）。ローカルピークを時間的に接続したものは、周
波数成分と呼ばれ、もとの波形に存在する色々な周期性
を表現したものである。この周波数成分を周期性情報と
して出力する（ステップ３０５）。
平面上でのパワー表現が得られるので、周波数方向での
パワーの極大点（ローカルピーク）を見出す（ステップ
３０３）。続いて、時間的に連続するローカルピークを
接続して、一続きのローカルピークとする（ステップ３
０４）。ローカルピークを時間的に接続したものは、周
波数成分と呼ばれ、もとの波形に存在する色々な周期性
を表現したものである。この周波数成分を周期性情報と
して出力する（ステップ３０５）。
【００１２】位相差取得手段１６では、図３に示すよう
に、まず、基準波形と対象波形に存在する周期性の中
で、同期をとるものを選択して、その周期性に合わせて
狭帯域通過フィルタの中心周波数を設定する（ステップ
４０１）。同期をとる周期性すなわち周波数成分の組の
選択、つまり基準波形中の同期基準の周波数成分と対象
波形中の同期をとりたい周波数成分との選択は、外部か
らの選択によるか、あるいはステップ４０１において、
対象波形の基本周波数を選択したり（基準波形にその選
択した基本周波数に近い成分がある）、基準波形と対象
波形とで最も近接した周波数成分を選択したりするなど
任意の設計が可能である。何れの場合でも選択した基本
波形の周波数と対象波形の周波数とは共に前記狭帯域通
過フィルタを通過するようにする。このように、波形に
含まれる複数種類の周期性を任意に選択して同期をとる
ことができるのがこの発明の利点である。狭帯域通過フ
ィルタの中心周波数を設定すると、基準波形に狭帯域通
過フィルタを適用して出力波形を得て（ステップ４０
２）、その出力波形の位相の時系列を求めて記憶する
（ステップ４０３）。狭帯域通過フィルタの出力は正弦
波に近いので、各時刻での位相の計算は容易である。
に、まず、基準波形と対象波形に存在する周期性の中
で、同期をとるものを選択して、その周期性に合わせて
狭帯域通過フィルタの中心周波数を設定する（ステップ
４０１）。同期をとる周期性すなわち周波数成分の組の
選択、つまり基準波形中の同期基準の周波数成分と対象
波形中の同期をとりたい周波数成分との選択は、外部か
らの選択によるか、あるいはステップ４０１において、
対象波形の基本周波数を選択したり（基準波形にその選
択した基本周波数に近い成分がある）、基準波形と対象
波形とで最も近接した周波数成分を選択したりするなど
任意の設計が可能である。何れの場合でも選択した基本
波形の周波数と対象波形の周波数とは共に前記狭帯域通
過フィルタを通過するようにする。このように、波形に
含まれる複数種類の周期性を任意に選択して同期をとる
ことができるのがこの発明の利点である。狭帯域通過フ
ィルタの中心周波数を設定すると、基準波形に狭帯域通
過フィルタを適用して出力波形を得て（ステップ４０
２）、その出力波形の位相の時系列を求めて記憶する
（ステップ４０３）。狭帯域通過フィルタの出力は正弦
波に近いので、各時刻での位相の計算は容易である。
【００１３】前述したように入力波形はデジタル値の時
系列であり、フィルタ処理もデジタル処理、つまり演算
により行われ、フィルタ出力としての正弦波もデジタル
値の時系列として得られ、その時系列におけるデジタル
値の符号（サインビット）が正から負、又は負から正に
それぞれ変化した隣接処理（演算）時刻ｋとｋ＋１の間
にその正弦波のゼロクロス点があり、時刻ｋ、ｋ＋１の
各サンプル値で、時刻ｋ、ｋ＋１間のゼロクロス点を、
例えば線形補間して、正確なゼロクロス点の時刻を求め
る。この二つの隣接したゼロクロス点の時刻間の差がそ
の正弦波の半周期、つまりπラジアンであるから、この
周期と、ゼロクロス点時刻とから正弦波のデジタル値時
系列の各デジタル値における位相値（角度）を求めて位
相の時系列を得る。
系列であり、フィルタ処理もデジタル処理、つまり演算
により行われ、フィルタ出力としての正弦波もデジタル
値の時系列として得られ、その時系列におけるデジタル
値の符号（サインビット）が正から負、又は負から正に
それぞれ変化した隣接処理（演算）時刻ｋとｋ＋１の間
にその正弦波のゼロクロス点があり、時刻ｋ、ｋ＋１の
各サンプル値で、時刻ｋ、ｋ＋１間のゼロクロス点を、
例えば線形補間して、正確なゼロクロス点の時刻を求め
る。この二つの隣接したゼロクロス点の時刻間の差がそ
の正弦波の半周期、つまりπラジアンであるから、この
周期と、ゼロクロス点時刻とから正弦波のデジタル値時
系列の各デジタル値における位相値（角度）を求めて位
相の時系列を得る。
【００１４】続いて対象波形にもステップ４０２で用い
たものと同じ狭帯域通過フィルタを適用して出力波形を
得て（ステップ４０４）、その出力波形の位相の時系列
を求めて記憶する（ステップ４０５）。次に、ステップ
４０３とステップ４０５とでそれぞれ記憶した位相の時
系列の対応する時刻のものを減算することによって、位
相差の時系列を得て出力する（ステップ４０６）。
たものと同じ狭帯域通過フィルタを適用して出力波形を
得て（ステップ４０４）、その出力波形の位相の時系列
を求めて記憶する（ステップ４０５）。次に、ステップ
４０３とステップ４０５とでそれぞれ記憶した位相の時
系列の対応する時刻のものを減算することによって、位
相差の時系列を得て出力する（ステップ４０６）。
【００１５】時間移動量算出手段１７では、図４Ａに示
すように位相差取得手段１６から出力される位相差の時
系列と、適用された狭帯域通過フィルタの中心周波数を
読み込み（ステップ５０１）、時間差の時系列に換算す
る（ステップ５０２）。この換算は、次式（１）によっ
て行う。 δｔ（ｋ）＝（１／（２πｆ））・δｐ（ｋ） （１） ただし、ｋは時刻、δｔ（ｋ）は時間差時系列の時刻ｋ
での時間差、ｆはステップ５０１で読み込まれた狭帯域
通過フィルタの中心周波数、δｐ（ｋ）はステップ５０
１で読み込まれた位相差時系列の時刻ｋでの位相差であ
る。式（１）によって計算された時間差の時系列は、逐
次出力する（ステップ５０３）。
すように位相差取得手段１６から出力される位相差の時
系列と、適用された狭帯域通過フィルタの中心周波数を
読み込み（ステップ５０１）、時間差の時系列に換算す
る（ステップ５０２）。この換算は、次式（１）によっ
て行う。 δｔ（ｋ）＝（１／（２πｆ））・δｐ（ｋ） （１） ただし、ｋは時刻、δｔ（ｋ）は時間差時系列の時刻ｋ
での時間差、ｆはステップ５０１で読み込まれた狭帯域
通過フィルタの中心周波数、δｐ（ｋ）はステップ５０
１で読み込まれた位相差時系列の時刻ｋでの位相差であ
る。式（１）によって計算された時間差の時系列は、逐
次出力する（ステップ５０３）。
【００１６】波形遅延手段１８では図４Ｂに示すよう
に、まず対象波形を読み込み（ステップ６０１）、次に
時間移動量算出手段１７から出力された時間差の時系列
を読み込む（ステップ６０２）。つぎに、対象波形の各
時点において、ステップ６０２で得られた対応時点の時
間差だけ時間をずらす（遅らせるまたは進ませる）処理
を行う（ステップ６０３）。ステップ６０３の出力が、
基本波形のステップ４０１で設定した中心周波数成分に
位相同期した対象波形である。
に、まず対象波形を読み込み（ステップ６０１）、次に
時間移動量算出手段１７から出力された時間差の時系列
を読み込む（ステップ６０２）。つぎに、対象波形の各
時点において、ステップ６０２で得られた対応時点の時
間差だけ時間をずらす（遅らせるまたは進ませる）処理
を行う（ステップ６０３）。ステップ６０３の出力が、
基本波形のステップ４０１で設定した中心周波数成分に
位相同期した対象波形である。
【００１７】図５にこの発明を適用した波形例を示す。
基準波形Ａの基本波成分に、対象波形Ｂを位相同期させ
ると波形Ｃとなる。この発明では各時刻ごとに位相差に
応じて対象波形のサンプルを移動させ、対象波形が伸縮
され、基準波形Ａのゆらぎに対象波形Ｂのゆらぎが一致
したものとなる。この例では基準波Ａの第１、第２、第
８、第９山又は対象波形Ｂの第１、第２、第６、第７山
とほぼ同一時刻に生じ、対象波形Ｂの第１、第２、第
６、第７山はそれぞれほぼそのまま出力されるが、対象
波形Ｂの第３山は基準波の第３、第４と対応して位相が
進まされたものと遅らされたものの２回現われる。
基準波形Ａの基本波成分に、対象波形Ｂを位相同期させ
ると波形Ｃとなる。この発明では各時刻ごとに位相差に
応じて対象波形のサンプルを移動させ、対象波形が伸縮
され、基準波形Ａのゆらぎに対象波形Ｂのゆらぎが一致
したものとなる。この例では基準波Ａの第１、第２、第
８、第９山又は対象波形Ｂの第１、第２、第６、第７山
とほぼ同一時刻に生じ、対象波形Ｂの第１、第２、第
６、第７山はそれぞれほぼそのまま出力されるが、対象
波形Ｂの第３山は基準波の第３、第４と対応して位相が
進まされたものと遅らされたものの２回現われる。
【００１８】基準波形、対象波形の周波数成分が予めわ
かっている場合は、図１中の周期性取得手段１４，１５
を省略できる。
かっている場合は、図１中の周期性取得手段１４，１５
を省略できる。
【００１９】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、基準波形が複数の相異なる基本周期をもつ波形の和
で構成されている場合、すなわち複数の周波数成分から
なる場合に、その中の任意の周波数成分の位相を基準と
して対象波形の位相を同期させることができるという利
点がある。
ば、基準波形が複数の相異なる基本周期をもつ波形の和
で構成されている場合、すなわち複数の周波数成分から
なる場合に、その中の任意の周波数成分の位相を基準と
して対象波形の位相を同期させることができるという利
点がある。
【図１】この発明方法を適用した波形位相同期装置の機
能構成例を示すブロック図。
能構成例を示すブロック図。
【図２】周期性取得手段１４，１５の処理手順を示す流
れ図。
れ図。
【図３】位相差取得手段１６の処理手順を示す流れ図。
【図４】Ａは、時間移動量算出手段１７の処理手順を示
す流れ図、Ｂは波形遅延手段１８の処理手順を示す流れ
図。
す流れ図、Ｂは波形遅延手段１８の処理手順を示す流れ
図。
【図５】基準波形と対象波形と、この発明により同期化
した波形との例を示す図。
した波形との例を示す図。
Claims (2)
- 【請求項１】 基準波形中の同期基準の周波数成分と、
対象波形中の同期をとりたい周波数成分との位相差の時
系列を取得する位相差取得過程と、 上記取得した位相差時系列の各位相差を極性を含む時間
差に変換した時間移動量の時系列を算出する時間移動量
算出過程と、 上記対象波形に対し、上記時間移動量時系列の各時間移
動量だけ時間的に移動させる波形遅延過程とを有し、 上記位相差取得過程は、 上記同期基準の周波数成分の周波数を中心周波数とする
狭帯域通過フィルタに基準波形の時系列を通す過程と、
そのフィルタを通過した基準波形時系列から、その各時
刻におけるその位相値を計算して位相値時系列を得る過
程と、 上記狭帯域通過フィルタに上記対象波形の時系列を通す
過程と、そのフィルタを通過した対象波形時系列から、
その各時刻における位相値を計算して位相値時系列を得
る過程と、 上記両位相値時系列の対応する時刻における位相値の差
をとって上記位相差時系列を得る過程とよりなることを
特徴とする波形同期方法。 - 【請求項２】 上記基準波形から周期性を取得する基準
周期性取得過程と、上記対象波形から周期性を取得する
対象周期性取得過程と、上記取得した基準波形の周期性
と、上記取得した対象波形の周期性とから上記同期基準
の周波数成分と上記同期をとりたい周波数成分を決定す
る過程とを有することを特徴とする請求項１記載の波形
同期方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03181497A JP3379624B2 (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 波形同期方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03181497A JP3379624B2 (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 波形同期方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10229336A JPH10229336A (ja) | 1998-08-25 |
| JP3379624B2 true JP3379624B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=12341570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03181497A Expired - Fee Related JP3379624B2 (ja) | 1997-02-17 | 1997-02-17 | 波形同期方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3379624B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MXPA03010751A (es) * | 2001-05-25 | 2005-03-07 | Dolby Lab Licensing Corp | Segmentacion de senales de audio en eventos auditivos. |
| WO2006046632A1 (ja) | 2004-10-27 | 2006-05-04 | Nec Corporation | ディジタル無線受信装置 |
| CN106130543A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-11-16 | 中国电子科技集团公司第五十八研究所 | 一种高分辨率时钟相移架构与算法的实现方法 |
-
1997
- 1997-02-17 JP JP03181497A patent/JP3379624B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10229336A (ja) | 1998-08-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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