JPH05340975A

JPH05340975A - 周波数測定装置

Info

Publication number: JPH05340975A
Application number: JP15233092A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nishida; 晋也西田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】離散データ（ディジタル信号）の周波数を測定
する。処理時間が短く、かつ高精度な周波数測定をす
る。【構成】入力アナログ信号を離散データ（ディジタル信
号）に変換し、これを処理して周波数ｆを得る。離散デ
ータより測定範囲内で基準レベルと交差する波数ｎと、
離散データより測定範囲内で基準レベルと最初および最
後に交差する時点までの個数ｍ1，ｍ2を求める。この個
数ｍ1，ｍ2を、基準レベルと交差する直前および直後に
位置する離散データに対応する個数より直線近似でもっ
て交差する時点に対応する高精度な個数ｍ（小数項を有
する）を演算し、個数ｍ1，ｍ2を高精度化する。そし
て、周波数ｆをｎ・ｆｓ／（ｍ2−ｍ1)として得る。離
散データを処理して周波数ｆを得るため、周波数測定の
動作をソフトウェアで簡単に実現し得る。周波数ｆを高
精度で測定でき、処理時間を短くでき、短区間における
周波数測定をも高精度で行い得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディジタル信号（離
散的データ）の周波数を測定するのに使用して好適な周
波数測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、周波数測定装置としてアナログ信
号の周波数を測定するものがある。この場合、測定する
周波数の平均をＦとしたとき、ゲートタイムＴにアナロ
グ信号Ｓanが基準レベル（一般には波形の中心レベル）
と交差する回数ｎをカウントし、Ｆ＝ｎ／Ｔとして求め
ている（図１２参照）。図１２において、＊は交差点を
示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述の周波数測定にお
いては、回数ｎには誤差を含まないが、図１２より明か
なようにゲートタイムＴには誤差（Ａ＋Ｂ）が含まれ
る。ＦがＮ桁の精度を得るためには、（Ａ＋Ｂ）／Ｔ＜
１／１０^Nでなければならず、Ｔ＞（Ａ＋Ｂ）×１０^Nと
なる。

【０００４】ここで、ＡおよびＢはそれぞれ最大１周期
であるので、（Ａ＋Ｂ）の最大は２周期となる。そのた
め、ゲートタイムＴを膨大にしないと、ある一定の精度
を得ることができなくなる。

【０００５】そのため従来は、ゲートタイムＴを大きく
しているが、処理時間が長くなると共に、短区間での周
波数測定ができないため連続キャリアの周波数しか測定
できないという不都合があった。

【０００６】また、従来の周波数測定装置はアナログ信
号Ｓanの周波数を測定するものであり、ディジタル信号
の周波数を測定することは不可能であった。すなわち、
ディジタル信号はアナログ信号Ｓanを所定のサンプリン
グ周波数でもってサンプリングして得られる離散データ
であるため、基準レベルと交差するサンプリングデータ
＊が必ずしも得られるとは限らないからである（図１３
参照）。図１３において、実線は測定周波数信号、破線
はサンプリング周波数信号を示している。

【０００７】そこで、この発明では、ディジタル信号の
周波数を測定できる周波数測定装置を提供することを目
的とする。またこの発明では、処理時間が短く、かつ高
精度な周波数測定ができる周波数測定装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、離散データ
より測定範囲内で基準レベルと交差する波数を検出する
波数検出手段と、離散データより測定範囲内で基準レベ
ルと最初および最後に交差する時点を検出してその差を
全体時間とする時間検出手段と、波数検出手段で検出さ
れる波数を上記時間検出手段で検出される全体時間で除
して周波数を得る演算手段とを備えてなるものである。

【０００９】例えば、時間検出手段では、基準レベルと
交差する直前および直後に位置する離散データに対応す
る時点より直線近似でもって交差する時点を得るもので
ある。

【００１０】また例えば、測定範囲および基準レベルを
画面上でカーソルを使用して設定するものである。

【００１１】

【作用】この発明においては、離散データ（ディジタル
信号）を処理して周波数測定をするものであるため、周
波数測定の動作をソフトウェアで簡単に実現することが
可能となる。

【００１２】また、基準レベルと交差する直前および直
後に位置する離散データに対応する時点より直線近似で
もって交差する時点を得ることで、離散データを取り扱
うにも拘らず全体時間を高精度で検出することができ、
周波数測定を高精度で行なうことが可能となる。

【００１３】また、測定範囲および基準レベルを画面上
でカーソルを使用して設定することで、画面上の測定波
形を観察しながらカーソルを移動して測定範囲および基
準レベルを設定することができ、目的とする信号の周波
数測定を適切、かつ容易に設定し得る。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照しながら、この発明の一実
施例について説明する。図１は実施例の構成を示す図で
ある。同図において、１はＣＰＵであり、３はＤＳＰ
（ディジタルシグナルプロセッサ）であり、これらＣＰ
Ｕ１およびＤＳＰ３のデータのやり取りはディアルＲＡ
Ｍ２を介して行なわれる。ＣＰＵ１は主に画面制御を行
い、パラメータ設定（エディタ）、ＤＳＰ３へのデータ
要求、ＤＳＰ３の演算結果の出力等を行なう。ＤＳＰ３
は入力データをもとに各種の解析、分析のためのデータ
編集（演算）、ハード制御のためのＩ／Ｏセット等を行
なう。

【００１５】また、ＤＳＰ３にはＩ／Ｏポート４を介し
てハード部５が接続される。このハード部５は、種々の
操作キーが配されたキーパネル５ａ、入力波形や後述す
る測定周波数の演算結果等を表示するディスプレイ５
ｂ、入力データや測定周波数の演算結果データ等を格納
するＲＡＭ５ｃ、入力端子５ｅに供給される入力アナロ
グ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５ｄ等
を有して構成されている。

【００１６】本例においては、ディジタル信号、従って
離散データより周波数測定が行なわれる。

【００１７】まず、離散データによる周波数測定の理論
について説明する。上述したように、ディジタル信号の
場合には、基準レベルと交差するデータが必ず得られる
とは限らない。そこで、図２に示すように、前回のデー
タが基準レベルよりも下にあり、今回のデータが基準レ
ベルよりも上にくるときは、交差したとみなすことにす
る。図２において、＊はサンプリングデータを示してい
る。

【００１８】ここで、測定範囲内で最初に交差した時点
をt1、最後に交差した時点をｔ2、交差した波数をｎと
すると、求める周波数ｆは、数１に示すように求められ
る。

【００１９】

【数１】

【００２０】ｔ1，ｔ2は時間であるが、ディジタル処理
では時間の概念は扱いにくい。そのため、サンプリング
周波数をｆｓとすると、時点ｔ1のときまでにサンプリ
ングされたデータの個数をｍ1、時点ｔ2のときまでにサ
ンプリングされたデータの個数をｍ2とすると、ｔ1，ｔ
2はそれぞれ数２に示すようになる。

【００２１】

【数２】

【００２２】したがって、数２を数１に代入することに
より、周波数ｆは数３に示すようになる。

【００２３】

【数３】

【００２４】次に、本例において交差した波数は以下の
ようにして求められる。図３において、１周期分の信号
は、基準レベルの下から上に行く点ａから次に基準レベ
ルの下から上に行く点ｃまで、あるいは基準レベルの上
から下に行く点ｂから次に基準レベルの上から下に行く
点ｄまでである。したがって、基準レベルと交差した波
数は、数４に示すように求められる。

【００２５】

【数４】

【００２６】図３の例の場合、基準レベルを下から上に
行く点はａ，ｃ，ｅの３点であるので、数４の（１）式
より波数ｎ＝３−１＝２となる。あるいは、基準レベル
を上から下に行く点はｂ，ｄ，ｆの３点であるので、数
４の（２）式より波数ｎ＝３−１＝２となる。

【００２７】なお、数４の（１）式と（２）式の使い分
けは、最初の点によって決定される。図３の例の場合に
は、最初の点ａが基準レベルを下から上に行く点である
ので、（１）式が使用される。

【００２８】ところで、数３において、ｎとｆｓは誤差
を持たないが、ｔ1，ｔ2の求め方より明らかなようにｍ
1，ｍ2には誤差が含まれる。したがって、数３で求めら
れる周波数ｆの誤差は全てｍ1，ｍ2によるものである。
図４より、ｍ1，ｍ2の誤差は最大１データ分であり、ｍ
2−ｍ1の誤差周波数は、１／（ｍ2−ｍ1）である。

【００２９】そのため、例えば６桁の精度を得るのに必
要な条件は、Ｍ＝ｍ2−ｍ1とすると、数５に示すように
なる。したがって、６桁の精度を得るためには、最低１
００万個のデータの処理が必要となる。

【００３０】

【数５】

【００３１】ｍ1，ｍ2を正確に測定できれば、数３で示
す周波数ｆの誤差が小さくなる。そこで本例において
は、ｍ1，ｍ2は以下のように求められる。ｍ1，ｍ2は同
様に求められるので、基準レベルＮと交差する時点ｔに
おける個数をｍとして説明する。

【００３２】図５に示すように、時点ｔ(n-1)（ｍ(n-1)
／ｆｓ）の離散データｐ(n-1)のレベルＬが基準レベル
Ｎより下にあり、次の時点ｔn（ｍn／ｆｓ）の離散デー
タｐnのレベルＭが基準レベルＮより上にきたとき、基
準レベルＮと交差する時点ｔをｍ／ｆｓとする。

【００３３】時点ｔ(n-1)とｔnは離散的な時間軸上で必
ず隣接するので、ｍn＝ｍ(n-1)＋１となる。

【００３４】そのため、比例関係より、個数ｍには数６
の関係が成立する。

【００３５】

【数６】

【００３６】そして、この数６に、上述したｍn＝ｍ(n-
1)＋１の関係を代入すると、数７に示すように個数ｍが
求められる。数７より明らかなように、測定データとし
て基準レベルＮと交差する直前の離散データｐ(n-1)の
個数ｍ(n-1)とレベルＬ、基準レベルＮと交差した直後
の離散データｐnのレベルＭが得られることで、基準レ
ベルＮと交差する時点ｔにおける個数ｍを正確に求める
ことができる。

【００３７】

【数７】

【００３８】数７における第１項のｍ(n-1)は整数項で
あり、第２項の｜Ｌ−Ｎ｜／（｜Ｌ−Ｎ｜＋｜Ｍ−Ｎ
｜）は小数項になる。このことより、個数ｍの精度は第
２項のみによって決まる。つまり、Ｌ，Ｍの分解能がそ
のまま精度に比例することになる。

【００３９】例えば、離散データを８ビットとすると、
個数ｍの精度は、１／２５６≒０．００３９となる。し
たがって、１／（ｍ2−ｍ1）の精度として６桁の精度を
得るのに必要な条件は、Ｍ＝ｍ2−ｍ1とすると、数８に
示すようになる。

【００４０】

【数８】

【００４１】そのため、本例においては、６桁の精度を
得るためには、３９０７個のデータ処理で済むようにな
る。ただし、上述したように個数ｍを求めるのに直線近
似を利用しているため（図５参照）、個数ｍの誤差によ
る精度落ちが多少生じる。

【００４２】次に、本例における周波数測定の動作を図
６のフローチャートを使用して説明する。図示せずも、
この周波数測定の動作は、例えばキーパネル５ａ（図１
参照）の操作によって設定されるパラメータに基づいて
行なわれる。パラメータとしては、入力アナログ信号を
サンプリングするサンプリング周波数ｆｓ、基準レベル
（しきい値）、ディスプレイの画面にどの程度の時間分
の入力信号波形を表示するかを示すタイム、測定範囲が
設定される。

【００４３】図９は、ディスプレイ５ｂの主画面１０
と、それに関連して配設されたタイムとサンプリング周
波数ｆｓ、さらには測定された周波数ｆの表示部を示し
ている。主画面１０には入力信号波形が設定されたタイ
ム分だけ表示される。そして、基準レベルおよび測定範
囲は、この主画面１０上でカーソル１１の位置および長
さを変化させることで任意に設定される。

【００４４】以上のように設定されるパラメータに基づ
いて図６に示す周波数測定の動作がリアルタイムで実行
され、設定されたパラメータに対応する測定周波数ｆが
順次表示される。

【００４５】図６のフローチャートにおいて、まず測定
範囲内で基準レベルを交差する波数ｎと、測定範囲内で
基準レベルと最初に交差した時点ｔ1までのサンプリン
グデータの個数ｍ1と、測定範囲内で最後に交差した時
点ｔ2までのサンプリングデータの個数ｍ2とを求める
（ステップ２１）。

【００４６】次に、補正する個数をｍ1とし（ステップ
２２）、数７を実行して高精度の個数ｍを求め（ステッ
プ２３）、補正後の個数ｍをｍ1とする（ステップ２
４）。さらに、補正する個数をｍ2とし（ステップ２
５）、数７を実行して高精度の個数ｍを求め（ステップ
２６）、補正後の個数ｍをｍ2とする（ステップ２
７）。

【００４７】そして、以上のステップで求められた波数
ｎ、個数ｍ1，ｍ2と、サンプリング周波数ｆｓを使用
し、数３の式をもって周波数ｆを演算する（ステップ２
８）。以下、ステップ２１〜２８の動作を繰り返すこと
になる。

【００４８】次に、図７のフローチャートを使用して、
図６のステップ２１における波数ｎ、個数ｍ1，ｍ2を求
める動作を説明する。

【００４９】まず、波数ｎを「０」にリセットする（ス
テップ３０）。そして、ＲＡＭ５ｃ（図１に図示）より
サンプリングデータ（離散データ）を１個読み込み（ス
テップ３１）、データカウンタを「１」だけインクリメ
ントする（ステップ３２）。

【００５０】次に、読み出されたサンプリングデータが
基準レベルＮより下か否かを判断する（ステップ３
３）。基準レベルＮより下であるときは、ＲＡＭ５ｃよ
りサンプリングデータを１個読み込んだ後（ステップ３
４）、測定範囲内であるか否か判断する（ステップ３
５）。測定範囲内であるときは、データカウンタを
「１」だけインクリメントする（ステップ３６）。

【００５１】次に、サンプリングデータが基準レベルＮ
より上か否か判断する（ステップ３７）。基準レベルＮ
より上でないときは、フラグをオンとして（ステップ３
８）、ステップ３４に戻る。

【００５２】また、ステップ３７で、サンプリングデー
タが基準レベルＮより上であるときは、フラグがオンで
あるか否かを判断する（ステップ３９）。フラグがオン
でないときは、ステップ３４に戻る。フラグがオンであ
るときは、フラグをオフとした後（ステップ４０）、波
数ｎを「１」だけインクリメントする（ステップ４
１）。

【００５３】次に、最初に交差した点であるか否かを判
断する（ステップ４２）。最初に交差した点であるとき
は、データカウンタのカウント値を個数ｍ1とした後
（ステップ４３）、ステップ３４に戻る。一方、最初に
交差した点でないときは、データカウンタのカウント値
を個数ｍ2とした後（ステップ４４）、ステップ３４に
戻る。

【００５４】また、ステップ３５で、測定範囲内でない
ときは、波数ｎを「１」だけデクリメントし（ステップ
４５）、動作を終了する。

【００５５】また、ステップ３３で、サンプリングデー
タが基準レベルＮより下でないときは、ＲＡＭ５ｃより
サンプリングデータを１個読み込んだ後（ステップ４
６）、測定範囲内であるか否か判断する（ステップ４
７）。測定範囲内であるときは、データカウンタを
「１」だけインクリメントする（ステップ４８）。

【００５６】次に、サンプリングデータが基準レベルＮ
より下か否かを判断する（ステップ４９）。基準レベル
Ｎより下でないときは、フラグをオンとして（ステップ
５０）、ステップ４６に戻る。

【００５７】また、ステップ４９で、サンプリングデー
タが基準レベルＮより下であるときは、フラグがオンで
あるか否かを判断する（ステップ５１）。フラグがオン
でないときは、ステップ４６に戻る。フラグがオンであ
るときは、フラグをオフとした後（ステップ５２）、波
数ｎを「１」だけインクリメントする（ステップ５
３）。

【００５８】次に、最初に交差した点であるか否かを判
断する（ステップ５４）。最初に交差した点であるとき
は、データカウンタのカウント値を個数ｍ1とした後
（ステップ５５）、ステップ４６に戻る。一方、最初に
交差した点でないときは、データカウンタのカウント値
を個数ｍ2とした後（ステップ５６）、ステップ４６に
戻る。

【００５９】また、ステップ４７で、測定範囲内でない
ときは、波数ｎを「１」だけデクリメントし（ステップ
４５）、動作を終了する。

【００６０】次に、図８のフローチャートを使用して、
図６のステップ２３，２７における個数（時間）の高精
度化の動作を説明する。

【００６１】まず、基準レベルＮと交差する時点ｔの直
前のデータｐ(n-1)（ステップ２３では個数ｍ1−１、ス
テップ２７では個数ｍ2−１に相当するデータ）のレベ
ルＬより基準レベルＮを減算して、前点の差Ｌ−Ｎを求
める（ステップ６１）。

【００６２】次に、前点の差Ｌ−Ｎが０以上であるか否
かを判断する（ステップ６２）。０以上であるときは、
ステップ６４に進む。一方、０以上でないとき、つまり
負の値であるときは、正の値に変換した後（ステップ６
３）、ステップ６４に進む。

【００６３】ステップ６４では、基準レベルＮと交差す
る時点ｔの直後のデータｐn（ステップ２３では個数ｍ
1、ステップ２７では個数ｍ2に相当するデータ）のレベ
ルＭより基準レベルＮを減算して、後点の差Ｍ−Ｎを求
める。

【００６４】次に、後点の差Ｍ−Ｎが０以上であるか否
かを判断する（ステップ６５）。０以上であるときは、
ステップ６７に進む。一方、０以上でないとき、つまり
負の値であるときは、正の値に変換した後（ステップ６
６）、ステップ６７に進む。

【００６５】ステップ６７では、前点の差を前点の差と
後点の差との和で割り算し、その結果を補正値とする。
そして、この補正値を、前点の個数（ステップ２３では
ｍ1−１、ステップ２７ではｍ2−１）に加算して補正後
の個数ｍとして（ステップ６８）、高精度化の動作を終
了する。

【００６６】以上説明したように本例においては、入力
アナログ信号をディジタル信号に変換し、このディジタ
ル信号を処理して周波数ｆを測定するものであるため、
周波数測定の動作をソフトウェアで簡単に実現すること
ができる。

【００６７】また、ディジタル信号は離散データである
が、高精度化の動作により（図８のフローチャートおよ
び数７参照）、周波数ｆを算出するための個数ｍ1，ｍ2
を補正して高精度で得るようにしているので、周波数ｆ
を高精度で測定することができる。

【００６８】また、周波数ｆを高精度で測定することが
できるため、処理時間を短くすることができ、短区間に
おける周波数測定をも高精度で行なうことができる。し
たがって、ビデオ信号から直接クロマの周波数を測定す
ることもできる。従来においては、誤差の関係から短区
間の測定は不可能であり、クロマの周波数測定はクロマ
を発信する回路から直接信号を拾って行なわなければな
らなかった。

【００６９】図１０および図１１は、周波数測定時にお
けるディスプレイ５ｂ（図１参照）の主画面１０および
その他の表示部における表示例を示している。図１０
は、単一キャリア周波数の測定例である。この場合、カ
ーソル１１の長さ（測定範囲）によって実行速度、精度
が変わる。一方、図１１は、ビデオ信号のクロマの周波
数の測定例である。この場合、カーソル１１をビデオ信
号のクロマ内に設定することにより、クロマの周波数測
定が行なわれる。

【００７０】また、本例においては、ディスプレイ５ｂ
の主画面１０上で測定波形を観察しながらカーソル１１
を使用して測定範囲および基準レベルを設定することが
でき、目的とする信号の周波数測定が行なわれるよう
に、これらを適切、かつ容易に設定できる利益がある。

【００７１】

【発明の効果】この発明によれば、離散データ（ディジ
タル信号）を処理して周波数測定をするものであるた
め、周波数測定の動作をソフトウェアで簡単に実現でき
る。

【００７２】また、基準レベルと交差する直前および直
後に位置する離散データに対応する時点より直線近似で
もって交差する時点を得ることで、離散データを取り扱
うにも拘らず全体時間を高精度で検出することができ、
周波数測定を高精度で行なうことができる。またこれに
より、処理時間を短くすることができ、短区間における
周波数測定をも高精度で行なうことができ、ビデオ信号
から直接クロマの周波数を測定することもできる。

【００７３】さらに、測定範囲および基準レベルを画面
上でカーソルを使用して設定することで、画面上の測定
波形を観察しながらカーソルを移動して測定範囲および
基準レベルを設定することができ、目的とする信号の周
波数測定を適切、かつ容易に設定できる利益がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】交差した点の求め方を説明するための図であ
る。

【図３】基準レベルと交差した波数の求め方を説明する
ための図である。

【図４】個数の誤差を説明するための図である。

【図５】個数（時間）の高精度化の説明のための図であ
る。

【図６】周波数測定動作を説明するためのフローチャー
トである。

【図７】波数および個数を求める動作を説明するための
フローチャートである。

【図８】個数（時間）の高精度化の動作を説明するため
のフローチャートである。

【図９】主画面およびその他の表示部を示す図である。

【図１０】主画面およびその他の表示部の表示例を示す
図である。

【図１１】主画面およびその他の表示部の表示例を示す
図である。

【図１２】従来の周波数測定の方法を説明するための図
である。

【図１３】離散データ（ディジタル信号）と基準レベル
との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ＣＰＵ２ディアルＲＡＭ３ＤＳＰ（ディジタルシグナルプロセッサ）４Ｉ／Ｏポート５ハード部５ａキーパネル５ｂディスプレイ５ｃＲＡＭ５ｄＡ／Ｄ変換器５ｅ入力端子１０主画面１１カーソル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】離散データより測定範囲内で基準レベル
と交差する波数を検出する波数検出手段と、上記離散データより上記測定範囲内で上記基準レベルと
最初および最後に交差する時点を検出してその差を全体
時間とする時間検出手段と、上記波数検出手段で検出される波数を上記時間検出手段
で検出される全体時間で除して周波数を得る演算手段と
を備えてなる周波数測定装置。
【請求項２】上記時間検出手段では、上記離散データ
が上記基準レベルの下から上に、あるいは上から下にな
った時点を交差した時点とすることを特徴とする請求項
１記載の周波数測定装置。
【請求項３】上記時間検出手段では、上記基準レベル
と交差する直前および直後に位置する離散データに対応
する時点より直線近似でもって上記交差する時点を得る
ことを特徴とする請求項１記載の周波数測定装置。
【請求項４】上記測定範囲および上記基準レベルを画
面上でカーソルを使用して設定することを特徴とする請
求項１記載の周波数測定装置。