JPH06294831A

JPH06294831A - 波形信号処理装置

Info

Publication number: JPH06294831A
Application number: JP5075246A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Suzuki; 和夫鈴木; Seiji Fukuda; 誠治福田; Koichi Hatakeyama; 耕一畠山; Masanori Sakai; 正則酒井; Katsuhiko Tomita; 克彦富田; Kiichirou Ezaki; 城一朗江▲崎▼
Original assignee: NIPPON TECHNO BIYUUTO KK; TDK Corp
Current assignee: NIPPON TECHNO BIYUUTO KK; TDK Corp
Priority date: 1993-03-09
Filing date: 1993-03-09
Publication date: 1994-10-21
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JP3319524B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ランダムなノイズ成分を含む周期性波形をデジ
タル処理するに当り、ノイズ成分の影響を実質的に受け
ることなく、高精度、高信頼度の波形処理を行なう。【構成】周期性波形信号が入力され、対応する信号を出
力する波形信号処理装置である。周期性波形信号を多数
回サンプリングする。得られたサンプリング値に基づい
て各周期毎にフーリエ変換を行なう。フーリエ変換に基
づいて予め選定された次数の周波数成分の位相角を求め
る。位相角を基準にして各周期毎に同一位相となるサン
プリング点を特定する。同一位相となるサンプリング値
の多重加算平均値を算出し出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は波形信号処理装置に関す
る。本発明に係る波形信号処理装置はランダムなノイズ
成分を含む周期性波形をデジタル処理するに当り、その
前処理として波形に含まれる種々のランダムノイズ成分
を除去し、本来の信号波形を抽出して出力する場合に有
用なものである。用途例としては、各種波形解析装置、
オシロスコープまたは記録媒体もしくはヘッドの特性測
定への適用等を挙げることができる。

【０００２】

【従来の技術】周期性波形をデジタル処理するに当り、
その波形に含まれる種々のランダムなノイズ成分を除去
する手段の一つとして、多重加算平均値処理が広く知ら
れている。多重加算平均値処理は、周期性波形信号を多
数回サンプリングし、各周期毎に位相の対応するサンプ
リング点で得られたサンプリング値の多重加算平均値を
求める手法である。この多重加算平均値によりノイズ成
分が実質的に除去される。

【０００３】多重加算平均値処理において、得られる信
号の信頼性を高めるためには、被測定波形をサンプリン
グする際、各周期の同一サンプリング点が、時間軸上の
同一点、換言すれば同一位相に対応しているという保証
がなければならない。その手段として、従来は、周期性
波形の例えばピーク点またはゼロクロス点等を検出し、
これらを時間軸上の基準点として、多重加算平均をとっ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被測定
対象となっている周期性波形は種々のランダムなノイズ
成分を含んでいるのであるから、ピーク点またはゼロク
ロス点がノイズ成分に応じて変化する。このため、時間
軸上の基準点となるピーク点またはゼロクロス点が各周
期毎に時間軸上の同一点で生じるという保証を得ること
ができない。

【０００５】そこで、本発明の課題は、上述する従来の
問題点を解決し、ランダムなノイズ成分を含む周期性波
形をデジタル処理するに当り、ノイズ成分の影響を実質
的に受けることなく、高精度、高信頼度の波形処理を行
なうことの可能な波形信号処理装置を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題解決のた
め、本発明は、周期性波形信号が入力され、対応する信
号を出力する波形信号処理装置であって、前記周期性波
形信号を多数回サンプリングし、得られたサンプリング
値に基づいて各周期毎にフーリエ変換を行ない、前記フ
ーリエ変換に基づいて予め選定された次数の周波数成分
の位相角を求め、前記位相角を基準にして各周期毎に同
一位相となるサンプリング点を特定し、各周期毎に前記
サンプリング点で得られたサンプリング値の多重加算平
均値を出力する。

【０００７】

【作用】周期性波形信号を多数回サンプリングし、得ら
れたサンプリング値に基づいて各周期毎にフーリエ変換
を行ない、フーリエ変換に基づいて予め選定された次数
の周波数成分の位相角を求める。この位相角は、周波数
成分の次数に固有のものであってノイズ成分には影響さ
れない。例えば、予め選定された次数の周波数成分が基
本波成分である場合は、高次のノイズ成分に影響される
ことがない。従って、各周期におけるノイズ成分に影響
を受けない時間軸上の基準点として、前記位相角を利用
することができる。

【０００８】上述の位相角を基準にして各周期毎にほぼ
同一位相のサンプリング点を特定し、各周期毎にサンプ
リング点で得られたサンプリング値の多重加算平均値を
出力する。このため、ノイズ成分による時間的基準のず
れを生じることなく、多重加算平均値をとり、ノイズ成
分を除去した波形信号のサンプリング値を得ることがで
きる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明に係る波形信号処理装置の構成
を概念的に示すブロック図である。図において、１は本
発明に係る波形信号処理装置、ＩＮは入力端子、ＯＵＴ
は出力端子である。入力端子ＩＮには周期性波形信号Ｆ
１が入力される。出力端子ＯＵＴは入力された周期性波
形信号に対応する信号を出力する。波形信号処理装置１
は、第１ステップとして、図２に示すように、周期性波
形信号Ｆ１〜Ｆｎを多数回サンプリングし、サンプリン
グ値（Ｓ１１〜Ｓ１ｍ）〜（Ｓｎ１〜Ｓｎｍ）を得る。
サンプリング値（Ｓ１１〜Ｓ１ｍ）〜（Ｓｎ１〜Ｓｎ
ｍ）はデジタル量として得られる。波形Ｆ１〜Ｆｎの発
生形態には、図２に示すように、時間的に離散して発生
する場合と、図３に示すように時間的に連続して発生す
る場合がある。

【００１０】第２ステップとして、得られたサンプリン
グ値（Ｓ１１〜Ｓ１ｍ）〜（Ｓｎ１〜Ｓｎｍ）に基づい
て各波形信号Ｆ１〜Ｆｎのそれぞれ毎にフーリエ変換を
行なう。この場合のフーリエ変換は離散フーリエ変換
（ＤＦＴ）または高速フーリエ変換（ＦＦＴ）である。
ＤＦＴ及びＦＦＴは波形信号を取扱う場合によく用いら
れる。フーリエ変換によって得られたフーリエ展開式は
次のように表現される。

【００１１】まず、波形信号Ｆ１に関して、Ｆ1(t)＝ a₀₁ +a₁₁cosωt +a₁₂cos2ωt +a₁₃cos3ωt+・・・+ a_1mcos mωt +b₀₁ +b₁₁sinωt +b₁₂sin2ωt +b₁₃sin3ωt+・・・+ b_1msin mωt 波形信号Ｆ２に関して、Ｆ2(t)＝ a₀₂ +a₂₁cosωt +a₂₂cos2ωt +a₂₃cos3ωt+・・・+ a_2mcos mωt +b₀₂ +b₂₁sinωt +b₂₂sin2ωt +b₂₃sin3ωt+・・・+ b_2msin mωt 以下同様に、波形信号Ｆｎに関して、Ｆn(t)＝ a_0n +a_n1cosωt +a_n2cos2ωt +a_n3cos3ωt+・・・+ a_nmcos mωt +b_0n +b_n1sinωt +b_n2sin2ωt +b_n3sin3ωt+・・・+ b_nmsin mωt 次のステップでは、前記フーリエ変換に基づいて、予め
選定された次数の周波数成分の位相角を求める。具体例
として、基本波成分（ωt ）に着目した場合、各波形信
号Ｆ１〜Ｆｎの各位相角φ1 〜φｎは、として算出される。

【００１２】図４に波形信号Ｆ１〜Ｆｎのそれぞれ毎の
基本波成分ｆ１〜ｆｎと位相角φ１〜φn との関係を図
示してある。次のステップとして、位相角φ1 〜φｎを
基準にして、各波形信号Ｆ１〜Ｆｎのそれぞれにおい
て、同一位相となるサンプリング点を特定する。具体例
として、波形信号Ｆ１では位相角φ1 がサンプリング点
２点に相当する分だけ進んでいるので、サンプリング点
２点分だけ位相を遅らせる方向にシフトさせる。一点鎖
線で示す波形信号ｆ１０は上述の位相合せによって得ら
れた波形を示している。波形信号Ｆ１０上で見た位相合
せの後のサンプリング点の列は、ｔ１（ｍ−１）、ｔ１ｍ、ｔ１１、・・・・ｔ１（ｍ−
２）の順序になる。

【００１３】波形信号Ｆ２では位相角φ２がサンプリン
グ点３点分だけ遅れているので、位相がサンプリング点
３点分だけ進む方向にシフトさせる。一点鎖線で示す波
形ｆ２０は上述の位相合せによって得られた波形を示し
ている。波形ｆ２０上で見た位相合せの後のサンプリン
グ点の列は、ｔ２４、ｔ２５、・・・・、ｔ２ｍ、ｔ２１、ｔ２２、
ｔ２３の順序になる。

【００１４】同様にして、波形信号Ｆｎでは位相角φｎ
が３点のサンプリング点に相当する分だけ進んでいるの
で、サンプリング点３点分だけ位相を遅らせる方向にシ
フトさせる。一点鎖線で示す波形ｆ２ｎは上述の位相合
せによって得られた波形を示している。波形ｆｎ０上で
見た位相合せの後のサンプリング点の列は、ｔｎ（ｍ−２）、ｔｎ（ｍ−１）、ｔｎｍ、ｔｎ１・・
・、ｔｎ（ｍ−３）の順序になる。

【００１５】次のステップでは、各波形信号Ｆ１〜Ｆｎ
のそれぞれ毎に、同一位相となるサンプリング点で得ら
れたサンプリング値の多重加算平均値を算出して出力す
る。上記例の場合、第１サンプリング点の多重加算平均
値は、波形信号Ｆ１においてサンプリング点ｔ１（ｍー１）で
得られたサンプリング値Ｓ１（ｍ−１）と、波形信号Ｆ２においてサンプリング点ｔ２４で得られた
サンプリング値Ｓ２４と、・・波形信号Ｆｎにおいてサンプリング点ｔｎ（ｍ−２）で
得られたサンプリング値Ｓｎ（ｍ−２）とを加算し平均をとることによって求められる。即ち、多
重加算平均値Ｓ１はＳ１＝｛Ｓ１（ｍ−１）＋Ｓ２４＋・・・・・＋Ｓｎ（ｍ−２）｝／ｎ第２サンプリング点の多重加算平均値Ｓ２は、Ｓ２＝｛Ｓ１ｍ＋Ｓ２５＋・・・・・＋Ｓｎ（ｍ−１）｝／ｎ以下同様にして、第ｍサンプリング点の多重加算平均値
Ｓｍは、Ｓｍ＝｛Ｓ１（ｍ−２）＋Ｓ２３＋・・・・・＋Ｓｎ（ｍ−３）｝／ｎとして求められる。

【００１６】上述のように、周期性波形信号を多数回サ
ンプリングし、得られたサンプリング値に基づいて各周
期毎にフーリエ変換を行ない、フーリエ変換に基づいて
予め選定された次数の周波数成分の位相角を求める。こ
の位相角は、周波数成分の次数に固有のものであってノ
イズ成分には影響されない。従って、ノイズ成分の影響
を受けない時間軸上の基準点として、前記位相角を利用
することができる。

【００１７】また、位相角を基準にして各周期毎に同一
位相となるサンプリング点を特定し、各周期毎にサンプ
リング点で得られたサンプリング値の多重加算平均値を
算出して出力する。このため、ノイズ成分による時間的
基準のずれを生じることなく、多重加算平均値をとり、
ノイズ成分を除去した波形信号を得ることができる。

【００１８】図５は本発明に係る波形信号処理装置の構
成を概念的に示すブロック図、図６は図５に示した波形
信号処理装置の一部を取出して示すブロック図である。
２はアナログ／デジタル変換部（以下Ａ／Ｄ変換部と称
する）、３は切替部、４１〜４ｎはメモリ部、５１〜５
ｎはフーリエ変換部、６１〜６ｎは位相角検出部、７１
〜７ｎは位相シフト部、８は多重加算平均値算出部、９
はパルス発生部である。図示は省略されているが、全体
を統括制御する制御部が備えられている。また、各部は
コンピュータの一部として構成されていることもあり、
そのような場合は、各部は処理ステップを示すものとし
て把握され得る。

【００１９】Ａ／Ｄ変換部２は、入力端子ＩＮに入力さ
れた周期性波形信号をサンプリングし、サンプリング値
をデジタル量に変換して出力する。切替部３はＡ／Ｄ変
換部２から与えれるサンプリング値を、各周期毎に区切
って出力する。従って、切替部３はｎ周期のサンプリン
グ値を得ようとする場合、ｎ個の出力端を備える。

【００２０】メモリ部４１〜４ｎは切替部３の出力数ｎ
に対応してｎ個備えられる。メモリ部４１〜４ｎのそれ
ぞれは、各周期毎のサンプリング値を格納するもので、
例えばＲＡＭによって構成される。サンプリング値は各
サンプリング点毎にメモリ部４１〜４ｎの各アドレスＡ
１〜Ａｍに記憶される。

【００２１】フーリエ変換部５１〜５ｎは、得られたサ
ンプリング値に基づいて各周期毎にフーリエ変換を行な
う。フーリエ変換は前述した離散フーリエ変換（ＤＦ
Ｔ）または高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による。

【００２２】位相検出部６１〜６ｎはフーリエ変換に基
づいて予め選定された次数の周波数成分の位相角を求め
る。一般には基本波成分の位相角を求めるが、それ以外
の次数の周波数成分の位相角を求めてもよいことは前述
した通りである。

【００２３】位相シフト部７１〜７ｎは、位相角を基準
にして各周期毎に同一位相となるサンプリング点を特定
する。多重加算平均値算出部８は各周期毎に同一位相と
なるサンプリング点で得られたサンプリング値の多重加
算平均値を算出して出力する。位相シフト部７１〜７ｎ
の位相シフト及び多重加算平均値算出部８の多重加算平
均値処理は前述した通りである。

【００２４】本発明に係る波形信号処理装置は各種波形
解析装置、オシロスコープまたは記録デバイス等に用い
ることができる。記録デバイス、特に磁気ディスク及び
ヘッドの特性測定装置として用いる場合、磁気ヘッドか
ら出力されるアナログ波形信号を本発明に係る波形信号
処理装置によって処理した後、その出力を利用して、Ｔ
ＡＡ測定、分解能測定、オーバライト特性測定、Ｓ／Ｎ
比測定、ＰＷ５０測定、ＥＴＷ測定、ウィグル測定、孤
立波測定等を行なうことができる。

【００２５】図７は本発明に係る波形信号処理装置を磁
気ディスク及びヘッドの特性測定装置に適用する場合の
パルス発生部９の具体例を示している。図において、９
１はメモリ部、９２はセクタ・カウンタ、９３及び９４
はＡＮＤゲート、９５はフリップ・フロップ、９６はパ
ルス幅設定回路、９７はマルチプレクサ、９８はバッフ
ァ回路、９９はフリップ・フロップである。外部アドレ
ス信号、外部データ信号、測定イネーブル信号及びクリ
アパルスは図示しない外部装置、例えばコンピュータか
ら与えられる。セクタパルスは磁気ディスクを回転駆動
する回転モータ（図示しない）の回転角度信号として与
えられる。

【００２６】上述のパルス発生部９は、２つのステップ
を伴って動作する。第１のステップは、磁気ディスク上
において各トラック毎に設定される各セクタについて、
波形信号処理をすべきか否かについての情報を、メモリ
部９１に格納するステップである。この第１のステップ
では、図示しないコンピュータから供給される外部デー
タを、同じくコンピュータから与えられる外部アドレス
に基づき、メモリ部９１の所定アドレスに記憶する処理
を行なう。このとき、メモリ部９１のアドレスはセクタ
のアドレスに対応し、メモリ部９１に格納されるデータ
は、そのセクタが波形信号処理をすべきか否かの情報に
対応する。測定イネーブル信号は測定不可に対応する論
理値１になっている。

【００２７】第２のステップは第１のステップが完了し
た後に行なわれる。第２のステップは、メモリ部９１の
記憶内容を読み出し、各セクタ毎の波形信号処理の要否
を出力する。測定イネーブル信号は測定可に対応する論
理値０になる。これにより、メモリ部９１への外部アド
レス及び外部データの書き込みが停止される。一方、図
示しない磁気ディスク装置を駆動することにより、磁気
ディスク装置を構成する回転モータ等から、所定の回転
角度毎にセクタパルスが与えられる。セクタパルスはＡ
ＮＤゲート９３及びセクタパルス・カウンタ９２に供給
される。セクタパルス・カウンタ９２は供給されたセク
タパルスを計数し、対応するアドレス指定信号を、マル
チプレクサ９７を介して、メモリ部９１に供給する。こ
れにより、メモリ部９１の記憶内容、即ち、各セクタ毎
の波形信号処理の要否が読み出される。メモリ部９１か
ら読み出された情報は、ＡＮＤゲート９３に与えられ
る。そして、ＡＮＤゲート９３にセクタパルスが入力さ
れるタイミングで、ＡＮＤゲート９３が開き、フリップ
・フロップ９５がセットされ、波形信号処理の要否を含
む測定パルス信号が出力される。フリップ・フロップ９
５はパルス幅設定回路９６から与えられるパルス幅設定
信号によってリセットされる。測定パルス信号は図５の
Ａ／Ｄ変換部２及び切替部３の動作のために利用され
る。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る波形信
号処理装置は、周期性波形信号を多数回サンプリング
し、得られたサンプリング値に基づいて各周期毎にフー
リエ変換を行ない、フーリエ変換に基づいて予め選定さ
れた次数の周波数成分の位相角を求め、位相角を基準に
して各周期毎に同一位相となるサンプリング点を特定
し、各周期毎にサンプリング点で得られたサンプリング
値の多重加算平均値を出力するから、ランダムなノイズ
成分を含む周期性波形をデジタル処理するに当り、ノイ
ズ成分の影響を実質的に受けることなく、高精度、高信
頼度の波形処理を行なうことの可能な波形信号処理装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る波形信号処理装置を概念的に示す
図である。

【図２】本発明における周期性波形のサンプリング処理
を説明する図である。

【図３】本発明における周期性波形のサンプリング処理
を説明する図である。

【図４】本発明に係る波形信号処理装置における基本波
成分と各周期毎の位相角との関係を示す図でる。

【図５】本発明に係る波形信号処理装置の構成を概念的
に示すブロック図である。

【図６】図４に示した波形信号処理装置の一部を取出し
て示すブロック図である。

【図７】本発明に係る波形信号処理装置を磁気ディスク
装置に適用する場合のパルス発生部の具体例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１波形信号処理装置２Ａ／Ｄ変換部３切替部４１〜４ｎメモリ部５１〜５ｎフーリエ変換部６１〜６ｎ位相角検出部７１〜７ｎ位相シフト部８多重加算平均値算出部９パルス発生部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者畠山耕一東京都武蔵野市西久保３丁目２番25号日本テクノビュート株式会社内 (72)発明者酒井正則東京都中央区日本橋１丁目13番１号テイーディーケイ株式会社内 (72)発明者富田克彦東京都中央区日本橋１丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (72)発明者江▲崎▼ 城一朗東京都中央区日本橋１丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周期性波形信号が入力され、対応する信
号を出力する波形信号処理装置であって、前記周期性波形信号を多数回サンプリングし、得られた
サンプリング値に基づいて各周期毎にフーリエ変換を行
ない、前記フーリエ変換に基づいて予め選定された次数
の周波数成分の位相角を求め、前記位相角を基準にして
各周期毎に同一位相となるサンプリング点を特定し、各
周期毎に前記サンプリング点で得られたサンプリング値
の多重加算平均値を出力する波形信号処理装置。
【請求項２】前記予め選定された次数の周波数成分
は、基本波成分である請求項１に記載の波形信号処理装
置。
【請求項３】オシロスコープに用いられ請求項１また
は２に記載の波形信号処理装置。
【請求項４】記録媒体もしくはヘッドの特性測定に用
いられる請求項１または２に記載の波形信号処理装置。