JPS584307B2 - スペクトル分析器 - Google Patents

スペクトル分析器

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JPS584307B2
JPS584307B2 JP54136890A JP13689079A JPS584307B2 JP S584307 B2 JPS584307 B2 JP S584307B2 JP 54136890 A JP54136890 A JP 54136890A JP 13689079 A JP13689079 A JP 13689079A JP S584307 B2 JPS584307 B2 JP S584307B2
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    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/165Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
    • G01R23/167Spectrum analysis; Fourier analysis using filters with digital filters
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L19/00Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis
    • G10L19/02Speech or audio signals analysis-synthesis techniques for redundancy reduction, e.g. in vocoders; Coding or decoding of speech or audio signals, using source filter models or psychoacoustic analysis using spectral analysis, e.g. transform vocoders or subband vocoders

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデジタル・アナログ変換回路、デジタル低域(
又は高域)フィルタ、自乗回路、減算回路、アキュムレ
ータによって構成されるスペクトル分析器に関するもの
である。
音声認識装置あるいは音声分析装置等において用いられ
る音声情報抽出方式の一つである音声スペクトラムの電
力分布の時間的変化を追跡する場合、この電力分布を求
めるために音声帯域をいくつかのチャンネルに分割し、
各チャンネルに対応する帯域通過フィルタを配置して各
帯域通過フィルタの出力電力を一定の時間々隔で整流、
平滑化し、音声分析データとしている。
この場合帯域通過フィルタはチャンネル数だけ必要とな
り、音声認識装置には高価な帯域通過フィルタを音声分
析チャンネル数だけ必要となり一般には10数ケ以上に
なる。
本発明はこの様な欠点に鑑みてなされたもので、nケの
帯域通過フィルタの代りに低価格のデジタル低域(又は
高城)フィルタをn+1ケ用いることにより、スペクト
ル分析器を実現させるものである。
本発明の特徴の一つは音声スペクトル分析において実際
に必要なデータは各チャンネルより得られた電力である
と言うことを利用して、1ケの帯域通過フィルタを2ケ
のデジタル低域(高域)フィルタを並列に接続すること
で実現させ、この理論を発展させ、nケに分割された周
波数帯域が連続している場合の各チャンネル帯域通過フ
ィルタをnケ必要とするとき、これをn+1ケのデジタ
ル低域(高域)フィルタで実現させることである。
一般的に帯域通過フィルタの実現のためには同程度の周
波数遮断時性を有するデジタル低域(高域)フィルタと
比較してほぼ2倍の次数(フィルタの伝達関数の次数)
となる。
これに対し本発明によれば従来の帯域通過フィルタの約
1/2の次数で実現できる。
これは隣りどうしの帯域に属するデジタル低域(高域)
フィルタの一つがその二つの帯域で共通に使用出来るか
らである。
従って帯域通過フィルタを直接配置する従来方式と比べ
乗算回数が1/2に出来る。
それ故、経済的にもコストダウンがはかれる。
次に本発明の詳細を図について説明する。
第1図は従来より使用されているスペクトル分析器のブ
ロツク回路図である。
図で1は入力端子、2−1、2−2、2−3、2−nは
音声周波数が連続した各チャンネル用の帯域通過フィル
タ、3は全波整流回路、4は積分回路、5−1、5−2
、5−3、5−nは音声の各チャンネルのスペクトル分
析出力する出力端子を示す。
図において音声入力1から入力した音声信号は各帯域通
過フィルタ2−1、2−2、2−3、2−nによって連
続した音声のチャンネルに分けられ更に全波整流回路3
によって各チャンチルの周波数は夫々2倍の周波数にさ
れ、整流回路3の出力は積分回路にて積分される。
これにより出力端子5−1、5−2、5−3、5−nに
はある時間間隔におけるスペクトルの平均値が出力され
る。
かくしてスペクトル分析器が構成される。
この場合 様に従来回路では各チャンネルのスペクトル
分析に対し各チャンネル毎に帯域通過フィルタが必要で
ある。
以上の従来技術によるスペクトル分析器に対し本発明に
よる新技術の優位性を第2図〜第6図のブロック回路に
ついて説明する。
まず、第2図a、bにより本発明の原理を説明する。
第2図aにおいて、1は入力端子(第1図と同じ)、5
は出力端子、6はアナログ・デジタル変換回路(以下A
/D変換回路と記す)、7は1よりの入力信号をサンプ
リングするためのクロックパルス、8−1、8−2はデ
ジタル低域フィルタLPE1(低域遮断周波数fc1)
、及びLPF2(遮断周波数fc2)、23は自乗回路
、24は減算回路、25はアキュムレータで、減算回路
の出力を例えば10msecのクリア・パルスで累積し
、そのメモリ値を出力すると同時にメモリ値をクリア・
パルスでクリアする。
第2図bの10、11は図aのLPF1・8−1及びL
PF2・8−2の伝送特性を示すもので、fsはサンプ
リング周波数、横軸は周波数fを示し、縦軸は伝送特性
を示す。
また、fc1、fc2は夫々LPF1・8−1、LPF
・8−2の遮断周波数を示す。
と書き直せる。
いま理想的な帯域通過フィルタ、低域フィルタを考える
と |H(ejw)|2=|H1(ejw)|2−|H2(
ejw)|2・・・・・・・・(3) 第2図aにおいて、入力端子1に入力される音声はサン
プリング・パルス−7でサンプリングされA/D変換回
路6でA/D変換されその出力の一部は第2図bの10
の如き伝送特性を有する、LPF1・8−1に入力され
y1(n)を出力し、A/D変換回路6の出力の他の一
部は11の如き伝送特性をもつLPF2・8−2に入力
され、y2(n)を出力する。
LPF1・8−1、LPF・8−2の夫々の出力は自乗
回路23で夫々自乗し、y2を出力する。
自乗回路23の出力を減算回路24で減算しその結果は
アキュムレータ25に入力され、アキュムレータ(完全
積分回路になっている)25でデータのメモリ値は1/
fclkの周期(この場合10msec)で累積して出
力され同時にメモリ値はクリアされる。
この出力された値が帯域fc1−fc1の帯域を通過し
た信号エネルギーに比例し、この累積値が音声スペクト
ルとして出力される。
次に上記の結果を数学的に取扱うと次の通りになる。
帯域通過フィルタの伝達関数をH(z)、LPF14、
LPF25の伝送関数を夫々H1(z)、H2(z)と
する。
入力信号系列Xn、ynのX変換をX(z)、Y(z)
と書くと次の1式のパーシイバル(Parseval)
の関係式が成立つ。
ただしωはサンプリング周波数fsで規格化したω=f
/fs、他方Y(z)=H(z)・X(z)であるから
(1)式は、 であるから(2)式は、 となる。
この4式は第2図aのブロック回路図に対応している。
以下上記の原理を基にスペクトル分析器に用いるnケの
帯域フィルタをn+1ケのデジタル低域フィルタで実現
する構成について説明する。
第3図〜第6図は本発明の実施例でnケの帯域フィルタ
をn+1ケのデジタル低域フィルタで実現するものであ
る。
第3図で1は入力端子、6はA/D変換回路、7はサン
プリングパルス、16〜22はデジタル低域フィルタ(
LPF1〜LPFn+1)、23は自乗回路、24は減
算回路、25はアキュムレータ(累積器)、26はアキ
ュムレータの前記憶をクリアするクリアパルス、31、
32、33、34、35、36は出力、41、42、4
3、44、45、46はアキュムレータ25をこの位置
(減算回路24の前段)に挿入する場合の挿入端子を示
す。
第4図は第3図においてアキュムレータ25が減算回路
24の後段に位置されていたものを24の前段に配置し
たもので、第4図も第3図の発明効果と同等の効果が得
られるスペクトル分析器である。
第5図は図においてアキュムレータ28に係数回路27
を有している。
これによりアキュムレータは不完全形積分回路となり入
力される新規データの累積に際し、以前のデータをクリ
アしなくともよい効果を有している。
それ故α係数回路27の挿入により10msec間隔の
パルスによって減算回路24のデータが累積されスペク
トル分析所望用のデータが出力される。
図で41〜46はアキュムレータ28を減算回路の前段
に配置するときの挿入端子である。
第6図は第5図のアキュムレータ28を減算回路24の
前段に配置したもので発明の効果は第5図の回路と同じ
である。
第3図において入力端子1より入力された音声信号は、
クロックパルス3によってサンプリングされA/D変換
回路6でAD変換されその音声信号XnがLPF1〜n
+1・16〜22、に入力され、LPF1〜n+1・1
6〜22よりy1〜yn+1が出力される。
前記第2図aの場合と同様LPF1・16、LPF2・
17の出力は夫々自乗回路23に夫々入力される。
ここでLPF1・16、LPF2・17の遮断周波数を
夫々fc1、fc2とする。
(第7図参照)自乗回路23の夫々の出力は減算回路2
4に入力され、減算回路24の出力はアキュムレータ2
5でクリアパルス26より前記同様の手法で累積データ
が求められる。
この時、上限をfc1、下限をfc2とする帯域通過フ
ィルタが構成されその累積値はスペクトル分析データと
して出力される。
以下LPF3、LPF4−−−LPFn+118〜22
の出力についても全く同様な結果が得られる。
(第7図にLPF1〜LPFn+1の伝送特性を示す。
)第8図は完全積分回路のアキュムレータ25で38は
クリアパルスである。
第9図のアキュムレータ28はアキュムレータ25にα
係数を付加した不完全積分回路のものでこれにより新規
の入力データに際し、旧データをクリアする必要がなく
データを累積できる。
これはアキュムレータ25においては、減算回路24の
データを完全積分回路として累積しているため以前の旧
データを一度クリアしてから新規データを入力するが、
α係数の付加により前記旧データを消し、アキュムレー
タ25が不完全積分回路としてデータを累積しているた
めである。
以上述べた様に本発明によれば安価なLPEを用いて従
来と同等のスペクトル分析器を提供することが可能とな
る。
尚LPFの代わりに高城通過フィルタを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術によるスペクトル分析器を示す図、第
2図a、bは本発明の原理を説明するための図で、aは
ブロック回路図、bはデジタル低域フィルタの伝送特性
を示す図、第3図〜第6図は本発明の実施例を示す図、
第7図は本発明に用いるLPFの伝送特性を示す図、第
8図、第9図はアキュムレータを示す図である。 図中6はA/D変換器、8−1、8−2はデジタルLP
F、23は自乗回路、24は減算回路、25、28はア
キュムレータである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 入力端子に接続されたアナログ・デジタル変換回路
    と該アナログ・デジタル変換回路の出力段に並列に接続
    された複数のデジタル低域(又は高域)フィルタと前記
    複数のデジタル低域(又は高域)フィルタの夫々に接続
    された自乗回路と、隣接する自乗回路の出力信号間の差
    を作る減算回路と、前記減算回路の入力段、又は出力段
    に接続されたアキュムレータを有することを特徴とする
    スペクトル分析器。
JP54136890A 1979-10-23 1979-10-23 スペクトル分析器 Expired JPS584307B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP54136890A JPS584307B2 (ja) 1979-10-23 1979-10-23 スペクトル分析器
EP80303655A EP0028103B1 (en) 1979-10-23 1980-10-16 A spectrum analyzer
DE8080303655T DE3068890D1 (en) 1979-10-23 1980-10-16 A spectrum analyzer
US06/199,648 US4358733A (en) 1979-10-23 1980-10-22 Spectrum analyzer without distinct band-pass filter components

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JP54136890A JPS584307B2 (ja) 1979-10-23 1979-10-23 スペクトル分析器

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Publication Number Publication Date
JPS5660358A JPS5660358A (en) 1981-05-25
JPS584307B2 true JPS584307B2 (ja) 1983-01-25

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ID=15185938

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EP (1) EP0028103B1 (ja)
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