JPS617898A - 周波数分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は音声認識、雑音に埋れたＦＳＫ信号の復調等の
周波数分析に用いることのできる周波数分析装置に開す
るものである。

従来例の構成とその問題点 近年、音声認識、雑音に埋れたＦＳＫ信号の復調等に周
波数成分の分析による手法が盛んに用いられている。

この周波数分析にはアナログ・フィルタ、フーリエ変換
装置等の周波数分析装置が用いられている。

以下図面を参照しながら従来の周波数分析装置について
説明する。第１図は従来のフーリエ変換をもちいた周波
数分析装置のブロック図である。第１図において、入力
端１より周波数分析する信号を入力する。分析したい周
波数の正弦波の信号源２．入力信号よ信号源２の正弦波
との掛算を行う乗算器３．あらかじめ定めたある一定時
間積分する積分器４９分析の結果を取り出す出力端５を
有する。以上のように構成された周波数分析装置におい
てその動作を以下に説明する。周波数領域において。

振幅成分１位相角などを示すために周波数分析は複素数
扱いする必要がある。第１図の信号源２は単一周波数の
信号源で位相が９０度ずれた２波よりなり、また、その
うしろにある乗算器３．積分器４．出力端５も実数部と
虚数部の両方を含むが便宜−Ｌ、　　１つで図面を簡素
化している。周波数分析したい信号を入力端１より入力
し９分析したい周波数の正弦波信号源２は９例えば９周
波数計。、ｆ２．・・、ｒ・のように０種の周波数の発
振器群、　で構成され、各周波数の正弦波信号と入力端
ｌよりの入力信号とを乗算器３で掛算し、その掛算の結
果をあらかじめ定めたある一定時間積分する積分器４で
積分し、積分値をその周波数成分の結果とじて出力端５
より出力する。

しかしながら、　、Ｊ１記のような構成においては１乗
算器を使用しているので、処理の高速化を計ろうとした
場合に、高速の乗算器を必要とする。また、コンビクー
ターを利用して周波数分析を行う場合、三角関数と入力
信号との掛算があり、これを高速で行う必要があり、汎
用のマイクロコンピュータ−ではその処理が追いつかず
、音声認識、ＦＳＫ信号の復調等に対して処理に限界が
あった。

発明の目的 本発明の目的は、音声認識や雑音に埋れたＦＳＫ信号の
復調等に用いられている周波数分析において、損・算の
演算処理をもちいることなく、加算処理のみで簡易な周
波数分析を高速に行える周波数分析装置を提供するこＬ
にある。

発明の構成 本発明による周波数分析装置は１分析したい周波数で入
力信号の符号を切り替える切り替え用信号源と、前記信
号源によって入力信号の符号を切り替える符号切り替え
器と、前記符号切り替え器の出力を加算する加算器を備
えるものである。かがる構成によれば１分析したい周波
数で入力信号の符号を切り替える切り替え用信号源によ
って入力信号の符号を切り替えながらあらがしめ定めら
れた一定時間加算するこきで、切り替え信号源の周波数
成分についての分析を加算処理のみでできる利点を有し
ている。

実施例の説明 以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。第２図は本発明の一実施例における周波数分析装置
のブロック図である。入力端１．切り替え用信号源６、
符号切り替え器７．加算器８．出力端５を有する。なお
、第１図の従来例と同一の機能のものについては、同一
番号を付与しである。以上のように構成された本実施例
の周波数分析装置について以下その動作を説明する。

まず９周波数分析をする信号を入力端１より入力する。

分析したい周波数で入力信号の符号を切り替える切り替
え用信号源６については、第３図に基づいて説明する。

これは、従来例と同様に複素数扱いをする。従って実数
部と虚数部を得るための信号が必要で、第２図も第１図
同様に図面の簡素化のため１つで代表させている。第３
図（ａ）はある周波数ｆ１に関して、実数部の信号源６
１１と虚数部の信号源６１２より構成されることを示す
。第３図（ｂ）は切り替え用信号源６から出力される切
り替えのための信号の出力図である。これらは丁度１位
相が９０度だけずれたものである。従来の信号源と根本
的に異なっている点は、規準となる信号源の出力が三角
関数か矩形波かの点である。この切り替え用の信号で入
力信号の符号を切り替える符号切り替え器７は第３図（
ｂ）の出力図の＋１の部分では入力信号の符号反転を行
わず、−１の部分において符号反転を行う。この符号切
り替え器７について、さらに第４図を用いて説明する。

第４図において１図面の簡素化のため、１つだけを取り
上げているが、入力信号を非反転増幅器７．と反転増幅
器７２を介し、これらの出力のどちらを選択するかを切
り替え用の信号源６の出力によってスイッチ７、］を切
り替える。このようにして、入力信号の符号は、切り替
え用の信号源６によって制御され、これを時間的に加算
器８で加算して行くことで［・の周波数成分についての
出力が得られる。以上のように１本実施例によれば、入
力信号の符号反転を２分析したい周波数で行い、加算処
理のみを施すことによってその周波数成分が得られるの
で乗算器を必要とせず、また汎用のマイクロコンピュー
タ−でも周波数分析の処理が可能となる。

次に本発明の他の実施例について説明する。第５図は本
発明の他の実施例における周波数分析装置のブロック図
を示す。第５図は、マイクロコンピュータ−を用いて高
速フーリエ変換のアルゴリズムに基づくものである。

これは、入力端１．Ａ／Ｄ変換器９．データ・バス１０
、マイクロコンピュータ−１１，記憶装置１２．出力装
置１３で構成される。次にその動作について説明する。

周波数分析したい信号を入力端１より入力し、Ａ／Ｉ）
変換器９でディジタル量に変換する。これをマイクロコ
ンピュータ−１１の制御のもとでデータ・バス１０を通
じて記憶装置１２へ記憶する。一定時間の信号をＡ／Ｄ
変換器９で標本化し、記憶装置１２へ貯えたら、マイク
ロコンピュータ−１１によって周波数分析を行う。ここ
で、入力信号の数列をｘ　（ｎ）とすると、これを離散
的フーリエ変換で周波数領域Ｘ　（ｋ）へ変換する式は
。

Ｘ　（ｋ）−’ｊ’ｘ（ｎ）　ｗ肴、　ｋ＝０．１．　
・＝、　Ｎ−１Ｎは−・定時間の標本数、　ＷＮ＝ｃｘ
ｐ　（−ｊ２　ｙｒ　／Ｎ）で与えられる。これをもと
にして９本発明では、ＷＮをＵＮとして次のようにおく
。

即ち９本発明においては入力信号の数列ｘ　（ｎ）を周
波数領域の数列Ｘ　（ｋ）への変換は。

Ｘ（ｋ）＝Σｘ（ｎ）ＵＮ で与えられる。ＵＮはＷＮの計算後に実数部と虚数部の
正負によってその値を選定する。ここでＲｅ（ＷＮ）、
　１ｍ（ＷＮ）はＷＮのそれぞれ実数部、虚数部を示す
。高速フーリエ変換の時間間引形アルゴリズムは、入力
信号の数列ｘ　（ｎ）を逐次的により小さい部分数列に
分解することに基づいている。入力信号の数列を偶数番
目と奇数番目の標本値数列の２つに分解する。これをｘ
　（２ｒ）とｘ　（２ｒ１１）、「・０，１．・・・、
Ｎ−１とする。こうすることにより。

１リーＩ −Σ×（２ｒ）・ＵＮ＋Σｘ（２ｒ＋１）−１ＪＮＹ雷
Ｄ　　　　　　　　　　　　　シ０＝Ｔｅ−’ｘ　（２
ｒ）　・ＴＪ’ｈ′／２　＋Ｕ’ｕ’Ｔｈ−’ｘ　（２
ｒ＋１）−Ｕ；／２＝Ｇ　（ｋ）十〇ＮＨ（ｋ） となり、　Ｇ　（ｋ）、　Ｈ（ｋ）はＮ／２点の周波数
分析を示す。

Ｎ＝８　（−２３）として、第６図（ａ）にＮ／２点（
４点）の周波数分析に分解したフローグラフを示す。入
力端１４は第５図の記憶装置１２で標本化された信号を
偶数と奇数に分解して入力しているので従来の入力端１
とは異なる。入力端１４より入力し、Ｎ／２点周波周波
数装置１５でＮ／２点の周波数分析を行い、　Ｇ　（ｋ
）、　Ｈ（ｋ）を出力し、この１（（ｋ）にＵ′Ｎの処
理を施すことで２つに分けた入力信号数列のＮ／２点の
周波数分析の結果を結合することで、これによって１元
の８点の周波数分析の結果が得られる３、第６図（ｂ）
は４点周波数分析装置１５をさらに分解し、２点の周波
数分析装置１６に分解したフローグラフを示している。

第６図の信号のフローグラフは。

節点（○印）に入る枝は加え合わずことを示している。

第７図は枝に係数がある場合の説明図である。第７図（
ａ）は、第６図などにあるフローグラフの１つのマトリ
ック′スを示している。第７図（ｂ）では、これを符号
の切り替え用の信号源６七勾号切り替え器７を用いで実
現している。このように、枝にある係数は、ＵＮが±１
であるので、その枝の信号の符号にその係数を乗じる。

即ち、省号切り替え用の信号源で信号の符号を切り替え
ることを示す。このように高速フーリエ変換のアルこｊ
リスムを用いるので入力信号の数列を、小さい部分数列
に分解し１周波数分析するため入力信号の相号切り替え
の後の加算回数を減らして高速化を計っている。第８図
はＮ・・８の時間間引形泪算を完全に分解したフローグ
ラフを示す。このＬｌ’＞９はｌｏｇ２Ｎ段１ノわれ、
あるｒｎ段階のものが計所されて１ｍ千１段階へと引き
継がれる。、このフロルグラフの基本的な割算はｍ段階
からｒｎ＋］段階へ渡る１つのＸ形のマ）　ＩＪクスで
これを第９　ＦＱ（ａ）に示す。この計算は。

Ｘ・→＋＜ｐ）＝Ｘ−（ｐ＞４ＩＪ昌Ｘ　−（ｑ）Ｘｍ
＋ｌ（ｑ）４ｍ（ｐ）＋ＵＮＸｍ（ｑ）によって得られ
る。

ここでＷＮ＝ｅｘｐ−ｊ　（２ｙｒ　／Ｎ）　・Ｎ／２
＝ｅｘｐ　（−ｊ　ｙｒ　）−１であるから、ＵＮも同
様にして−１である。上式は。

Ｘｍ＋＋　（ｐ）４ｍ（ｐ）＋ＵＮＸｍ（ｑ）Ｘ−＋＋
　（ｑ）＝Ｘ−（ｐ）−１Ｊ′ＮＸｍ（ｑ）となる。こ
れを第９図（ｂ）に示す。このようにして高速フＩＪ工
変換アルゴリズムを用いることで、加算の回数を（Ｎ／
２）　ｌｏｇ２　、　Ｎにまで減らしている。

このようにして、高速フーリエ変換アルゴリズムの三角
関数値の正負により、入力信号の符号を制御することで
１乗算を用いることなく周波数分析を行うことができる
。なお、に記の実施例の高速フーリエ変換アルゴリズム
・では１時間間引形について説明したが７例えば、入力
信号数列の配置をそのままにして９周波数分析後に同様
の、ｌｊｉび替えを行う周波数間引形のアルゴリズムで
あっても良い。要は、三角関数値の正負により、入力信
号の符号を制御することで６乗算を用いることなく周波
数分析を行うことにある。

発明の効果 以」二の説明から明らかな様に１本発明は、入力信号と
三角関数値の東算を用いず、三角関数値の値の正負によ
って、入力信号の符号を制御することで周波数分析して
いるので処理の高速化が可能になり、また、汎用のマイ
クロコンピュータ−でも十分１周波数分析の処理ができ
るという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフーリエ変換をもぢいた周波数分析装置
のブロック図、第２図は本発明の一実施例における周波
数分析装置のブロック図、第３図は本発明の一実施例に
おける切り替え用信号源の機能図、第４図は本発明の一
実施例における信号の符号切り替え器の機能図、第５図
は本発明の他の実施例における周波数分析装置のブロッ
ク図、第６図は本発明の他の実施例におけるＮ／２点に
分割した周波数分析のフローグラフ、第７図は本発明の
他の実施例における周波数分析のフローグラフ」二の枝
の係数の説明図、第８図は本発明の他の実施例における
８点の周波数分析のフローグラフ、第９図は本発明の他
の実施例における周波数分析の基本のフローグラフであ
る。 １・・入力端、２・・信号源、３・・乗算器、４・・積
分器、５・・出力端、６・・切り替え用信号源、７・・
符号切り替え器、８・・加算器、９・・Ａ／Ｄ変換器、
ＩＱ・・データバス、１１・・マイクロコンピュータ−
１１２・・記憶装置、１３・・出力装置、１４・・信号
入力端、１５・・Ｎ／２点周波周波数装置、１６・・２
点用波数分析装置。 代理人の氏名　中堀　敏男　はか１名 「−輪軸一一−−−−−−−−−−−−−１第　：３　
図 九 第５図 第　１１　　図 （部） 一］ 第７図 職 第９図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）分析したい周波数で入力信号の符号を切り替える
   切り替え用信号源と、前記信号源によって入力信号の符
   号を切り替える符号切り替え器と、前記符号切り替え器
   の出力を加算する加算器を有し、あらかじめ定められた
   一定時間、加算を繰り返すことで、前記切り替え信号源
   の周波数成分について分析できるように構成したことを
   特徴とする周波数分析装置。
2. （２）入力信号の符号切り替えは高速フーリエ変換のア
   ルゴリズムにおける三角関数値の掛算の置き換えであり
   、周波数分析のための加算は上記アルゴリズムにおける
   加算演算の置き換えであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の周波数分析装置。