JP4451645B2 - Noise removing apparatus, method and program - Google Patents
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Description
本発明は,信号波形生成技術および雑音除去技術に関し,特に,定常的なディジタル雑音の除去に用いる雑音信号波形などを少ないメモリ量で保存することを可能としたノイズ除去装置,方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a signal waveform generation technique and a noise removal technique, and more particularly, to a noise removal apparatus, method, and program capable of storing a noise signal waveform and the like used for steady digital noise removal with a small amount of memory.
音声信号や,アンテナで受信した電波信号等を処理する信号処理装置において,アナログ信号をディジタル化する過程でディジタル系からの雑音が混入することが多い。 In a signal processing apparatus that processes an audio signal, a radio wave signal received by an antenna, etc., noise from a digital system is often mixed in the process of digitizing an analog signal.
図15は,従来技術の信号処理装置のシステム構成例を示す図である。図15において,2は信号を受信して時系列データをアナログ信号としてAD変換装置に送信するアンテナ,3は受信したアナログ信号をディジタル信号に変換するAD変換装置,4はAD変換装置3から受信したディジタル信号をフーリエ変換してその周波数成分を抽出するフーリエ変換装置である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a system configuration example of a signal processing apparatus according to the related art. In FIG. 15, 2 is an antenna that receives a signal and transmits time-series data as an analog signal to the AD converter, 3 is an AD converter that converts the received analog signal into a digital signal, and 4 is received from the
図15に示すシステム構成を用いて,受信したアナログ信号をディジタル信号に変換する場合に,クロック系のクロック波形等の定常的な雑音が洩れ込むことがある。例えば,図4(B)に示すようなクロック波形に似た雑音が洩れ込むと,図2に示すように,本来のきれいなコサイン波(Cos(2πfk/N))に雑音が混じり,実線に示すような汚い波になってしまう。 When the received analog signal is converted into a digital signal using the system configuration shown in FIG. 15, stationary noise such as a clock waveform of the clock system may leak. For example, if noise similar to the clock waveform shown in FIG. 4B leaks, the noise is mixed with the original clean cosine wave (Cos (2πfk / N)) as shown in FIG. It becomes such a dirty wave.
雑音を多く含んだ信号をフーリエ変換処理すると,雑音に起因する演算オーバフロー等により,本来の信号の精度が悪くなる。したがって,信号処理装置の能力を十分に引き出すためには,既知の雑音をあらかじめ除去しておいてから,信号処理することが必要となる。 When a signal containing a lot of noise is subjected to Fourier transform processing, the accuracy of the original signal is deteriorated due to computation overflow caused by noise. Therefore, in order to fully exploit the capability of the signal processing apparatus, it is necessary to perform signal processing after removing known noise in advance.
第1の従来技術として,雑音信号波形を信号処理で必要とするサンプル点数Nだけメモリに保持しておき,入力信号から雑音信号波形を減算することで,雑音を除去するものがある。また,第2の従来技術として,音声や楽音を出力する場合に,波形メモリに保存した信号波形を読み出してから,必要に応じて操作を加えて出力するものがある。 As a first conventional technique, there is a technique that removes noise by holding a noise signal waveform in a memory by the number N of sample points required for signal processing and subtracting the noise signal waveform from an input signal. Further, as a second conventional technique, when outputting a voice or a musical sound, there is a technique in which a signal waveform stored in a waveform memory is read and then an operation is added as necessary.
より具体的な従来技術として,下記の特許文献1に,1周期分の基本信号波形から同一サンプル点を繰り返し読み出して,低周波信号を発生する技術が記載されている。この特許文献1に記載された技術は,1周期分の基本信号波形を信号値の系列として記憶した波形データメモリを備え,この波形データメモリから所定の周期で前記信号値を順に読み出すに際して,制御目標値として与える試験波形の周波数に応じて設定される間引き数に従って,前記波形データメモリから同一サンプル点の信号値を連続して繰り返し読み出し,読み出した信号値を前記間引き数に応じて補正して前記信号値の系列が示す基本信号波形を復元し,復元された基本信号波形の振幅を調整して制御目標値をなす試験波形を得るというものである。
上述したように,雑音を多く含んだ信号をフーリエ変換処理すると,雑音に起因する演算オーバフロー等により,本来の信号の精度が悪くなる。その理由は,以下のとおりである。一般に信号処理装置では,少ないハードウェア量で構成できる固定小数点数の演算がよく使われる。浮動小数点数による演算処理ならば,演算のオーバフローが発生することは少ないが,固定小数点数の場合には,演算オーバフローが起きやすい。 As described above, when a signal containing a lot of noise is subjected to Fourier transform processing, the accuracy of the original signal is deteriorated due to computation overflow caused by the noise. The reason is as follows. In general, signal processing devices often use fixed-point numbers that can be configured with a small amount of hardware. In the case of arithmetic processing using floating-point numbers, there is little occurrence of arithmetic overflow, but in the case of fixed-point numbers, arithmetic overflow is likely to occur.
符号無しの8bitの演算回路を考えると,整数部は,0から255の値を取ることができる。bit数を有効に使うために,データは,できるだけフル・レンジで使うようにしている。例えば,本来の信号が250の値ならば,8bitの精度をフルに利用することができる。本来の信号に,50の値を持つ雑音が重畳されると,300の値を処理しなければならないが,8bitで処理できない。オーバフローした場合には,最大値にクリッピングする方法もあるが,これは,300の値を強制的に255にして,8bitにする方法であるため,他の値との演算処理等を行う過程で誤差による演算雑音が生じる。 Considering an unsigned 8-bit arithmetic circuit, the integer part can take a value from 0 to 255. In order to use the number of bits effectively, the data is used in the full range as much as possible. For example, if the original signal is a value of 250, the 8-bit accuracy can be fully utilized. If noise having a value of 50 is superimposed on the original signal, the value of 300 must be processed, but cannot be processed in 8 bits. In the case of overflow, there is a method of clipping to the maximum value, but this is a method of forcibly setting the value of 300 to 255 and setting it to 8 bits, so in the process of performing arithmetic processing with other values, etc. Computational noise due to errors occurs.
また,例えばスケーリング処理方法を使う場合には,データを1/2にスケーリングして処理する。この結果,300/2=150となり,8bitで処理できるようになるが,本来の信号も250/2=125として演算処理されるため,7bitの精度しか利用できないことになる。 For example, when the scaling processing method is used, the data is scaled to ½ and processed. As a result, 300/2 = 150, and processing can be performed with 8 bits. However, since the original signal is also processed with 250/2 = 125, only 7-bit accuracy can be used.
本来の信号に混入する雑音の信号波形が既知である場合には,その既知の雑音の信号波形を入力信号から除去してから信号処理することによって,本来の信号の精度の劣化を少なくして,信号処理装置の能力を十分に引き出すことが可能になる。このような雑音の除去を目的とする場合には,合成する雑音の信号波形を正確にする必要はなく,ある程度の大きな雑音成分を除去できればよい。このとき,雑音の基本信号波形をあらかじめメモリに保存しておく必要があるが,従来は,雑音の基本信号波形を少ないメモリ量で保存し,この基本信号波形に基づいて所望の雑音の合成信号波形を生成する技術は考えられていなかった。 When the signal waveform of noise mixed in the original signal is known, the signal waveform of the known noise is removed from the input signal and then signal processing is performed to reduce degradation of the accuracy of the original signal. Thus, it is possible to fully exploit the capabilities of the signal processing device. For the purpose of removing such noise, it is not necessary to make the signal waveform of the noise to be synthesized accurate, as long as a certain large noise component can be removed. At this time, it is necessary to store the basic signal waveform of the noise in the memory in advance. Conventionally, the basic signal waveform of the noise is stored with a small amount of memory, and a desired synthesized signal of the noise is generated based on the basic signal waveform. A technique for generating a waveform has not been considered.
本発明は,上記従来技術の問題点を解決し,少量のサンプル点からなる基本信号波形データから,必要な周波数とサンプル点数の信号波形を生成することにより,少ないメモリ量で必要とする精度の信号を合成できるようにすること,さらにその信号合成技術を用いて,入力信号から合成雑音信号波形を減算することで,少ないメモリ量で雑音の除去を可能にすることを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art and generates a signal waveform having a necessary frequency and the number of sample points from basic signal waveform data consisting of a small number of sample points, thereby achieving the required accuracy with a small amount of memory. The purpose of this invention is to make it possible to synthesize signals, and to further eliminate noise with a small amount of memory by subtracting the synthesized noise signal waveform from the input signal using the signal synthesis technique.
上記課題を解決するため,本発明は以下の手段を用いる。まず,本発明で用いる合成信号波形を生成する技術(以下,関連技術という)を説明する。1周期分の基本信号波形を,サンプル点数Sのサンプル値としてメモリに用意する。そのメモリに用意したサンプル点数Sのサンプル値をもとに,必要とする1周期分の基本信号波形のF倍の高調波をサンプル点数N(S<N)のサンプル値の合成信号波形として生成する。このように,メモリに用意されたサンプル点数Sの1周期分の基本信号波形データからサンプル点数Nの合成信号波形を生成する構成を採ることにより,合成信号波形の生成のために必要なメモリ量を少なくする。 In order to solve the above problems, the present invention uses the following means. First, a technique for generating a composite signal waveform used in the present invention (hereinafter referred to as a related technique) will be described. A basic signal waveform for one period is prepared in a memory as a sample value of the number of sample points S. Based on the sample value of sample point S prepared in the memory, generate a harmonic of F times the required basic signal waveform for one cycle as a composite signal waveform of sample value N (S <N). To do. Thus, by adopting a configuration for generating a composite signal waveform having N sample points from basic signal waveform data for one cycle of sample points S prepared in the memory, the amount of memory necessary for generating a composite signal waveform is obtained. Reduce.
すなわち,上記関連技術は,サンプル点数Sのサンプル値を有する基本信号波形から前記基本信号波形のF倍の高調波をサンプル点数N(S<N)のサンプル値の合成信号波形として生成する信号波形生成装置であって,前記基本信号波形のサンプル値を時系列順に蓄積するメモリと,(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部をSで割ったときの剰余を算出する計算手段と,前記メモリ中の前記算出された剰余に対応する位置から前記基本信号波形のサンプル値を抽出し,抽出したサンプル値を合成信号波形の第k番目のサンプル値とするサンプル値決定手段とを備えることを特徴とする。 That is, the related technique generates a signal waveform that generates a harmonic of F times the basic signal waveform from a basic signal waveform having sample values of sample points S as a composite signal waveform of sample values of sample points N (S <N). A generator for storing sample values of the basic signal waveform in time series, and an integer of (S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) A calculation means for calculating a remainder when the part is divided by S, a sample value of the basic signal waveform is extracted from a position corresponding to the calculated remainder in the memory, and the extracted sample value is extracted from the synthesized signal waveform And a sample value determining means for setting the k-th sample value.
本発明は,雑音が混入した信号を入力してフーリエ変換し,フーリエ変換した結果から雑音周波数のフーリエ成分を選択し,選択した雑音周波数のフーリエ成分を逆フーリエ変換した結果の信号波形を雑音成分の1周期分を基本信号成分として,上記関連技術によって合成雑音信号波形を生成し,入力サンプル信号から,合成雑音信号波形を減算することで,雑音を除去する。 The present invention inputs a signal mixed with noise, performs Fourier transform, selects the Fourier component of the noise frequency from the result of Fourier transform, and converts the signal waveform resulting from inverse Fourier transform of the Fourier component of the selected noise frequency to the noise component. Is used as a basic signal component to generate a synthesized noise signal waveform by the related technique , and the noise is removed by subtracting the synthesized noise signal waveform from the input sample signal.
具体的には,本発明は,入力信号を受信する受信部と,前記入力信号をフーリエ変換する変換部と,前記フーリエ変換した結果に基づき,前記入力信号に含まれるノイズの周波数のフーリエ成分を選択する選択部と,前記選択したフーリエ成分を逆フーリエ変換し,前記ノイズの基本信号波形を生成する生成部と,生成された前記基本信号波形から抽出されたサンプル点数S個(Sは正の整数)のサンプル値を時系列順に蓄積する記憶部と,(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部分を前記サンプル点数Sで除算した場合の剰余を算出する演算部と,前記算出された剰余に対応する前記記憶部における位置から前記ノイズの基本信号波形のサンプル値を抽出し,前記抽出したサンプル値を合成ノイズ信号波形の第k番目のサンプル値と決定して,前記基本信号波形のF倍高調波である合成ノイズ信号波形を生成する合成部と,前記入力信号から前記合成ノイズ信号波形を減算する減算部とを有することを特徴とする。 Specifically, the present invention provides a receiving unit that receives an input signal, a converting unit that performs a Fourier transform on the input signal, and a Fourier component of the frequency of noise included in the input signal based on the result of the Fourier transform. A selection unit for selecting, a generation unit for performing an inverse Fourier transform on the selected Fourier component to generate a basic signal waveform of the noise, and S sample points extracted from the generated basic signal waveform (S is a positive value) (Integer) sample values are stored in chronological order, and an integer part of (S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) is represented by the sample point S. An arithmetic unit that calculates a remainder when dividing, and a sample value of the basic signal waveform of the noise is extracted from a position in the storage unit corresponding to the calculated remainder, and the extracted sample value is extracted from a synthesized noise signal waveform determine that the k-th sample value, said to have a composition unit for generating a composite noise signal waveform is F-fold harmonic of the fundamental signal waveform, and a subtraction unit for subtracting the synthesized noise signal waveform from the input signal It is characterized by.
図1は,合成信号波形を生成する技術の原理説明図である。例えば,図1(A)に示すようなサンプル点数S=32の1周期分の基本信号波形データから,1周期分の基本信号波形のF倍(F=3)の高調波をサンプル点数N(N=64)のサンプル値の合成信号波形として生成するものとする。このため,図1(A)に示すような1周期分の基本信号波形データをメモリに用意する。ここで,単純に図1(A)に示す基本信号波形を3回繰り返すと,この基本信号波形は32個のサンプル点を持っているため,96個のサンプル点となる。 FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a technique for generating a composite signal waveform . For example, from the basic signal waveform data for one cycle with the number of sample points S = 32 as shown in FIG. 1A, harmonics that are F times (F = 3) the basic signal waveform for one cycle are converted into N points ( N = 64) is generated as a composite signal waveform of sample values. For this reason, basic signal waveform data for one cycle as shown in FIG. Here, if the basic signal waveform shown in FIG. 1A is simply repeated three times, the basic signal waveform has 96 sample points because it has 32 sample points.
生成したい合成信号波形は,N=64個のサンプル点を持つものであるため,この合成信号波形を生成するためには,基本信号波形を3倍した波の1.5サンプル点おきのデータをプロットしていけばよい。メモリ内には1.5サンプル点毎のデータがないため,例えば1サンプル点または2サンプル点おきにデータをプロットしていく。これによって,図1(B)に示すような,基本信号波形の3倍の波形の合成信号波形を生成することができる。 Since the composite signal waveform to be generated has N = 64 sample points, in order to generate this composite signal waveform, data every 1.5 sample points of a wave that is three times the basic signal waveform is generated. Just plot it. Since there is no data for every 1.5 sample points in the memory, for example, data is plotted every 1 sample point or every 2 sample points. As a result, a composite signal waveform having a waveform three times the basic signal waveform as shown in FIG. 1B can be generated.
合成信号波形の生成処理の概要を,定常的な雑音の信号波形を合成する場合を例にして説明する。図2は,本来のコサイン波への雑音の洩れ込みを示す図である。本来のコサイン波に雑音が洩れ込むと,図2の実線で示すような雑音が混入した信号となる。 The outline of the process of generating synthesis signal waveform will be described as an example the case of synthesizing a steady noise signal waveform. FIG. 2 is a diagram showing noise leakage into the original cosine wave. When noise leaks into the original cosine wave, the signal is mixed with noise as shown by the solid line in FIG.
この雑音が混入した信号をフーリエ変換すると,図3(A)に示すスペクトルが検出される。図3に示すように,周波数4Hzに対応して大きな振幅(V)のスペクトルがあり,4Hzが本来のコサイン波の周波数であることがわかる。そして,スペクトルが検出されているその他の周波数である0Hz,3Hz,9Hz,15Hz,21Hz,27Hzが雑音に対応する周波数であることがわかる。 When the signal mixed with this noise is subjected to Fourier transform, the spectrum shown in FIG. 3A is detected. As shown in FIG. 3, there is a spectrum with a large amplitude (V) corresponding to a frequency of 4 Hz, and it can be seen that 4 Hz is the original cosine wave frequency. Then, it can be seen that 0 Hz, 3 Hz, 9 Hz, 15 Hz, 21 Hz, and 27 Hz, which are other frequencies from which the spectrum is detected, are frequencies corresponding to noise.
本発明は,例えば,雑音が混入した信号をフーリエ変換して本来のコサイン波に対応するスペクトルと雑音に対応するスペクトルとに切り分けた後,雑音に対応するスペクトルから雑音の合成信号波形を生成する。この場合,図4(A)に示すサンプル点数が32個の1周期分の雑音の基本信号波形を生成し,メモリに記憶させる。ここで,目的とする合成信号波形を,前記基本信号波形の3倍の高調波であってサンプル点数N=64のサンプル値から生成するものとすると,メモリに記憶された雑音の基本信号波形を3回繰り返すことにより得られるサンプル点数96個の波を圧縮して,図4(B)に示すサンプル点数64個の合成信号波形を生成することになる。この合成信号波形への圧縮は,上述したように,サンプル点数96個の波の96個のデータを1個または2個おきに合成信号波形のサンプル値としてプロットしていくことにより行う。 The present invention, for example, generates a synthesized signal waveform of noise from a spectrum corresponding to noise after performing Fourier transform on a signal mixed with noise and separating it into a spectrum corresponding to the original cosine wave and a spectrum corresponding to noise. . In this case, a basic signal waveform of noise corresponding to one cycle with 32 sample points shown in FIG. 4A is generated and stored in the memory. Here, assuming that the target composite signal waveform is generated from the sample value of three times higher harmonics of the basic signal waveform and sample points N = 64, the basic signal waveform of noise stored in the memory is obtained. The wave of 96 sample points obtained by repeating 3 times is compressed, and the composite signal waveform of 64 sample points shown in FIG. 4B is generated. As described above, the compression to the composite signal waveform is performed by plotting 96 data of the 96-sampled waves as sample values of the composite signal waveform every other one or two.
この雑音の合成信号波形のサンプル値の決定は,以下のようにして行う。合成信号波形のサンプル点の番号をk,合成信号波形が基本信号波形の何倍かを示す係数(高調波倍数)をF,基本信号波形のサンプル点数をS,合成信号波形のサンプル点数をNとすると,(S*F/N)*kの整数部をSで割ったときの剰余に対応する基本信号波形のサンプル点のデータ(サンプル値)を合成信号波形の第k番目のサンプル値とする。 The determination of the sample value of the noise composite signal waveform is performed as follows. The number of sample points of the composite signal waveform is k, the coefficient (harmonic multiple) indicating how many times the composite signal waveform is the basic signal waveform is F, the number of sample points of the basic signal waveform is S, and the number of sample points of the composite signal waveform is N Then, the data (sample value) of the sample point of the basic signal waveform corresponding to the remainder when the integer part of ( S * F / N) * k is divided by S is the k-th sample value of the composite signal waveform. To do.
例えばS=32,N=64,F=3とすると,(S*F/N)*k=(32*3/64)*k=1.5*kの整数部を32で割ったときの剰余を,基本信号波形のサンプル点とする。この例では,四捨五入した剰余は,0,2,3,5,6,8,9,…となる。これは,メモリから1または,2飛びで,平均1.5飛びのサンプル位置のサンプル値を取り出しながら,合成信号波形の第k番目のサンプル値とすることになる。 For example, when S = 32, N = 64, and F = 3, the integer part of (S * F / N) * k = (32 * 3/64) * k = 1.5 * k is divided by 32. Let the remainder be the sampling point of the basic signal waveform. In this example, the rounded residue is 0, 2, 3, 5, 6, 8, 9,. This is taken as the k-th sample value of the composite signal waveform while extracting the sample values at the sample positions with an average of 1.5 jumps from the memory by 1 or 2 jumps.
このように,合成信号波形の生成では,信号合成のために,1周期分の基本信号波形の中で参照するサンプル点位置が,計算上で小数点以下の値をもっても,サンプル位置に補正してサンプル値を取り出す。また,計算上で,1周期分の基本信号波形を超えたところにある参照するサンプル点位置を,1周期分の基本信号波形の中の位置に変換して,サンプル値を取り出す。この技術では,一般的に正確な合成波形を生成することはできないが,擬似的な合成波形を,容易に生成することができる。 As described above, in the generation of the synthesized signal waveform, for the purpose of signal synthesis, even if the sample point position referenced in the basic signal waveform for one cycle has a value after the decimal point in the calculation, it is corrected to the sample position. Take a sample value. Further, in the calculation, a sample point position to be referred to that exceeds the basic signal waveform for one cycle is converted into a position in the basic signal waveform for one cycle, and a sample value is extracted. In general, this technique cannot generate an accurate synthesized waveform, but can easily generate a pseudo synthesized waveform.
このアドレス計算方法により,基本信号波形のサンプル点数Sと,合成信号波形のサンプル点数Nの関係は,特定の関係である必要がなく,任意に設定することができ,かつ,1周期の基本信号波形の任意の高調波倍数Fを設定することができる。 With this address calculation method, the relationship between the number of sample points S of the basic signal waveform and the number of sample points N of the synthesized signal waveform does not need to be a specific relationship, and can be arbitrarily set, and one cycle of the basic signal An arbitrary harmonic multiple F of the waveform can be set.
また,この合成信号波形の生成では,乗算器が必要となるが,合成信号波形のサンプル点数Nが多い場合には,1周期分の基本信号波形のメモリを従来に比べて少なくできるため,乗算器を使用しても十分にハードウェア量削減の効果がある。すなわち,例えば,雑音の基本信号波形の32個のサンプル値をメモリに用意して,サンプル点数が64個の雑音の合成信号波形を容易に生成することができるため,メモリに記憶するデータ量を少なくすることができる。
In addition, a multiplier is required for the generation of the composite signal waveform. However, when the number N of sample points of the composite signal waveform is large, the basic signal waveform memory for one cycle can be reduced as compared with the conventional case. Even if a device is used, the amount of hardware can be reduced sufficiently. That is, example embodiment, to prepare 32 samples of the noise of the fundamental signal waveform memory, because the number of sample points can be easily generate a
本発明は,例えばアンテナ等で受信したアナログ信号をディジタル変換した後,フーリエ変換装置で信号を周波数成分に分解し,そのスペクトルの分布に基づいて雑音と判定した成分だけを,逆フーリエ変換して雑音波形を生成する。このとき,除去したい雑音成分の1周期分だけを基本信号波形として,メモリに設定する。 In the present invention, for example, after an analog signal received by an antenna or the like is digitally converted, the signal is decomposed into frequency components by a Fourier transform device, and only a component determined to be noise based on the spectrum distribution is subjected to inverse Fourier transform. Generate a noise waveform. At this time, only one period of the noise component to be removed is set in the memory as a basic signal waveform.
クロック波形等の方形波が入力信号に洩れ込み雑音となる場合には,クロックの基本周波数とその奇数倍の高調波から合成された雑音となることが多い。すなわち,クロックの基本周波数の1周期分だけに相当する時間の波形から雑音を合成できる。そこで,本発明は,上記合成信号波形の生成の技術を用いて1周期分の雑音の基本信号波形のF倍(例えばF=3)の高調波をサンプル点数N(例えばN=64)のサンプル値の合成信号波形として生成し,入力サンプリング信号から生成された合成信号波形を減算して雑音の除去を行う。 When a square wave such as a clock waveform leaks into the input signal and becomes noise, it is often a noise synthesized from the fundamental frequency of the clock and its odd harmonics. That is, noise can be synthesized from a waveform having a time corresponding to only one period of the fundamental frequency of the clock. Therefore, the present invention uses the above-described technique for generating a synthesized signal waveform to sample a harmonic of F times (for example, F = 3) of the basic signal waveform of noise for one period by sampling points N (for example, N = 64). A value is generated as a synthesized signal waveform, and noise is removed by subtracting the generated synthesized signal waveform from the input sampling signal.
例えば,図4(A)に示す雑音の基本信号波形をメモリに用意して,この基本信号波形に基づいて図4(B)に示す合成信号波形を生成し,生成した雑音の合成信号波形を,例えば図5の点線に示す波(雑音が混入した信号)から引くことによって,雑音除去を行う。雑音除去の結果,例えば図5の太い実線に示すような雑音除去後の信号が得られる。 For example, the basic signal waveform of noise shown in FIG. 4 (A) is prepared in a memory, and the synthesized signal waveform shown in FIG. 4 (B) is generated based on the basic signal waveform. For example, noise is removed by subtracting from a wave (a signal mixed with noise) indicated by a dotted line in FIG. As a result of noise removal, for example, a signal after noise removal as shown by a thick solid line in FIG. 5 is obtained.
クロック系や電源系からアナログ信号処理系への雑音の洩れ込みは,一般に,阻止することが難しい問題である。本発明によれば,定常的な既知の雑音を,入力信号からの雑音除去に使用するために,必要な信号波形精度を持ちながら少ないハードウェアで雑音波形を合成し,雑音を除去することができ,本来のフーリエ変換装置の演算精度の性能を引き出すことが可能となる。 In general, leakage of noise from the clock system or power supply system to the analog signal processing system is a difficult problem to prevent. According to the present invention, in order to use stationary known noise for noise removal from an input signal, it is possible to synthesize a noise waveform with a small amount of hardware and remove the noise while having the required signal waveform accuracy. This makes it possible to extract the performance of the original Fourier transform device.
また,本発明によれば,一般的な雑音波形を合成することができるため,少ないメモリ量で,必要な信号波形を合成することが可能となる。特に,1周期分の基本波形は,任意のサンプル点数Sで表現でき,また,任意のサンプル点数Nの任意の基本波形に対する高調波の倍数Fを設定することが可能となる。 In addition, according to the present invention, since a general noise waveform can be synthesized, a necessary signal waveform can be synthesized with a small amount of memory. In particular, a basic waveform for one cycle can be expressed by an arbitrary number of sample points S, and a harmonic multiple F for an arbitrary basic waveform having an arbitrary number of sample points N can be set.
以下の説明において,Fix{A}は,固定小数点数{A}の整数部を取り出すことを意味する。また,Mod[B,S]は,BをSで除算した結果の剰余を取り出すことを意味する。また,“*”は乗算,“/”は除算を表す。 In the following description, Fix {A} means taking out the integer part of the fixed-point number {A}. Mod [B, S] means that a remainder obtained by dividing B by S is taken out. “*” Indicates multiplication, and “/” indicates division.
図6は,信号波形生成装置の構成例を示す図である。図6において,10は合成信号波形を生成する信号波形生成装置,11は1周期分の基本信号波形をメモリ12に初期設定する基本信号波形初期設定部,12は基本信号波形が設定されるメモリ,13はサンプル点番号のkをカウントするカウンター,14はk*F(Fは高調波の倍数)を演算する乗算器,15はk*Fをビットシフトして(S*F/N)*kを出力するシフト回路,16はシフト回路15の出力からFix{(S*F/N)*k}をSで除算した結果の剰余部分を選択し,メモリ12内からのサンプル値Q(k)の読み出しアドレスとする選択部である。
Figure 6 is a diagram showing a configuration example of the signal waveform generation unit. In FIG. 6, 10 is a signal waveform generator for generating a composite signal waveform, 11 is a basic signal waveform initial setting unit for initially setting a basic signal waveform for one cycle in a
図7は,信号波形生成処理フローの一例を示す図である。メモリ12には,基本信号波形初期設定部11によって,あらかじめ1周期分の基本信号波形が設定されているものとする。まず,サンプル点番号kをk=0とし(ステップS1),k=Nになるまで,以下のステップS3〜S5を繰り返す(ステップS2)。k=Nになったならば,処理を終了する。
Figure 7 is a diagram showing an example of a signal waveform generating process flow. It is assumed that a basic signal waveform for one cycle is set in advance in the
Mod[Fix{(S*F/N)*k},S]を計算し,A(k)に設定する(ステップS3)。A(k)はメモリのアドレスに相当する値を示す。すなわち,(S*F/N)*kの整数部をSで割ったときの剰余を,A(k)とする。ここで,整数部を取り出すときに四捨五入を行うときには,小数点以下第1位に2進数で“1”を加えてから,小数点以下を捨てる。 Mod [Fix {(S * F / N) * k}, S] is calculated and set to A (k) (step S3). A (k) indicates a value corresponding to the address of the memory. That is, the remainder when the integer part of (S * F / N) * k is divided by S is A (k). Here, when rounding off when extracting the integer part, a binary number “1” is added to the first decimal place and then the decimal part is discarded.
図8(A)は,図1(A)に示す基本信号波形の各サンプル点i毎の振幅値(サンプル値)を示しており,図8(B)は,図1(B)に示す合成信号波形の各サンプル点kに対応したサンプル値等のデータを示している。前述したように図1(B)に示す合成信号波形は,図1(A)に示す基本信号波形の3倍の波形であるため,F=3である。また,基本信号波形のサンプル点数S=32,合成信号波形のサンプル点数N=64である。なお,図8(B)のFix( )はFix{(S*F/N)*k}を表し,Mod( )はMod[Fix{(S*F/N)*k},S]を表す。 8A shows the amplitude value (sample value) for each sample point i of the basic signal waveform shown in FIG. 1A, and FIG. 8B shows the synthesis shown in FIG. Data such as sample values corresponding to each sample point k of the signal waveform is shown. As described above, the composite signal waveform shown in FIG. 1B is three times the basic signal waveform shown in FIG. Further, the number of sample points S of the basic signal waveform is 32, and the number of sample points N of the composite signal waveform is 64. In FIG. 8B, Fix () represents Fix {(S * F / N) * k}, and Mod () represents Mod [Fix {(S * F / N) * k}, S]. .
例えば,合成信号波形のk=1のサンプル点では,
(S*F/N)*k=(32*3/64)=1.5
であるため,
Fix{(S*F/N)*k}=Fix{1.5}=2
Mod[Fix{(S*F/N)*k},S]=Mod[2,32]=2
となる。したがって,上記ステップS3においては,A(k)=2に設定する。
For example, at the sample point of k = 1 in the composite signal waveform,
(S * F / N) * k = (32 * 3/64) = 1.5
Because
Fix {(S * F / N) * k} = Fix {1.5} = 2
Mod [Fix {(S * F / N) * k}, S] = Mod [2, 32] = 2
It becomes. Therefore, A (k) = 2 is set in step S3.
メモリ内の基本信号波形の,A(k)番目のサンプル値M[A(k)]を,合成信号波形のk番目のサンプル値Q(k)とする(ステップS4)。例えば,上記ステップS3においてA(k)=2に設定されることから,図8(A)のi=2の場合の基本信号波形のサンプル値である0.9375をメモリ12から取り出し,サンプル値Q(k)として出力する。その後,kをインクリメントして(ステップS5),k=Nになるまで同様の処理を繰り返す。 The A (k) th sample value M [A (k)] of the basic signal waveform in the memory is set as the kth sample value Q (k) of the synthesized signal waveform (step S4). For example, since A (k) = 2 is set in step S3, 0.9375, which is the sample value of the basic signal waveform in the case of i = 2 in FIG. Output as Q (k). Thereafter, k is incremented (step S5), and the same processing is repeated until k = N.
図6に示す信号波形生成装置の動作を詳しく説明する。カウンター13は,0から順次1ずつインクリメントした値k=0,1,2,…,Nを出力する。また,1周期分の基本信号波形のサンプル点数Sは,2の累乗(S=2p )とする。合成信号波形サンプル点数Nは,2の累乗(N=2q )とする。S/N=2p /2q =2(p-q) である。
The operation of the signal waveform generator shown in FIG. 6 will be described in detail. The
乗算器14は,与えられたFをkに乗算し,k*Fを出力する。シフト回路15は,k*Fを(p−q)ビット分シフトして,(S*F/N)*kの値を出力する。選択部16は,Fix{(S*F/N)*k}をSで割ったときの剰余を,整数部の下位pビットを取り出すことで出力する。Fix{(S*F/N)*k}は,切り捨て処理ならば,小数点以下を捨てることで得ることができ,また,四捨五入処理ならば,小数点以下第1位に2進数で“1”を加えてから,小数点以下を捨てることで得ることができる。選択部16で得られた剰余 Mod[Fix{(S*F/N)*k},S]を,メモリ12の読み出し位置A(k)とし,メモリ12内の基本信号波形のA(k)番目のサンプル値を,合成信号波形のk番目のサンプル値Q(k)として出力する。
The
以下に,信号波形生成装置10におけるk=5の場合の数値計算例を示す。
Hereinafter, an example of numerical calculation in the case of k = 5 in the signal
S=32=2p =25
N=64=2q =26
k=5 = 000101.
F=3 = 0011.
k*F=15 =00001111.
(S*F/N)*k=(k*F)*(1bit右シフト)
=7.5=0000111.1
四捨五入(S*F/N)*k=8.0=0001000.0
A(5)=Mod[8,32]=8 = 1000.
Q(5)=M[A(5)]=M[8]
この結果から,合成信号波形のk=5番目のサンプル値Q(5)は,メモリ12における8番目のエントリM[8]から読み出されて出力されることになる。
S = 32 = 2 p = 2 5
N = 64 = 2q = 2 6
k = 5 = 000101.
F = 3 = 0011.
k * F = 15 = 00001111.
(S * F / N) * k = (k * F) * (1-bit right shift)
= 7.5 = 00000111.1
Rounded off (S * F / N) * k = 8.0 = 0001000.0
A (5) = Mod [8, 32] = 8 = 1000.
Q (5) = M [A (5)] = M [8]
From this result, k = 5th sample value Q (5) of the composite signal waveform is read from the 8th entry M [8] in the
図9は,本発明の実施の形態のシステム構成例の概要を示す図である。図9において,1は雑音除去装置,2はアンテナ,3はアナログ信号をディジタル信号に変換するAD変換装置,4はフーリエ変換装置である。本発明の実施の形態では,アンテナ2が信号を受信し,時系列データをアナログ信号として出力する。AD変換装置3がアンテナ2から受信したアナログ信号をディジタル信号に変換する。雑音除去装置1は,AD変換装置3から受信したディジタル信号から雑音を除去する。フーリエ変換装置4は,雑音除去装置1から出力された信号波をフーリエ変換して周波数成分を出力する。
Figure 9 is a diagram showing an outline of implementation in the form of a system configuration of the present invention. In FIG. 9, 1 is a noise removing device, 2 is an antenna, 3 is an AD converting device for converting an analog signal into a digital signal, and 4 is a Fourier transforming device. In this onset Ming embodiment, the
図10は,本発明の実施の形態のシステム構成例の詳細を示す図である。図10に示す雑音除去装置1内の17は,AD変換装置3から受信したディジタル信号から信号波形生成装置10により生成された雑音の合成信号波形を減算する減算回路である。信号波形生成装置10は,図6で説明したものと同様である。メモリ12には,1周期分の雑音の基本信号波形のサンプル値があらかじめ基本信号波形初期設定部11によって格納される。
Figure 10 is a diagram showing details of a system configuration example of the implementation of the embodiment of the present invention.
図11は,本発明の実施の形態に係る基本信号波形の初期設定処理フローを示す図である。メモリ12に雑音の基本信号波形のサンプル値を設定する場合には,減算回路17を停止させ,減算回路17に入力された信号を減算処理を行わないで,そのままフーリエ変換装置4に送信する。
Figure 11 is a diagram showing an initial setting process flow of a basic signal waveform according to the implementation of the embodiment of the present invention. When setting the sample value of the basic signal waveform of noise in the
まず,アンテナ2で信号を受信する(ステップS11)。受信した信号をAD変換装置3がAD変換し,減算回路17を通じてフーリエ変換装置4に送信する(ステップS12)。フーリエ変換装置4に入力される信号は,本来の入力信号にクロック信号などの洩れ込みによるディジタル系の定常的な雑音が混入したものとなっている。フーリエ変換装置4は,この入力信号をフーリエ変換する(ステップS13)。
First, a signal is received by the antenna 2 (step S11). The received signal is AD converted by the
次に,基本信号波形初期設定部11は,フーリエ変換された結果のフーリエ成分から,特定の雑音周波数成分を選択する(ステップS14)。雑音周波数成分の選択は,フーリエ変換された結果の周波数スペクトルをディスプレイに表示し,ユーザにポインティングデバイス等によって指定させることによって行ってもよいし,また,例えば本来の入力信号のパワーが雑音のパワーよりも大きいことが明らかであるような場合には,各周波数のパワーを比較して自動的に雑音周波数成分を決定するようにしてもよい。
Next, the basic signal waveform
次に,選択した雑音周波数のフーリエ成分を逆フーリエ変換する(ステップS15)。この逆フーリエ変換によって得られた信号波形は,基本的には定常的な雑音のみの信号波形になっている。そこで,この信号波形から1周期分の基本信号波形を切り出し,メモリ12の容量に応じたS個のサンプル点数のサンプル値を算出し,その基本信号波形のサンプル値をメモリ12に設定する(ステップS16)。
Next, the Fourier component of the selected noise frequency is inverse Fourier transformed (step S15). The signal waveform obtained by the inverse Fourier transform is basically a signal waveform of only stationary noise. Therefore, a basic signal waveform for one cycle is cut out from this signal waveform, a sample value of S sample points corresponding to the capacity of the
図12は,本発明の実施の形態の雑音除去処理フローを示す図である。まず,アンテナ2で信号を受信する(ステップS21)。次に受信した信号をAD変換装置3がAD変換し,減算回路17に送信する(ステップS22)。減算回路17が,受信した信号から信号波形生成装置10によって生成された雑音の合成信号波形を減算して,受信した信号から雑音を除去する(ステップS23)。その雑音除去後の信号を出力して(ステップS24),処理を終了する。ステップS23における合成信号波形の生成処理は,図7に示した合成信号波形の生成処理フローと同様の処理に従って実行される。
Figure 12 is a diagram illustrating a noise removal processing flow of implementation of the present invention. First, a signal is received by the antenna 2 (step S21). Next, the received signal is AD converted by the
AD変換装置3におけるシステム・クロックからの洩れ込み雑音の例を考える。システム・クロック64MHzを入力して,1024MHzのサンプリング・クロックを作るものとする。サンプリング速度1024Mサンプル/秒でサンプリングしたデータを,16384点(=16*1024点)の高速フーリエ変換するものとする。フーリエ変換する期間は,図13(A)に示すように16384/1024M=16.0μsecである。64MHzのクロック波形の1周期は,図13(B)に示すように1/64MHz=0.015625μsecである。これは,フーリエ変換する期間で考えると,0.015625/16.0=1/1024である。高速フーリエ変換するサンプル点数16384の1/1024は,16であるため,1周期の基本信号波形のサンプル点数は16となる。したがって,1周期の基本信号波形を16サンプル点数で用意し,F=1024倍の高調波として,システム・クロックからの雑音成分の洩れ込みを合成することができる。すなわち,従来技術では,雑音波形のサンプル値をメモリに用意するときに16386サンプル点数の雑音波形を用意していたものが,1/1024のメモリ量で済むことになる。
Consider an example of leakage noise from the system clock in the
実際のハードウェアでは,例えば,高速フーリエ変換で使用するサンプル点数16384の1/16である1024サンプル点数で,1周期の基本信号波形のメモリをハードウェアとして用意しておき,このメモリに,1周期分の雑音の基本信号波形を設定する。この結果,運用状態で,例えばAD変換装置3等を変更して,雑音周波数を含めて雑音波形が変わった場合でも,容易に雑音除去の機能を実現することができる。
In actual hardware, for example, a memory of a basic signal waveform of one cycle with 1024 sample points, which is 1/16 of 16384 sample points used in the fast Fourier transform, is prepared as hardware. Sets the basic signal waveform of noise for a period. As a result, even when the noise waveform including the noise frequency is changed by changing the
図14は,本発明の他の実施の形態の信号波形生成装置の構成例を示す図である。図14において,20は信号波形生成装置,21はkをカウントするカウンター,22はk*F1を算出する乗算器,23はk*F1をビットシフトして(S*F1/N)*kを出力するシフト回路である。また,24は(S*F1/N)*kに位相項P1を加算する加算器,25はFix{(S*F1/N)*k+P1}をSで除算した結果の剰余を算出し,メモリ27内の第1の基本信号波形の,算出された剰余に対応するサンプル点のサンプル値を読み出すアドレスとする選択部,26は第1の基本信号波形のサンプル値をメモリ27に初期設定する基本信号波形初期設定部,27は第1の基本信号波形のサンプル値を記憶するメモリ,28はメモリ27から読み出されたサンプル値Q1(k)と振幅率B1との乗算を行う乗算器である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a signal waveform generation apparatus according to another embodiment of the present invention. In FIG. 14, 20 is a signal waveform generating device, 21 is a counter for counting k, 22 is a multiplier for calculating k * F1, and 23 is bit-shifting k * F1 (S * F1 / N) * k. This is a shift circuit for output.
また,29はk*F2を算出する乗算器,30はk*F2をビットシフトして(S*F2/N)*kを出力するシフト回路,31は(S*F2/N)*kに位相項P2を加算する加算器,32はFix{(S*F2/N)*k+P2}をSで除算した結果の剰余を算出し,メモリ34内の第2の基本信号波形の,算出された剰余に対応するサンプル点のサンプル値を読み出すアドレスとする選択部,33は第2の基本信号波形のサンプル値をメモリ34に初期設定する基本信号波形初期設定部である。34は第2の基本信号波形のサンプル値を記憶するメモリ,35はメモリ34から読み出されたサンプル値Q2(k)と振幅率B2との乗算を行う乗算器,36は乗算器28が出力したB1*Q1(k)と乗算器35が出力したB2*Q2(k)とを加算し,最終的な合成信号波形のサンプル値Q(k)を出力する加算器である。
Also, 29 is a multiplier for calculating k * F2, 30 is a shift circuit that bit-shifts k * F2 and outputs (S * F2 / N) * k, and 31 is (S * F2 / N) * k. An adder for adding the phase term P2, 32 calculates the remainder of the result of dividing Fix {(S * F2 / N) * k + P2} by S, and calculates the second basic signal waveform in the memory 34
また,次のような実施の形態も可能である。第1および第2の基本信号波形をサンプル点数Sのサンプル値で用意し,それぞれの基本信号波形のF1倍およびF2倍の高調波をサンプル点数Nのサンプル値の合成信号波形として生成し,それらに所定の振幅率B1,B2を乗じて加算した信号を最終的な合成信号波形とする。このとき,第1の基本信号波形については,サンプル開始点をP1とし,(S*F1/N)*k+P1をSで割ったときの整数部の剰余を,メモリ27における読み出し位置としてサンプル値を取り出す。また,第2の基本信号波形については,サンプル開始点をP2とし,(S*F2/N)*k+P2をSで割ったときの整数部の剰余を,メモリ34における読み出し位置としてサンプル値を取り出す。P1,P2は,位相をずらすために用いる位相項である。
The following embodiment is also possible. First and second basic signal waveforms are prepared with sample values of sample points S, and harmonics F1 times and F2 times of the respective basic signal waveforms are generated as synthesized signal waveforms of sample values of sample points N. A signal obtained by multiplying and adding predetermined amplitude ratios B1 and B2 is used as a final synthesized signal waveform. At this time, with respect to the first basic signal waveform, the sample start point is P1, and the remainder of the integer part when (S * F1 / N) * k + P1 is divided by S is used as the read position in the
それぞれのサンプル値に振幅率B1,B2を乗算した結果を,合成信号波形の第k番目のサンプル値とし,サンプル開始点P1,P2および振幅率B1,B2が異なる複数の合成信号波形の各サンプル値を加算し,最終的な合成信号波形とする。 The result obtained by multiplying each sample value by the amplitude rates B1 and B2 is used as the kth sample value of the composite signal waveform, and each sample of the plurality of composite signal waveforms having different sample start points P1 and P2 and amplitude rates B1 and B2 Add the values to obtain the final composite signal waveform.
図14に示す信号波形生成装置20によって,2種類の合成信号波形を加算する場合の動作を説明する。位相項としてはP1とP2を設定し,振幅率としてはB1とB2を設定している。メモリ27とメモリ34に設定される基本信号波形は,異なる基本信号波形でもよいし,同じものでもよい。
The operation in the case of adding two types of synthesized signal waveforms by the signal
図14において,乗算器22は,カウンター21の出力kと所定の設定値F1からk*F1を演算し,シフト回路23がk*F1をビットシフトして(S*F1/N)*kを出力する。加算器24が(S*F1/N)*kの値に位相項P1を加算し,選択部25がFix{(S*F1/N)*k+P1}をSで除算した結果の剰余を取り出し,メモリ27のアドレスA1(k)とする。これにより,メモリ27内のアドレスA1(k)に格納された第1の基本信号波形のサンプル値Q1(k)が読み出される。乗算器28は,Q1(k)と振幅率B1との乗算を行う。
In FIG. 14, the
一方,乗算器29は,カウンター21の出力kと所定の設定値F2からk*F2を演算し,シフト回路30がk*F2をビットシフトして(S*F2/N)*kを出力する。加算器31が(S*F2/N)*kの値に位相項P2を加算し,選択部32がFix{(S*F2/N)*k+P2}をSで除算した結果の剰余を取り出し,メモリ34のアドレスA2(k)とする。これにより,メモリ34内のアドレスA2(k)に格納された第2の基本信号波形のサンプル値Q2(k)が読み出される。乗算器35は,Q2(k)と振幅率B2との乗算を行う。加算器36が,乗算器28の出力B1*Q1(k)と,乗算器35の出力B2*Q2(k)との加算を行い,その結果を最終的な合成信号波形のサンプル値Q(k)とする。
On the other hand, the
図14に示す信号波形生成装置20を用いることにより,例えば,洩れ込む雑音の種類毎に分けて雑音の合成信号波形を生成し,生成された各合成信号波形の加算処理によってすべての雑音の最終的な合成信号波形を生成することができる。
By using the signal
具体的には,クロック系から洩れ込む雑音の合成信号波形をカウンター21,乗算器22,シフト回路23,加算器24,選択部25,メモリ27,乗算器28で生成し,例えばモータ等の周囲の環境から発生する雑音の合成信号波形をカウンター21,乗算器29,シフト回路30,加算器31,選択部32,メモリ34,乗算器35で生成し,この2種類の合成信号波形を加算器36で加算することにより,異なる種類の雑音を合わせた合成信号波形を生成することができる。
Specifically, a synthesized signal waveform of noise leaking from the clock system is generated by the
また,本発明は,周波数の高低によって分けて処理することもできる。例えば,図3(A)に示すスペクトルのうち,低い周波数である周波数0Hzと周波数3Hzに対応する雑音の合成信号波形をカウンター21,乗算器22,シフト回路23,加算器24,選択部25,メモリ27,乗算器28で生成し,図3(A)に示すスペクトルのうち,高い周波数である周波数9Hzや周波数15Hzに対応する雑音の合成信号波形をカウンター21,乗算器29,シフト回路30,加算器31,選択部32,メモリ34,乗算器35で生成し,生成されたこれら2種類の雑音波形を加算器36で加算することにより,最終的な合成信号波形を生成することができる。
The present invention can also be processed separately according to the frequency level. For example, in the spectrum shown in FIG. 3 (A), a synthesized signal waveform of noise corresponding to the low frequencies of 0 Hz and 3 Hz is converted into a
図14の例では,2種類の合成信号波形を加算して,最終的な合成信号波形とする回路の例を示しているが,3種類以上の合成信号波形を加算して合成する回路も,同様に構成することができることは言うまでもない。 In the example of FIG. 14, an example of a circuit that adds two types of synthesized signal waveforms to obtain a final synthesized signal waveform is shown, but a circuit that adds and synthesizes three or more types of synthesized signal waveforms can also be used. It goes without saying that the same configuration can be adopted.
上述した本発明の実施の形態では,1周期の基本信号波形をメモリに用意する例で説明したが,本発明では,メモリに用意する基本信号波形は1周期のものに限定されるものでなく,複数周期の信号を基本信号波形として用意してもよい。 In the above-described embodiment of the present invention, the example in which the basic signal waveform of one cycle is prepared in the memory has been described. However, in the present invention, the basic signal waveform prepared in the memory is not limited to that of one cycle. , A signal having a plurality of cycles may be prepared as a basic signal waveform.
以上の信号波形生成および雑音除去の処理は,コンピュータとソフトウェアプログラムとによっても実現することができ,そのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して提供することも,ネットワークを通して提供することも可能である。 The above signal waveform generation and noise removal processing can be realized by a computer and a software program, and the program can be provided by being recorded on a computer-readable recording medium or via a network. It is.
以上説明した技術の特徴を述べると,以下のとおりである。 The features of the technology described above are as follows.
(付記1)サンプル点数Sのサンプル値を有する基本信号波形から前記基本信号波形のF倍の高調波をサンプル点数N(S<N)のサンプル値の合成信号波形として生成する信号波形生成装置であって,
前記基本信号波形のサンプル値を時系列順に蓄積するメモリと,
(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部をSで割ったときの剰余を算出する計算手段と,
前記メモリ中の前記算出された剰余に対応する位置から前記基本信号波形のサンプル値を抽出し,抽出したサンプル値を合成信号波形の第k番目のサンプル値とするサンプル値決定手段とを備える
ことを特徴とする信号波形生成装置。
(Supplementary note 1) A signal waveform generation device that generates, from a basic signal waveform having sample values of sample points S, F harmonics of the basic signal waveform as a composite signal waveform of sample values of sample points N (S <N). There,
A memory for accumulating sample values of the basic signal waveform in chronological order;
(S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) calculating means for calculating a remainder when the integer part is divided by S;
Sample value determining means for extracting a sample value of the basic signal waveform from a position corresponding to the calculated remainder in the memory and using the extracted sample value as the k-th sample value of the combined signal waveform; A signal waveform generator characterized by the above.
(付記2)サンプル点数Sのサンプル値を有する雑音の基本信号波形から前記基本信号波形のF倍の高調波をサンプル点数N(S<N)のサンプル値の合成雑音信号波形として生成し,雑音が混入した信号から前記生成した合成雑音信号波形を用いて雑音を除去する雑音除去装置であって,
前記雑音の基本信号波形のサンプル値を時系列順に蓄積するメモリと,
(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部をSで割ったときの剰余を算出する計算手段と,
前記メモリ中の前記算出された剰余に対応する位置から前記雑音の基本信号波形のサンプル値を抽出し,抽出したサンプル値を前記合成雑音信号波形の第k番目のサンプル値として前記合成雑音信号波形を生成する信号波形生成手段と,
前記雑音が混入した信号から前記合成雑音信号波形を減算する減算手段とを備える
ことを特徴とする雑音除去装置。
(Supplementary note 2) Generate a harmonic of F times the basic signal waveform from a noise basic signal waveform having sample values of sample points S as a synthesized noise signal waveform of sample values of sample points N (S <N). A noise removing device that removes noise from the mixed noise signal waveform generated from the mixed signal,
A memory for accumulating sample values of the basic signal waveform of the noise in chronological order;
(S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) calculating means for calculating a remainder when the integer part is divided by S;
A sample value of the basic signal waveform of the noise is extracted from a position corresponding to the calculated remainder in the memory, and the extracted noise value is used as the k-th sample value of the synthesized noise signal waveform. Signal waveform generating means for generating
Subtracting means for subtracting the synthesized noise signal waveform from the signal mixed with the noise.
(付記3)基本信号波形のサンプル点数Sのサンプル値を時系列順に蓄積するメモリを用い,サンプル点数Sのサンプル値を有する基本信号波形から前記基本信号波形のF倍の高調波をサンプル点数N(S<N)のサンプル値の合成信号波形として生成する信号波形生成方法であって,
(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部をSで割ったときの剰余を算出するステップと,
前記メモリ中の前記算出された剰余に対応する位置から前記基本信号波形のサンプル値を抽出し,抽出したサンプル値を合成信号波形の第k番目のサンプル値として決定するステップとを有する
ことを特徴とする信号波形生成方法。
(Supplementary Note 3) Using a memory that accumulates the sample values of the sample points S of the basic signal waveform in time series order, the harmonics F times the basic signal waveform from the basic signal waveform having the sample values of the sample points S are sampled N A signal waveform generation method for generating a composite signal waveform of sample values of (S <N),
Calculating the remainder when the integer part of (S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) is divided by S;
Extracting a sample value of the basic signal waveform from a position corresponding to the calculated remainder in the memory, and determining the extracted sample value as the k-th sample value of the synthesized signal waveform. A signal waveform generation method.
(付記4)雑音の基本信号波形のサンプル点数Sのサンプル値を時系列順に蓄積するメモリを用い,サンプル点数Sのサンプル値を有する雑音の基本信号波形から前記基本信号波形のF倍の高調波をサンプル点数N(S<N)のサンプル値の合成雑音信号波形として生成し,雑音が混入した信号から前記生成した合成雑音信号波形を用いて雑音を除去する雑音除去方法であって,
(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部をSで割ったときの剰余を算出するステップと,
前記メモリ中の前記算出された剰余に対応する位置から前記雑音の基本信号波形のサンプル値を抽出し,抽出したサンプル値を前記合成雑音信号波形の第k番目のサンプル値として前記合成雑音信号波形を生成するステップと,
前記雑音が混入した信号から前記合成雑音信号波形を減算するステップとを有する
ことを特徴とする雑音除去方法。
(Supplementary Note 4) Using a memory that accumulates sample values of sample points S of a noise basic signal waveform in chronological order, from a noise basic signal waveform having sample values of sample points S to F times higher harmonics of the basic signal waveform Is generated as a composite noise signal waveform having a sample value of sample points N (S <N), and noise is removed from a signal mixed with noise using the generated composite noise signal waveform,
Calculating the remainder when the integer part of (S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) is divided by S;
A sample value of the basic signal waveform of the noise is extracted from a position corresponding to the calculated remainder in the memory, and the extracted noise value is used as the k-th sample value of the synthesized noise signal waveform. A step of generating
Subtracting the synthesized noise signal waveform from the signal mixed with the noise.
(付記5)付記4記載の雑音除去方法において,
雑音が混入した信号を入力し,フーリエ変換するステップと,
フーリエ変換した結果から雑音周波数のフーリエ成分を選択するステップと,
選択した雑音周波数のフーリエ成分を逆フーリエ変換するステップと,
逆フーリエ変換した結果の信号波形からサンプル点数Sのサンプル値を抽出して前記メモリに格納し,前記雑音の基本信号波形の初期設定を行うステップとを有する
ことを特徴とする雑音除去方法。
(Appendix 5) In the noise removal method described in
Inputting a signal mixed with noise and performing a Fourier transform;
Selecting a Fourier component of the noise frequency from the result of Fourier transform;
An inverse Fourier transform of the Fourier component of the selected noise frequency;
Extracting a sample value of the number S of sample points from the signal waveform resulting from the inverse Fourier transform and storing it in the memory, and initializing the basic signal waveform of the noise.
(付記6)基本信号波形のサンプル点数Sのサンプル値を時系列順に蓄積するメモリを用い,サンプル点数Sのサンプル値を有する基本信号波形から前記基本信号波形のF倍の高調波をサンプル点数N(S<N)のサンプル値の合成信号波形として生成する信号波形生成方法をコンピュータに実行させるための信号波形生成プログラムであって,
(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部をSで割ったときの剰余を算出する処理と,
前記メモリ中の前記算出された剰余に対応する位置から前記基本信号波形のサンプル値を抽出し,抽出したサンプル値を合成信号波形の第k番目のサンプル値として決定する処理とを,
コンピュータに実行させるための信号波形生成プログラム。
(Supplementary Note 6) Using a memory that accumulates the sample values of the sample points S of the basic signal waveform in time series order, the harmonics F times the basic signal waveform from the basic signal waveform having the sample values of the sample points S are sampled N A signal waveform generation program for causing a computer to execute a signal waveform generation method for generating a composite signal waveform of sample values of (S <N),
(S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) is calculated by dividing the integer part by S;
Extracting a sample value of the basic signal waveform from a position corresponding to the calculated remainder in the memory, and determining the extracted sample value as the kth sample value of the combined signal waveform;
A signal waveform generation program to be executed by a computer.
(付記7)雑音の基本信号波形のサンプル点数Sのサンプル値を時系列順に蓄積するメモリを用い,サンプル点数Sのサンプル値を有する雑音の基本信号波形から前記基本信号波形のF倍の高調波をサンプル点数N(S<N)のサンプル値の合成雑音信号波形として生成し,雑音が混入した信号から前記生成した合成雑音信号波形を用いて雑音を除去する雑音除去方法をコンピュータに実行させるための雑音除去プログラムであって,
(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部をSで割ったときの剰余を算出する処理と,
前記メモリ中の前記算出された剰余に対応する位置から前記雑音の基本信号波形のサンプル値を抽出し,抽出したサンプル値を前記合成雑音信号波形の第k番目のサンプル値として前記合成雑音信号波形を生成する処理と,
前記雑音が混入した信号から前記合成雑音信号波形を減算する処理とを,
コンピュータに実行させるための雑音除去プログラム。
(Supplementary note 7) Using a memory that accumulates the sample values of sample points S of the noise basic signal waveform in time series order, from the noise basic signal waveform having the sample values of sample points S to F times higher harmonics of the basic signal waveform Is generated as a synthesized noise signal waveform of sample values of the number of sample points N (S <N), and the computer is caused to execute a noise removal method for removing noise from a signal mixed with noise using the generated synthesized noise signal waveform. A noise elimination program for
(S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) is calculated by dividing the integer part by S;
A sample value of the basic signal waveform of the noise is extracted from a position corresponding to the calculated remainder in the memory, and the extracted noise value is used as the k-th sample value of the synthesized noise signal waveform. Processing to generate
Subtracting the synthesized noise signal waveform from the signal mixed with the noise,
A noise reduction program for running on a computer.
1 雑音除去装置
2 アンテナ
3 AD変換装置
4 フーリエ変換装置
10,20 信号波形生成装置
11,26,33 基本信号波形初期設定部
12,27,34 メモリ
13,21 カウンター
14,22,28,29,35 乗算器
15,23,30 シフト回路
16,25,32 選択部
17 減算回路
24,31,36 加算器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記入力信号をフーリエ変換する変換部と,A transform unit for Fourier transforming the input signal;
前記フーリエ変換した結果に基づき,前記入力信号に含まれるノイズの周波数のフーリエ成分を選択する選択部と,A selection unit that selects a Fourier component of the frequency of noise included in the input signal based on the result of the Fourier transform;
前記選択したフーリエ成分を逆フーリエ変換し,前記ノイズの基本信号波形を生成する生成部と,A generator that performs an inverse Fourier transform on the selected Fourier component and generates a basic signal waveform of the noise;
生成された前記基本信号波形から抽出されたサンプル点数S個(Sは正の整数)のサンプル値を時系列順に蓄積する記憶部と,A storage unit that accumulates sample values of S sample points (S is a positive integer) extracted from the generated basic signal waveform in chronological order;
(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部分を前記サンプル点数Sで除算した場合の剰余を算出する演算部と,(S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) an arithmetic part that calculates a remainder when the integer part is divided by the number of sample points S;
前記算出された剰余に対応する前記記憶部における位置から前記ノイズの基本信号波形のサンプル値を抽出し,前記抽出したサンプル値を合成ノイズ信号波形の第k番目のサンプル値と決定して,前記基本信号波形のF倍高調波である合成ノイズ信号波形を生成する合成部と,Extracting a sample value of the basic signal waveform of the noise from a position in the storage unit corresponding to the calculated remainder, determining the extracted sample value as a k-th sample value of a synthesized noise signal waveform, and A synthesis unit that generates a synthesized noise signal waveform that is an F-fold harmonic of the basic signal waveform;
前記入力信号から前記合成ノイズ信号波形を減算する減算部とを有するA subtracting unit that subtracts the synthesized noise signal waveform from the input signal.
ことを特徴とするノイズ除去装置。The noise removal apparatus characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1記載のノイズ除去装置。The noise removing apparatus according to claim 1, wherein:
前記ノイズ除去装置が有する受信部が,入力信号を受信するステップと,A receiving unit included in the noise removing device receives an input signal;
前記ノイズ除去装置が有する変換部が,前記入力信号をフーリエ変換するステップと,A step of transforming the input signal by a conversion unit included in the noise removing device;
前記ノイズ除去装置が有する選択部が,前記フーリエ変換した結果に基づき,前記入力信号に含まれるノイズの周波数のフーリエ成分を選択するステップと,A step of selecting a Fourier component of a frequency of noise included in the input signal based on a result of the Fourier transform by a selection unit included in the noise removing device;
前記ノイズ除去装置が有する生成部が,前記選択したフーリエ成分を逆フーリエ変換し,前記ノイズの基本信号波形を生成するステップと,A step of generating a basic signal waveform of the noise by performing an inverse Fourier transform on the selected Fourier component by a generation unit included in the noise removing device;
前記ノイズ除去装置が有する記憶部に,生成された前記基本信号波形から抽出されたサンプル点数S個(Sは正の整数)のサンプル値を時系列順に蓄積するステップと,Accumulating sample values of S sample points (S is a positive integer) extracted from the generated basic signal waveform in a time-series order in the storage unit of the noise removing device;
前記ノイズ除去装置が有する演算部が,(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部分を前記サンプル点数Sで除算した場合の剰余を算出するステップと,Remainder when the arithmetic unit of the noise removal device divides the integer part of (S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) by the sample point S. Calculating steps,
前記ノイズ除去装置が有する合成部が,前記算出された剰余に対応する前記記憶部における位置から前記ノイズの基本信号波形のサンプル値を抽出し,前記抽出したサンプル値を合成ノイズ信号波形の第k番目のサンプル値と決定して,前記基本信号波形のF倍高調波である合成ノイズ信号波形を生成するステップと,A synthesis unit included in the noise removal device extracts a sample value of the basic signal waveform of the noise from a position in the storage unit corresponding to the calculated remainder, and uses the extracted sample value as the kth of the synthesized noise signal waveform. Determining a first sample value and generating a synthesized noise signal waveform that is an F-fold harmonic of the basic signal waveform;
前記ノイズ除去装置が有する減算部が,前記入力信号から前記合成ノイズ信号波形を減算するステップとを有するA subtracting unit included in the noise removing device subtracting the synthesized noise signal waveform from the input signal.
ことを特徴とするノイズ除去方法。The noise removal method characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項3記載のノイズ除去方法。The noise removal method according to claim 3.
コンピュータに,Computer
入力信号を受信するステップと,Receiving an input signal;
前記入力信号をフーリエ変換するステップと,Fourier transforming the input signal;
前記フーリエ変換した結果に基づき,前記入力信号に含まれるノイズの周波数のフーリエ成分を選択するステップと,Selecting a Fourier component of the frequency of noise included in the input signal based on the result of the Fourier transform;
前記選択したフーリエ成分を逆フーリエ変換し,前記ノイズの基本信号波形を生成するステップと,Performing an inverse Fourier transform on the selected Fourier component to generate a basic signal waveform of the noise;
前記コンピュータが有する記憶部に,生成された前記基本信号波形から抽出されたサンプル点数S個(Sは正の整数)のサンプル値を時系列順に蓄積するステップと,A step of accumulating sample values of S sample points (S is a positive integer) extracted from the generated basic signal waveform in a time series in a storage unit of the computer;
(S*F/N)*k(ただし,k=0,1,2,…,N−1)の整数部分を前記サンプル点数Sで除算した場合の剰余を算出するステップと,Calculating a remainder when the integer part of (S * F / N) * k (where k = 0, 1, 2,..., N−1) is divided by the number of sample points S;
前記算出された剰余に対応する前記記憶部における位置から前記ノイズの基本信号波形のサンプル値を抽出し,前記抽出したサンプル値を合成ノイズ信号波形の第k番目のサンプル値と決定して,前記基本信号波形のF倍高調波である合成ノイズ信号波形を生成するステップと,Extracting a sample value of the basic signal waveform of the noise from a position in the storage unit corresponding to the calculated remainder, determining the extracted sample value as a k-th sample value of a synthesized noise signal waveform, and Generating a composite noise signal waveform that is an F harmonic of the basic signal waveform;
前記入力信号から前記合成ノイズ信号波形を減算するステップとを,Subtracting the synthesized noise signal waveform from the input signal;
実行させるためのノイズ除去プログラム。Noise removal program to be executed.
ことを特徴とする請求項5記載のノイズ除去プログラム。The noise removal program according to claim 5, wherein:
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