JP2001051979A - Method and device for processing data - Google Patents
Method and device for processing dataInfo
- Publication number
- JP2001051979A JP2001051979A JP2000158280A JP2000158280A JP2001051979A JP 2001051979 A JP2001051979 A JP 2001051979A JP 2000158280 A JP2000158280 A JP 2000158280A JP 2000158280 A JP2000158280 A JP 2000158280A JP 2001051979 A JP2001051979 A JP 2001051979A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- class
- data
- function
- equation
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000006870 function Effects 0.000 claims abstract description 227
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 45
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 abstract 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 78
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 36
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 25
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 17
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 14
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 13
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 4
- 238000005284 basis set Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000012447 hatching Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000013527 convolutional neural network Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Complex Calculations (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自然界に存在する
連続、不連続、滑らか(微分可能)、およびこれらの組み
合わせからなる信号等の様々な時系列データを関数展開
によって近似して記述するデータ処理方法およびデータ
処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to data describing various time-series data such as continuous, discontinuous, smooth (differentiable), and a combination of these signals in the natural world by approximating by function expansion. The present invention relates to a processing method and a data processing device.
【0002】[0002]
【従来の技術】自然界には、連続、不連続、滑らか(微
分可能)、およびこれらの組み合わせからなる信号等の
様々な時系列データが存在する。音声、画像、通信等の
工学分野において、観測された信号を関数展開によって
正確に近似し記述することは、各種の情報処理、例えば
ノイズ除去、情報圧縮等を的確に行うために極めて重要
である。2. Description of the Related Art In the natural world, there are various kinds of time-series data such as continuous, discontinuous, smooth (differentiable), and signals composed of combinations thereof. In engineering fields such as voice, image, and communication, it is extremely important to accurately approximate and describe an observed signal by function expansion in order to accurately perform various information processing, such as noise removal and information compression. .
【0003】関数展開に利用される関数系としては、フ
ーリエ級数が一般的である。フーリエ級数の展開係数は
周波数という物理的意味を持つため、人間の視聴覚を対
象とする多くの工学分野に応用されている。しかし、フ
ーリエ信号空間は無限回微分可能な指数関数を基底とし
ているために、パルスや方形波を例とする不連続信号や
三角波を例とする滑らかさのない信号をフーリエ級数に
よって効率的に扱うことは困難である。また、信号の時
間軸上に局在する構造は、周波数領域においてその位置
が特定できないという問題点も指摘されている。As a function system used for function expansion, a Fourier series is generally used. Since the expansion coefficient of the Fourier series has the physical meaning of frequency, it has been applied to many engineering fields for human audiovisual recognition. However, since the Fourier signal space is based on an exponential function that can be differentiated infinitely, discontinuous signals such as pulses and square waves and non-smooth signals such as triangular waves are efficiently handled by Fourier series. It is difficult. In addition, it has been pointed out that a structure localized on the time axis of a signal cannot be specified in the frequency domain.
【0004】最適な関数展開を与える直交変換として、
KL(Karhunen-Loeve)変換が知られているが、これに
対してもフーリエ級数展開と同様の問題が生じる。KL
変換は、M次元ユークリッド空間EM において観測され
た入力パターン(入力信号)[0004] As an orthogonal transformation that gives an optimal function expansion,
Although the KL (Karhunen-Loeve) transformation is known, a problem similar to the Fourier series expansion occurs for this. KL
Transformation is based on the input pattern (input signal) observed in the M-dimensional Euclidean space E M
【0005】[0005]
【数1】 (Equation 1)
【0006】を任意のK次元空間に最も効率よく射影す
る変換である。すなわち、汎関数J({φk}K k=1)を[0006] This is a transformation that projects the most efficiently to an arbitrary K-dimensional space. That is, the functional J ({φ k } K k = 1 )
【0007】[0007]
【数2】 (Equation 2)
【0008】と定義したときに、汎関数Jを最小にする
正規直交関数によって定義される。ここで、上述した汎
関数J({φk}K k=1) において、「}」の右上に記載
してある「K」と、「}」の右下に記載してある「k=
1」は、(数2)でも示したとおり本来は同列に記載さ
れるべきであるが、明細書中ではそのような記載ができ
ないため、上述したように位置をずらして記載するもの
とする。同様に、本明細書中では、例えば、文字「A」
の右上に文字「1」が記載され、文字「A」の右下に文
字「2」が記載されるべき場合に、文字「1」と文字
「2」を同列に表現することができないため、「A1 2」
というように位置をずらして記載するものとする。Is defined by an orthonormal function that minimizes the functional J. Here, in the above functional J ({φ k } K k = 1 ), “K” described in the upper right of “の” and “k = described in the lower right of“} ”
“1” should originally be described in the same column as shown in (Equation 2), but such description cannot be made in the specification, and therefore, the position is described as being shifted as described above. Similarly, in this specification, for example, the letter “A”
When the character "1" is described in the upper right of the character and the character "2" is to be described in the lower right of the character "A", the characters "1" and "2" cannot be expressed in the same row. "A 1 2"
And so on.
【0009】一般に自然界において観測される音声信号
や画像データに対して、KL基底系はフーリエ基底系と
類似する場合が多いことが知られている。また、近年、
上述したようなフーリエ基底系の問題を克服するため
に、ウェーブレットやスプライン等の新しい関数系が注
目されている。[0009] It is known that KL basis sets are often similar to Fourier basis sets for speech signals and image data generally observed in the natural world. In recent years,
In order to overcome the above-mentioned problem of Fourier basis sets, new function systems such as wavelets and splines have been attracting attention.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ウェーブレット級数
は、一つの関数(マザーウェーブレット)から拡大・縮
小と平行移動によって導出される基底を作用させる階層
的な信号展開である。マザーウェーブレットを拡大・縮
小することでその解像度が変化するため、特異点の位置
を抽出することが可能となる。しかし、展開結果はマザ
ーウェーブレットに依存して大きく変化するため、対象
信号の性質に応じてマザーウェーブレットを適切に選択
する必要がある。現段階において、適切なマザーウェー
ブレットの選択方法に関する統一的な方法は確立されて
いない。The wavelet series is a hierarchical signal expansion in which a basis derived from one function (mother wavelet) by scaling / translation is applied. Since the resolution changes as the mother wavelet is enlarged or reduced, the position of the singular point can be extracted. However, since the expansion result greatly changes depending on the mother wavelet, it is necessary to appropriately select the mother wavelet according to the property of the target signal. At this stage, no unified method has been established for selecting an appropriate mother wavelet.
【0011】また、区分多項式から構成されるスプライ
ン関数系は、元来、与えられたデータ点を通る曲線、す
なわち補間曲線を生成する目的で導出されたが、目的に
適した次数のスプライン関数を展開基底とすることでフ
ーリエ級数では扱うことが困難な信号も効率的に記述で
きることから、関数近似の分野においても広く用いられ
るようになった。中でもBスプラインと呼ばれる一連の
関数は、方形波の畳み込みだけで生成が可能であるため
実装が簡単な上、低次のBスプラインはサポートが小さ
いという理由から少ない演算量で近似が行うことができ
るという利点も持ち合わせている。しかし、利用するス
プラインの次数を決定する方法については未だ多くの検
討を必要としている。Although a spline function system composed of piecewise polynomials was originally derived for the purpose of generating a curve passing through given data points, ie, an interpolation curve, a spline function of an order suitable for the purpose is obtained. By using an expanded basis, signals that are difficult to handle with Fourier series can be described efficiently, and thus have come to be widely used in the field of function approximation. Above all, a series of functions called B-splines can be generated only by convolution of a square wave, so that they are easy to implement, and low-order B-splines can be approximated with a small amount of computation because of their small support. It also has the advantage. However, much research is still needed on how to determine the order of the spline to use.
【0012】上述したような関数系における有用性や問
題点を踏まえ、本発明は、時間軸上に局在する信号の構
造を捕らえることができ、かつ、不連続信号や特異点を
持つ信号を効率良く記述することが可能であるという特
性を有するフルーエンシ関数系に注目し、計算機実装に
適したデータ処理方法およびデータ処理装置を提供する
ことを目的とする。In view of the usefulness and problems in the functional system as described above, the present invention can capture the structure of a signal localized on the time axis, and can generate a discontinuous signal or a signal having a singular point. An object of the present invention is to provide a data processing method and a data processing apparatus suitable for computer implementation, focusing on a fluency function system having a characteristic that it can be described efficiently.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1のデータ処理方法は、微分可能回数に
よって分類した複数の関数に基づいて発生させた複数の
離散的なデータ列を生成し、入力データに対して並行し
て前記複数の離散的なデータ列との間の相関演算を行っ
た後に、その相関演算の結果に基づいて前記入力データ
に含まれる特異点を求めることを特徴とする。According to a first aspect of the present invention, there is provided a data processing method for generating a plurality of discrete data strings generated based on a plurality of functions classified according to the number of differentiable times. Generating, performing a correlation operation between the plurality of discrete data strings in parallel with the input data, and then determining a singular point included in the input data based on the result of the correlation operation. Features.
【0014】また、請求項2のデータ処理方法は、請求
項1のデータ処理方法において、隣接する前記特異点に
囲まれる前記入力データに対して、前記相関演算の結果
に基づいて、前記微分可能回数に着目した信号のクラス
分けを行うことを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the data processing method according to the first aspect, the input data surrounded by the adjacent singular points can be differentiated based on a result of the correlation operation. It is characterized in that the signal is classified based on the number of times.
【0015】請求項3のデータ処理方法は、入力データ
を、(m−1)階微分可能なクラスmの多項式信号空間
に含まれる出力データに変換するデータ処理方法であっ
て、離散的な複数の前記入力データのそれぞれに、前記
クラスmに対応した所定の変換用関数の値を乗算し、各
乗算結果を加算することにより前記出力データを得るこ
とを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided a data processing method for converting input data into output data included in a polynomial signal space of a class (m-1) -order differentiable class m. The output data is obtained by multiplying each of the input data by a value of a predetermined conversion function corresponding to the class m and adding each multiplication result.
【0016】請求項4のデータ処理方法は、請求項3の
データ処理方法において、前記変換用関数は、離散デー
タの間を前記クラスmの多項式信号空間に含まれる信号
を用いて補間する場合にこの補間値を演算するために用
いられる補間用関数に対して双直交性を有していること
を特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the data processing method according to the third aspect, wherein the conversion function interpolates between discrete data using a signal included in the polynomial signal space of the class m. It is characterized in that the interpolation function used for calculating the interpolation value has biorthogonality.
【0017】請求項5のデータ処理装置は、入力される
アナログ信号の瞬時値を、所定のサンプリング間隔で読
み取ってデジタルデータに変換して出力する入力部と、
前記入力部から順次出力される複数の前記デジタルデー
タに対して、所定の変換用関数の値を乗算し、各乗算結
果を加算するデータ変換部とを備え、前記アナログ信号
をクラスmの多項式信号空間に含まれるデジタルデータ
に変換することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an input section for reading an instantaneous value of an input analog signal at a predetermined sampling interval, converting the instantaneous value into digital data, and outputting the digital data.
A data conversion unit that multiplies the plurality of digital data sequentially output from the input unit by a value of a predetermined conversion function and adds each multiplication result, and converts the analog signal into a polynomial signal of class m. It is characterized in that it is converted into digital data contained in a space.
【0018】請求項6のデータ処理装置は、請求項5の
データ処理装置において、前記変換用関数は、(m−
1)階微分可能なクラスmの多項式信号空間に含まれる
信号を用いて前記入力部から出力されるデジタルデータ
の間を補間する場合にこの補間値を演算するために用い
られる補間用関数に対して双直交性を有していることを
特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, in the data processing apparatus of the fifth aspect, the conversion function is (m-
1) When interpolating between digital data output from the input unit using a signal included in a polynomial signal space of class m that can be differentiated, an interpolation function used to calculate an interpolation value And has biorthogonality.
【0019】請求項7のデータ処理方法は、(m−1)
階微分可能なクラスmの多項式信号空間を考えた場合
に、入力データが含まれる多項式信号空間のクラスを判
定するデータ処理方法であって、離散的な前記入力デー
タに所定の間引き処理を行う第1のステップと、前記間
引き処理がなされた後のデータに対して、mの値が異な
る複数のクラスのそれぞれに対応した補間用関数を用い
て補間演算を行う第2のステップと、前記第2のステッ
プにおいて得られた補間データと前記間引き処理前のデ
ータとの誤差を演算する第3のステップと、前記第3の
ステップにおいて演算された誤差が最も小さい前記補間
データに対応するクラスを、前記入力データが含まれる
多項式信号空間のクラスとして判定する第4のステップ
とを有することを特徴とする。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a data processing method comprising:
A data processing method for determining a class of a polynomial signal space including input data when considering a polynomial signal space of a class m that can be differentiated, and performing a predetermined thinning process on the discrete input data. A second step of performing an interpolation operation on the data after the thinning-out processing, using an interpolation function corresponding to each of a plurality of classes having different values of m; A third step of calculating an error between the interpolation data obtained in the step and the data before the decimation processing, and a class corresponding to the interpolation data having the smallest error calculated in the third step. And a fourth step of determining the class of the polynomial signal space including the input data.
【0020】請求項8のデータ処理方法は、請求項7の
データ処理方法において、前記第4のステップにおいて
判定されたクラスmの値が変化する位置を、前記入力デ
ータの特異点として抽出する第5のステップを有するこ
とを特徴とする。請求項9のデータ処理装置は、(m−
1)階微分可能なクラスmの多項式信号空間を考えた場
合に、入力データが含まれる多項式信号空間のクラスを
判定するデータ処理装置であって、離散的な前記入力デ
ータに対して所定の間引き処理を行う間引き処理部と、
前記間引き処理がなされた後のデータに対して、mの値
が異なる複数のクラスのそれぞれに対応した補間用関数
を用いて補間演算を行う補間演算部と、前記補間演算部
によって得られた各クラス毎の補間データと前記間引き
処理前のデータとの誤差をクラス毎に演算する誤差演算
部と、前記誤差演算部によって演算された誤差が最も小
さい前記補間データに対応するクラスを判定するクラス
判定部とを備えることを特徴とする。The data processing method according to claim 8 is the data processing method according to claim 7, wherein a position at which the value of the class m determined in the fourth step changes is extracted as a singular point of the input data. It has 5 steps. According to a ninth aspect of the present invention, in the data processing device,
1) A data processing device for determining a class of a polynomial signal space including input data when considering a polynomial signal space of a class m that can be differentiated, and a predetermined thinning-out of discrete input data A thinning processing unit for performing processing;
An interpolation operation unit that performs an interpolation operation on the data after the decimation process is performed using an interpolation function corresponding to each of a plurality of classes having different values of m, and each obtained by the interpolation operation unit. An error calculation unit for calculating an error between the interpolation data for each class and the data before the thinning processing for each class; and a class determination for determining a class corresponding to the interpolation data having the smallest error calculated by the error calculation unit And a unit.
【0021】請求項10のデータ処理装置は、請求項9
のデータ処理装置において、前記クラス判定部によって
判定されたクラスmの値が変化する位置を、前記入力デ
ータの特異点として抽出する特異点抽出部を備えること
を特徴とする。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a data processing apparatus according to the ninth aspect.
And a singularity extracting unit for extracting a position at which the value of the class m determined by the class determining unit changes as a singularity of the input data.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】フルーエンシ理論が考慮する多項
式信号空間 mSは、その連続微分可能性m(=1、2、
3、……)により類別されており、対応するクラスmの
フルーエンシ・デジタル/アナログ(D/A)関数mψk
(t)とフルーエンシ・アナログ/デジタル(A/D)
関数 m *ψk(t)と呼ばれる区分多項式によって張られ
ている。ここで、上述したA/D関数 m *ψk(t)にお
いて、「ψ」の左上に添え字してある「m」と、「ψ」
の左下に添え字してある「*」は、本来は同列に記載さ
れるべきであるが、明細書中ではそのような記載ができ
ないため、上述したように位置をずらして記載するもの
とする。同様に、本明細書中では、例えば、文字「A」
の左上に文字「1」が記載され、文字「A」の左下に文
字「2」が記載されるべき場合に、文字「1」と文字
「2」を同列に記載することができないため、「1 2A」
というように位置をずらして記載するものとする。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The polynomial signal space m S considered by the fluency theory has its continuous differentiability m (= 1, 2,
3, ...) it is classified by, fluency digital / analog corresponding class m (D / A) function m [psi k
(T) and fluency analog / digital (A / D)
It is spanned by the piecewise polynomial called the function m * ψ k (t). Here, in the above-mentioned A / D function m * ψ k (t), and are then subscripts upper left "[psi", "m", "[psi"
The suffix “*” at the lower left of “” should be originally written in the same column, but such description cannot be made in the specification, so the position is shifted as described above. . Similarly, in this specification, for example, the letter “A”
When the character "1" is described in the upper left of the character and the character "2" is to be described in the lower left of the character "A", the characters "1" and "2" cannot be described in the same row. 1 2 A "
And so on.
【0023】多項式信号空間 mSは、(m−2)次、
(m−1)階微分可能である信号により構成される。し
たがって方形波はm=1、三角波はm=2、そしてフー
リエ信号空間に属する信号はm=∞に分類される(図1
参照)。また、スプライン関数基底により構成される信
号も mS中に含まれることになる。The polynomial signal space ms is of the order (m-2)
It is composed of a signal that is (m−1) th order differentiable. Therefore, a square wave is classified as m = 1, a triangular wave is classified as m = 2, and a signal belonging to the Fourier signal space is classified as m = ∞ (FIG. 1).
reference). Also, it will be included signal also in m S constituted by the spline function bases.
【0024】上述したD/A関数およびA/D関数は、
自己とは直交しないが互いに直交する双直交性The above D / A function and A / D function are:
Biorthogonality not orthogonal to self but orthogonal to one another
【0025】[0025]
【数3】 (Equation 3)
【0026】を満たす。ここで、Satisfies here,
【0027】[0027]
【数4】 (Equation 4)
【0028】であり、(u,v)は以下に示す内積Where (u, v) is the inner product
【0029】[0029]
【数5】 (Equation 5)
【0030】を表す。また、mψk(t)、 m *ψ
k(t)、およびRepresents the following. In addition, m ψ k (t), m * ψ
k (t), and
【0031】[0031]
【数6】 (Equation 6)
【0032】は次の関係Is the following relation
【0033】[0033]
【数7】 (Equation 7)
【0034】を満足する。これは、クラスmのD/A関
数によって完全に再構成可能な信号はmSに属すること
を意味し、このような信号はクラスmのA/D関数によ
り幅hで離散化された場合、幅hでサンプルされた信号
の値そのものと一致する(図2参照)。ただし幅hは固
定されているものとする。したがって、対象信号が mS
に属する場合、クラスmのA/D関数はδ関数と同様の
働きをし、A/D関数を作用させた結果と原信号との差
を最小とするクラスmは信号の属する空間を直ちに与え
る。このように、フルーエンシ理論では、スプライン関
数系やウェーブレット級数において課題となっている適
切な基底の選択方法が提供されている。したがって、フ
ーリエ級数の適用が困難な不連続信号や滑らかさのない
信号も、適切なフルーエンシ関数を適用することで効率
よく記述できる。Is satisfied. This means that a signal that can be completely reconstructed by the D / A function of class m belongs to m S, and such a signal is discretized with the width h by the A / D function of class m, It matches the value of the signal sampled with the width h (see FIG. 2). However, the width h is assumed to be fixed. Therefore, if the target signal is m S
, The A / D function of class m works in the same way as the δ function, and the class m that minimizes the difference between the result of applying the A / D function and the original signal immediately gives the space to which the signal belongs. . As described above, the fluency theory provides a method of selecting an appropriate basis which is a problem in the spline function system and the wavelet series. Therefore, a discontinuous signal or a signal without smoothness for which Fourier series is difficult to apply can be efficiently described by applying an appropriate fluency function.
【0035】一般に、アナログ信号In general, analog signals
【0036】[0036]
【数8】 (Equation 8)
【0037】に対しては、With respect to
【0038】[0038]
【数9】 (Equation 9)
【0039】とすることで、x(t)を L2ノルムの意
味で最適近似するX (t) is optimally approximated in the sense of the L 2 norm
【0040】[0040]
【数10】 (Equation 10)
【0041】を生成することができる(図3参照)。A
/D関数による展開係数の導出は、積分操作で実現され
るためノイズにも強い点を考慮すると、実用的な処理系
を構成するにあたって非常に有用であるといえる。ま
た、正確に近似を行うことが可能なこと以外にも、対象
信号のクラスを特定できるという利点が挙げられる。ク
ラスmのフルーエンシ関数系は、微分可能なクラスm以
下の信号を記述することが可能であるが、フルーエンシ
関数系では低次クラスほど収束が早いため、クラスmの
信号に対してはクラスmのフルーエンシ関数を用いるこ
とで変換に要する演算量が最小となる。したがって、計
算機上への実装を行う際に演算量の低減が可能となる。Can be generated (see FIG. 3). A
The derivation of the expansion coefficient by the / D function can be said to be very useful in configuring a practical processing system in consideration of the fact that it is realized by an integration operation and is also strong against noise. In addition to the fact that approximation can be performed accurately, there is an advantage that the class of the target signal can be specified. The fluency function system of class m can describe a signal of class m or less that is differentiable. However, in the fluency function system, the convergence is faster for lower-order classes. By using the fluency function, the amount of calculation required for conversion is minimized. Therefore, it is possible to reduce the amount of calculation when mounting the program on a computer.
【0042】フルーエンシ関数系は上述したような優れ
た性質を有するが、実データへ適用する場合には、
(1)サポート(台)が無限区間であるフルーエンシ関
数が存在する、(2)フルーエンシ関数のサポートを打
ち切り、かつ時間方向に離散化した場合に双直交性が保
証されない、(3)連続微分可能性が定義できない離散
データから原信号の属する空間を特定することが困難で
ある、といった点が問題となる。Although the fluency function system has excellent properties as described above, when applied to real data,
(1) There is a fluency function whose support (unit) is an infinite section. (2) When the support of the fluency function is discontinued and discretized in the time direction, biorthogonality is not guaranteed. (3) Continuous differentiable The problem is that it is difficult to specify the space to which the original signal belongs from discrete data whose property cannot be defined.
【0043】次に、上述したフルーエンシ関数系におけ
る問題点について説明する。フルーエンシ関数系のサポ
ートは無限区間であるが、DSP(デジタル・シグナル
・プロセッサー)等のデジタル素子によって処理系を実
装する場合は、サポートを有限区間で打ち切る必要があ
る。サポートを単純に打ち切った場合、A/D関数、D
/A関数の双直交性は保たれなくなるが、その際に生じ
る近似誤差についての理論的検討は過去になされていな
い。そこで、まずA/D関数の上界を導出し、これを基
にフルーエンシ関数展開の近似誤差の理論的上界を基底
関数のサポートの打ち切り幅の関数として導出したとこ
ろ、この関係式から、高次のフルーエンシ関数ほど近似
精度を保つためには長いサポート幅を必要とすることが
明らかになった。具体的には、44.1kHzで60分
間サンプリングする場合に、二乗誤差を−100dBに
押さえるためには、クラスm=2で703.3μse
c、m=4で1135.0μsec、そしてクラスm=
7で2020.3μsecのサポートを必要とすること
が判明した。Next, problems in the fluency function system described above will be described. The support of the fluency function system is an infinite section, but when the processing system is implemented by a digital element such as a DSP (digital signal processor), it is necessary to terminate the support at a finite section. If support is simply discontinued, the A / D function, D
The bi-orthogonality of the / A function is not maintained, but no theoretical study has been made on the approximation error generated at that time. Therefore, first, the upper bound of the A / D function is derived, and based on this, the theoretical upper bound of the approximation error of the fluency function expansion is derived as a function of the truncation width of the support of the basis function. It became clear that the following fluency function requires a longer support width to maintain the approximation accuracy. Specifically, when sampling at 44.1 kHz for 60 minutes, in order to suppress the square error to -100 dB, 703.3 μs in class m = 2
c, 1135.0 μsec with m = 4, and class m =
7, it turned out that a support of 2020.3 μsec was required.
【0044】また、フルーエンシ関数のサポートを打ち
切り、かつ時間方向に離散化した場合、双直交な関数の
形状が理論値から大きく異なる。そこで、本発明では、
コンパクトなD/A関数に注目し、これと双直交性が保
証されるよう所望のサポート幅を持つ離散化されたA/
D関数を新たに定義した。本発明では、この新たに定義
した離散化されたA/D関数およびD/A関数をそれぞ
れ「ダウンサンプリング基底ベクトル」および「アップ
サンプリング基底ベクトル」と称し、これらを総称して
「フルーエンシベクトル」と称することとする。この新
たに定義したフルーエンシベクトルを実データに適用
し、従来の理想ローパスフィルタを用いるレート変換法
と比較した。この結果、従来法が全ての離散データに対
して必ずしも最適な近似を行わないことが明らかとなっ
た。また、最適な近似を行うフルーエンシベクトルのク
ラスは単一ではなく、時間とともに変化していることが
確認された。また、対象信号の局所的性質に応じて複数
クラスのフルーエンシベクトルの中から適切なものを選
択することで近似精度を改善できることが判明した。When the support of the fluency function is discontinued and discretized in the time direction, the shape of the biorthogonal function greatly differs from the theoretical value. Therefore, in the present invention,
Focusing on a compact D / A function, a discretized A / A function having a desired support width so that bi-orthogonality is guaranteed.
D function is newly defined. In the present invention, the newly defined discretized A / D function and D / A function are referred to as “down-sampling basis vector” and “up-sampling basis vector”, respectively, and these are collectively referred to as “fluency vector”. Shall be referred to. This newly defined fluency vector was applied to real data and compared with a conventional rate conversion method using an ideal low-pass filter. As a result, it has been clarified that the conventional method does not always perform an optimal approximation to all discrete data. In addition, it was confirmed that the class of the fluency vector performing the optimal approximation was not a single one, but changed with time. In addition, it has been found that approximation accuracy can be improved by selecting an appropriate one from a plurality of classes of fluency vectors according to the local property of the target signal.
【0045】フルーエンシ理論では、対象信号の属する
クラスを特定することにより信号を効率よく記述するこ
とができ、変換に要する演算量を低減することができ
る。したがって、多項式信号空間 mSのいずれか1つに
属していると仮定した信号x(t)を時刻tj =j
h′:(j=0、1、2、……)で離散化したx(t
j )から、x(t)の属する空間を特定することができ
る。入力データ全点において各クラスのダウンサンプリ
ング基底ベクトルとの相関を求め、その結果、入力デー
タと最も距離の近い( L2ノルムにおいて距離が最も小
さい)相関値を与えるクラスmを信号の属する空間とし
た。さらには、方形波、三角波、2次曲線等に本方法を
適用し、その有効性を確かめた。この結果、対象信号が
ある程度細かくサンプリングされていれば本方法が有効
であることが確認された。In the fluency theory, a signal can be efficiently described by specifying a class to which a target signal belongs, and the amount of calculation required for conversion can be reduced. Thus, the signal x (t) the time which is assumed to belong to one of the polynomial signal space m S t j = j
h ′: x (t) discretized by (j = 0, 1, 2,...)
From j ), the space to which x (t) belongs can be specified. The correlation between the downsampling basis vectors of each class in the input data all points, and as a result, (the smallest distance in L 2 norm) shortest distance between the input data space belongs signal class m that gives a correlation value did. Furthermore, the method was applied to square waves, triangular waves, quadratic curves, etc., and its effectiveness was confirmed. As a result, it was confirmed that the present method was effective if the target signal was sampled to a certain degree.
【0046】上述したフルーエンシ関数系の問題を踏ま
え、本発明では、サポートの打ち切りから生じる誤差の
理論的評価を行った結果に基づき、双直交性を保つ離散
フルーエンシ関数を定義し、離散データにおける最適ク
ラスを決定する方法を提供する。以下、上述した(1)
サポートの打ち切りから生じる誤差の理論的評価、
(2)双直交性を保つ離散フルーエンシ関数の定義、
(3)離散データにおける最適クラスの決定方法、の各
々について分けて説明する。In consideration of the above-mentioned problem of the fluency function system, the present invention defines a discrete fluency function that maintains biorthogonality based on the result of theoretically evaluating an error resulting from truncation of support, and optimizes the discrete fluency function for discrete data. Provide a way to determine the class. Hereinafter, the above (1)
Theoretical assessment of errors arising from discontinuation of support,
(2) Definition of discrete fluency function that maintains biorthogonality
(3) A method of determining an optimal class in discrete data will be described separately.
【0047】(1)サポートの打ち切りから生じる誤差
の理論的評価 フルーエンシ関数系では、サポートが無限区間で定義さ
れているものも存在することから、計算機上へ実装する
ためにはそのサポートを有限区間とする必要が生じる。
しかし、サポートを単純に打ち切った場合、A/D関
数、D/A関数の双直交性は保たれなくなり近似誤差が
生じる。低次クラスのフルーエンシ関数系は収束する速
度が速いため、従来用いられている理想ローパスフィル
タなどと比較して同じサポート幅(打ち切り幅)に対し
て生じる誤差は小さいが、その誤差についての理論的検
証はなされていない。したがって、A/D関数の上界を
導出し、これとD/A関数の上界から、サポートの打ち
切りにより生じる近似誤差の上界をサポート幅の関数と
して導出した。この関係式から、許容誤差に応じた打ち
切り幅の選択が可能となるため、実システムを構築する
にあたって非常に有用であると考えられる。 (1) Error resulting from discontinuation of support
In some fluency function systems, the support is defined in an infinite interval, so that in order to implement it on a computer, the support must be a finite interval.
However, when the support is simply discontinued, the biorthogonality of the A / D function and the D / A function is not maintained, and an approximation error occurs. Since the convergence speed of the low-order class fluency function system is fast, the error that occurs for the same support width (cutoff width) is smaller than that of an ideal low-pass filter that has been used in the past. No verification has been done. Therefore, the upper bound of the A / D function was derived, and from this and the upper bound of the D / A function, the upper bound of the approximation error caused by the truncation of the support was derived as a function of the support width. From this relational expression, it is possible to select the censoring width according to the permissible error, which is considered to be very useful in constructing an actual system.
【0048】次に、 L2(R)に対する多項式信号空間
mSの位置づけ、そして L2(R)に属する信号と mS
に属する信号の関係を説明する。フルーエンシ理論で
は、信号はその連続微分可能性によりクラス分けされ
る。Next, a polynomial signal space for L 2 (R)
Positioning of m S, and signal and m S belonging to L 2 (R)
The relationship between signals belonging to In fluency theory, signals are classified according to their continuous differentiability.
【0049】[0049]
【数11】 [Equation 11]
【0050】を(m−1)次:(m=1、2、……)の
Bスプライン基底B-spline basis of (m-1) order: (m = 1, 2,...)
【0051】[0051]
【数12】 (Equation 12)
【0052】により張られる多項式信号空間であるとす
る。ここでBスプライン関数mφl(t)は次のように定
義される。Let it be a polynomial signal space spanned by Here, the B spline function m φ l (t) is defined as follows.
【0053】[0053]
【数13】 (Equation 13)
【0054】(数12)で示したBスプライン基底の性
質として、次の3つが挙げられる。 ・φl(t) のサポートはローカルである。すなわち、The following three properties are given as properties of the B-spline basis shown in (Equation 12). • Support for φ l (t) is local. That is,
【0055】[0055]
【数14】 [Equation 14]
【0056】・φl(t) はシフト不変である。すなわ
ち、Φ l (t) is shift invariant. That is,
【0057】[0057]
【数15】 (Equation 15)
【0058】・φl(t) はlhに対して対称である。
すなわち、Φ l (t) is symmetric with respect to lh.
That is,
【0059】[0059]
【数16】 (Equation 16)
【0060】ここで、l=0とすると上述した(11)
式はHere, if l = 0, the above (11)
ceremony
【0061】[0061]
【数17】 [Equation 17]
【0062】となるので φ0(t)は偶関数となる。m
≧2のとき、 mSは(m−2)階微分可能なBスプライ
ン信号空間となる。また、m=1の場合には mSはウォ
ルシュ信号空間となり、m=∞の場合には mSはフーリ
エ信号空間となる。Thus, φ 0 (t) is an even function. m
When ≧ 2, m S becomes a (m−2) -order differentiable B-spline signal space. Further, m S becomes a Walsh signal space in the case of m = 1, m S in the case of m = ∞ is the Fourier signal space.
【0063】sを mSに属するアナログ信号とし、これ
を時刻[0063] The s and analog signals belonging to the m S, time this
【0064】[0064]
【数18】 (Equation 18)
【0065】で離散化したとすると、 mSの標本化基底
は、以下の式Assuming that the sampling is made discrete, the sampling basis of m S is given by the following equation:
【0066】[0066]
【数19】 [Equation 19]
【0067】を満たすSatisfy
【0068】[0068]
【数20】 (Equation 20)
【0069】によって与えられる。また、展開係数 s
(tk)は標本化基底とは双直交な関係にある基底Is given by The expansion coefficient s
(T k ) is a basis that is biorthogonal to the sampling basis
【0070】[0070]
【数21】 (Equation 21)
【0071】によって以下のように与えられる。Is given as follows.
【0072】[0072]
【数22】 (Equation 22)
【0073】上述した(13)式および(14)式によ
る信号の展開を mSにおける双直交展開と呼ぶ。mSに
対するこれらの基底は以下のように求められている。[0073] The expansion of the signal by the above-described (13) and (14) below is referred to as bi-orthogonal expansion in m S. These bases for m S are determined as follows:
【0074】[0074]
【数23】 (Equation 23)
【0075】ここで、Here,
【0076】[0076]
【数24】 (Equation 24)
【0077】である。上述したm fB(f)は、Is as follows. The above-mentioned m f B (f) is
【0078】[0078]
【数25】 (Equation 25)
【0079】のフーリエ変換であり、m fG(f)-1は、The Fourier transform of m f G (f) -1 is
【0080】[0080]
【数26】 (Equation 26)
【0081】のフーリエ変換である。以後、mψk(t)
をD/A関数、This is a Fourier transform. Hereafter, m ψ k (t)
Is the D / A function,
【0082】[0082]
【数27】 [Equation 27]
【0083】をD/A基底、 m *ψk(t)をA/D関
数、[0083] The D / A base, m * ψ k a (t) A / D function,
【0084】[0084]
【数28】 [Equation 28]
【0085】をA/D基底と呼ぶ。クラスm=1および
m=2のA/D関数 m *ψ0(t)とD/A関数mψ
0(t)を図4に示す。図4(a)はm=1のA/D関
数、図4(b)はm=1のD/A関数、図4(c)はm
=2のA/D関数、図4(d)はm=2のD/A関数を
それぞれ示している。また、m=3およびm=∞のA/
D関数とD/A関数を図5に示す。図5(a)はm=3
のA/D関数、図5(b)はm=3のD/A関数、図5
(c)はm=∞のA/D関数、図5(d)はm=∞のD
/A関数をそれぞれ示している。Is called an A / D basis. A / D function m * { 0 (t) and D / A function m } for classes m = 1 and m = 2
0 (t) is shown in FIG. 4A is an A / D function of m = 1, FIG. 4B is a D / A function of m = 1, and FIG.
= 2, and FIG. 4D shows the D / A function of m = 2. Also, A / of m = 3 and m = ∞
FIG. 5 shows the D function and the D / A function. FIG. 5A shows m = 3.
A / D function of FIG. 5, FIG. 5B shows a D / A function of m = 3, and FIG.
(C) is an A / D function of m = ∞, and FIG. 5 (d) is a D / m function of m = ∞.
/ A functions are shown.
【0086】次に、サポートの打ち切りによる近似誤差
について説明する。信号空間 L2(R)は、 mSとその
直交空間であるNext, the approximation error due to the suspension of the support will be described. The signal space L 2 (R) is m S and its orthogonal space.
【0087】[0087]
【数29】 (Equation 29)
【0088】の直和から構成されているので、任意のSince it is composed of the direct sum of
【0089】[0089]
【数30】 [Equation 30]
【0090】は、Is
【0091】[0091]
【数31】 (Equation 31)
【0092】とAnd
【0093】[0093]
【数32】 (Equation 32)
【0094】の和The sum of
【0095】[0095]
【数33】 [Equation 33]
【0096】で表すことができ、 soはxの mSへの最
小二乗近似となる。実信号は、通常、有限時間で観測さ
れるので、xもS o is a least square approximation of x to m S. Since the real signal is usually observed in a finite time, x
【0097】[0097]
【数34】 (Equation 34)
【0098】とし、有限時間[0,T]で定義する。こ
こで、Nは正の整数である。以後、上述した(22)式
で定義したxを近似することを考える。xにA/D関数
を作用させ、その結果を vkとする。Then, it is defined by a finite time [0, T]. Here, N is a positive integer. Hereinafter, approximation of x defined by the above equation (22) will be considered. An A / D function is applied to x, and the result is set to v k .
【0099】[0099]
【数35】 (Equation 35)
【0100】(21)式を(23)式のxに代入し、さ
らに次の関係The equation (21) is substituted for x in the equation (23), and the following relation is obtained.
【0101】[0101]
【数36】 [Equation 36]
【0102】を用いると、By using
【0103】[0103]
【数37】 (37)
【0104】が導かれる。上述した(25)式は、Is derived. Equation (25) above gives:
【0105】[0105]
【数38】 (38)
【0106】の最小二乗近似Least square approximation of
【0107】[0107]
【数39】 [Equation 39]
【0108】が、Where
【0109】[0109]
【数40】 (Equation 40)
【0110】によって表せることを意味している。This means that it can be represented by
【0111】[0111]
【数41】 [Equation 41]
【0112】に対する vk:(k=0、±1、±2…
…)から構成されているすべてのベクトルv→はヒルベ
ルト空間の部分空間となる。ここで、本明細書中におい
てはベクトルを太字によって記載することができないた
め、上述した「ベクトルv→」のようにベクトル量を表
す文字の右に矢印「→」を記載することにより、その文
字がベクトル量であることを示すこととする。V k : (k = 0, ± 1, ± 2...
..) Are all subspaces of the Hilbert space. Here, in the present specification, since a vector cannot be described in bold characters, by writing an arrow “→” to the right of a character representing a vector amount such as “vector v →” described above, Is a vector quantity.
【0113】ヒルベルト空間においては、内積がIn the Hilbert space, the inner product is
【0114】[0114]
【数42】 (Equation 42)
【0115】のように定義されており、次のノルムを保
証する。The following norm is guaranteed.
【0116】[0116]
【数43】 [Equation 43]
【0117】(23)式および(26)式は、無間区間
積分と無限級数の形で表されているため、計算機上に実
装するにはこれらの積分区間と級数を有限とする必要が
生じる。そこでH>0に対してサポートを[−Hh、H
h]としたD/A関数とA/D関数をSince the equations (23) and (26) are expressed in the form of an intervalless integral and an infinite series, it is necessary to make these integral sections and series finite in order to implement them on a computer. Therefore, support for H> 0 is [-Hh, H
h] and the D / A function and A / D function
【0118】[0118]
【数44】 [Equation 44]
【0119】と表す。上述した(30)式および(3
1)式を(23)式と(26)式に代入し、t−kh=
τとすると、有限区間としたD/A関数とA/D関数に
よる近似は次のようになる。[0119] Equations (30) and (3)
Substituting equation 1) into equations (23) and (26), t-kh =
Assuming that τ, the approximation by the D / A function and the A / D function in a finite section is as follows.
【0120】[0120]
【数45】 [Equation 45]
【0121】したがって、xの最小二乗近似 soとサポ
ートを打ち切った場合の近似Therefore, the least squares approximation s o of x and the approximation when the support is truncated
【0122】[0122]
【数46】 [Equation 46]
【0123】との相対的な誤差は、次の二乗ノルムとし
て表すことができる。The relative error with respect to can be expressed as the following square norm.
【0124】[0124]
【数47】 [Equation 47]
【0125】次に、Next,
【0126】[0126]
【数48】 [Equation 48]
【0127】の最小二乗近似とサポートを打ち切った場
合の近似との相対的な誤差について説明する。その準備
として、まずD/A関数とA/D関数の上界を説明す
る。D/A関数の上界を、以下の補助定理1に示す。 (補助定理1): 1.m=1、2のときThe relative error between the least squares approximation and the approximation when the support is discontinued will be described. As a preparation, the upper bound of the D / A function and the A / D function will be described first. The upper bound of the D / A function is shown in Lemma 1 below. (Lemma 1): When m = 1,2
【0128】[0128]
【数49】 [Equation 49]
【0129】2.m≧3のとき、以下の関係を満たす m
Uと mu(0< mU<∞、0< mu<1)が存在する。[0129] 2. When m ≧ 3, m satisfying the following relationship
U and m u (0 <m U < ∞, 0 <m u <1) is present.
【0130】[0130]
【数50】 [Equation 50]
【0131】m=1またはm=2の場合、mψ0のサポー
トは有限なので打ち切る必要はない。m≧3の場合、|
mψk(t)|は|t|が増加するとともに指数関数的に
減少していく。次に、A/D関数の上界を求める準備と
して以下に3つの補助定理を示す。If m = 1 or m = 2, the support for mサ ポ ー ト0 is finite and need not be truncated. If m ≧ 3, |
m ψ k (t) | is | t | decreases exponentially with increasing. Next, as preparation for obtaining the upper bound of the A / D function, three lemmas are shown below.
【0132】(補助定理2):任意の整数lに対して、
次の関係が成立する。(Lemma 2): For any integer l,
The following relationship holds:
【0133】[0133]
【数51】 (Equation 51)
【0134】上述した補助定理2は、次のようにして証
明される。m fB(f)は以下のように変形できる。The above Lemma 2 is proved as follows. m f B (f) can be transformed as follows.
【0135】[0135]
【数52】 (Equation 52)
【0136】任意の整数lに対して、For any integer l,
【0137】[0137]
【数53】 (Equation 53)
【0138】となる。ここで、q=l+pとした。(3
9)式および(40)式から、Is obtained. Here, q = 1 + p. (3
From equations 9) and (40),
【0139】[0139]
【数54】 (Equation 54)
【0140】が導出される。この補助定理は、m fB
(f)が周期1/hの周期関数であることを意味してい
る。 (補助定理3):Is derived. This lemma is m f B
(F) means a periodic function with a period of 1 / h. (Lemma 3):
【0141】[0141]
【数55】 [Equation 55]
【0142】が、However,
【0143】[0143]
【数56】 [Equation 56]
【0144】として与えられているとすると、A/D関
数 m *ψ0(t)はBスプライン関数の線形結合When given to have a [0144], A / D function m * ψ 0 (t) is a linear combination of B-spline function
【0145】[0145]
【数57】 [Equation 57]
【0146】で表すことができる。上述した補助定理3
は、次のようにして証明される。(13)式を(14)
式の m *ψ0として代入すると、 m *ψ0(t)はBスプラ
インの線形結合の形で表すことができる。Can be represented by Lemma 3 mentioned above
Is proved as follows. Equation (13) is replaced by (14)
Substituting as m * [psi 0 equation, m * ψ 0 (t) can be expressed in the form of a linear combination of B splines.
【0147】[0147]
【数58】 [Equation 58]
【0148】mdpを[0148] The m d p
【0149】[0149]
【数59】 [Equation 59]
【0150】とすると、mdpは離散フーリエ変換におけ
る畳込みの定理より以下のようになる。When [0150], m d p is as follows from the convolution theorem in the discrete Fourier transform.
【0151】[0151]
【数60】 [Equation 60]
【0152】補助定理2と(39)式を(20)式に適
用すると、m fG(f)は、By applying Lemma 2 and Eq. (39) to Eq. (20), m f G (f) becomes
【0153】[0153]
【数61】 [Equation 61]
【0154】となり、Becomes
【0155】[0155]
【数62】 (Equation 62)
【0156】が得られる。さらに、(18)式より、Is obtained. Furthermore, from equation (18),
【0157】[0157]
【数63】 [Equation 63]
【0158】は、1/ 2m fB(f)に対する逆フーリエ
変換であるので、mdpは、Is the inverse Fourier transform of 1 / 2m f B (f), so m d p is
【0159】[0159]
【数64】 [Equation 64]
【0160】とAnd
【0161】[0161]
【数65】 [Equation 65]
【0162】の畳み込み[0162] Convolution of
【0163】[0163]
【数66】 [Equation 66]
【0164】で与えられる。(9)式より、Is given by From equation (9),
【0165】[0165]
【数67】 [Equation 67]
【0166】のときmφ0(kh)=0なので、(42)
式が導出される。次に、A/D関数の上界を導出する。 (補助定理4): 1.m=1のとき、Since m φ 0 (kh) = 0 at the time of (42), (42)
An expression is derived. Next, the upper bound of the A / D function is derived. (Lemma 4): When m = 1,
【0167】[0167]
【数68】 [Equation 68]
【0168】2.m≧2のとき、以下の関係を満たす m
Wと mw(0< mW<∞、0< mw<1)が存在する。[0168] 2. When m ≧ 2, m satisfying the following relationship
There are W and m w (0 < m W <∞, 0 < m w <1).
【0169】[0169]
【数69】 [Equation 69]
【0170】上述した補助定理4は、次のように証明さ
れる。m=1のとき、(13)式および(14)式よ
り、The above Lemma 4 is proved as follows. When m = 1, from equations (13) and (14),
【0171】[0171]
【数70】 [Equation 70]
【0172】となる。したがって、(35)式から、
(49)式が導かれる。また、m≧2のとき、(42)
式より、Is obtained. Therefore, from equation (35),
Equation (49) is derived. When m ≧ 2, (42)
From the formula,
【0173】[0173]
【数71】 [Equation 71]
【0174】となる。 AmをIs obtained. Am
【0175】[0175]
【数72】 [Equation 72]
【0176】とし、(9)式And the equation (9)
【0177】[0177]
【数73】 [Equation 73]
【0178】を利用すると、Bスプライン関数mφ
0(t)は、By using the B spline function m φ
0 (t) is
【0179】[0179]
【数74】 [Equation 74]
【0180】を満足するため、In order to satisfy
【0181】[0181]
【数75】 [Equation 75]
【0182】が得られる。また、(0<2mb<1、0<
2mB<∞)を満たす定数2mb、および 2mBに対して、
2mβpは、Is obtained. Also, (0 <2mb <1, 0 <
2mB <∞)2mb, and 2mFor B,
2mβpIs
【0183】[0183]
【数76】 [Equation 76]
【0184】を満足する。ここで、2mBはhで正規化さ
れている。このとき、|mdp|の上界は、Satisfies the following. Here, 2 mB is normalized by h. In this case, | m d p | of the upper bound,
【0185】[0185]
【数77】 [Equation 77]
【0186】によって与えられる。 mDおよび mdをそ
れぞれ、Is given by where m D and m d are
【0187】[0187]
【数78】 [Equation 78]
【0188】とすると、上界は、Then, the upper bound is
【0189】[0189]
【数79】 [Expression 79]
【0190】となる。ここで、0< md<1、0< mD
<∞である。(12)式よりBスプライン関数は対称で
あるので、(13)式および(14)式から m *ψ
0(t)も対称であることが導かれる。Is obtained. Here, 0 <m d <1,0 < m D
<∞. Since the B-spline function is symmetric according to equation (12), m * ψ is obtained from equations (13) and (14).
It is derived that 0 (t) is also symmetric.
【0191】[0191]
【数80】 [Equation 80]
【0192】したがって、(50)式が成立することを
示すにはt≧0のみについて考慮すればよいことにな
る。(54)式および(55)式より、|m *ψ0(t)
| の上界は次式によって与えられる。Therefore, to show that the equation (50) holds, it is sufficient to consider only t ≧ 0. (54) and (55) from the equation, | m * ψ 0 (t )
The upper bound of | is given by
【0193】[0193]
【数81】 [Equation 81]
【0194】さらに、0< md<1< md-1という関係
から、(62)式は、[0194] Further, 0 <a relation m d <1 <m d -1 , (62) formula,
【0195】[0195]
【数82】 (Equation 82)
【0196】と変形できる。 mWと mwを、This can be modified as follows. m W and m w
【0197】[0197]
【数83】 [Equation 83]
【0198】と定義すると、|m *ψ0(t)| の上界
は、[0198] and is defined, | m * ψ 0 (t ) | of the upper bound,
【0199】[0199]
【数84】 [Equation 84]
【0200】によって与えられる。したがって、Is given by Therefore,
【0201】[0201]
【数85】 [Equation 85]
【0202】に対して(50)式が成立する。補助定理
4より、m=1の場合、 m *ψ0のサポートは有限である
ため打ち切る必要はない。m≧2の場合、 |m *ψ
k(t)|は|t|が増加するとともに指数関数的に減
少していき、|mψk(t)|の上界も指数関数的に減少
していくので、サポート幅を大きくとれば、打ち切りに
より生じる誤差も急速に減少していくことが期待され
る。Equation (50) holds true. From Lemma 4, the case of m = 1, m * ψ 0 support need not abort because it is finite. If m ≧ 2, | m * ψ
k (t) | are | t | continue to decrease exponentially with the increase, | m ψ k (t) | Since the upper bound of also decreases exponentially, if you take the support width greater It is expected that the error caused by the truncation will also decrease rapidly.
【0203】2≧m≧10の各クラスに対して定数
mU、 mu、 mW、 mwを求めた結果を図6に示す。こ
の結果から、m≧3に関しては低次のクラスの方が高次
に比べ収束速度が速いことが確認できる。次に、上述し
た補助定理を用いて、サポートの打ちきりにより生じる
相対的な近似誤差の上界を導出する。Constant for each class of 2 ≧ m ≧ 10
m U, m u, m W , the result of obtaining m w shown in FIG. From this result, it can be confirmed that for m ≧ 3, the convergence speed of the lower order class is faster than that of the higher order class. Next, using the above-mentioned lemma, the upper bound of the relative approximation error caused by the cutoff of the support is derived.
【0204】(定理1):m≧2の場合、(Theorem 1): When m ≧ 2,
【0205】[0205]
【数86】 [Equation 86]
【0206】が成立する。定理1は次のようにして証明
される。(22)式、(23)式、(32)式より、Is established. Theorem 1 is proved as follows. From equations (22), (23) and (32),
【0207】[0207]
【数87】 [Equation 87]
【0208】(67)式は、コーシー・シュワルツの不
等式Equation (67) is the Cauchy-Schwartz inequality
【0209】[0209]
【数88】 [Equation 88]
【0210】を(67)式に適用することで導出され
る。したがって、This is derived by applying the formula to the equation (67). Therefore,
【0211】[0211]
【数89】 [Equation 89]
【0212】となる。最後に、T=(N−1)hとして
これを(72)式に代入することで、(65)式が導出
される。これにより、The following is obtained. Finally, assuming that T = (N-1) h and substituting this into Expression (72), Expression (65) is derived. This allows
【0213】[0213]
【数90】 [Equation 90]
【0214】の上界は、打ち切り幅Hの関数として表せ
ることが明らかとなった。次に、定理1を用いて、It has been found that the upper bound can be expressed as a function of the truncation width H. Next, using Theorem 1,
【0215】[0215]
【数91】 [Equation 91]
【0216】の上界を導出する。 (定理2):m≧2のとき、The upper bound is derived. (Theorem 2): When m ≧ 2,
【0217】[0219]
【数92】 (Equation 92)
【0218】の上界E(H)は次式によって与えられ
る。The upper bound E (H) is given by the following equation.
【0219】[0219]
【数93】 [Equation 93]
【0220】定理2は、次のようにして証明される。
(26)式と(33)式より、Theorem 2 is proved as follows.
From equations (26) and (33),
【0221】[0221]
【数94】 [Equation 94]
【0222】は次のように表すことができる。Can be expressed as follows.
【0223】[0223]
【数95】 [Equation 95]
【0224】ここで、ヘルダーの不等式Here, the Helder inequality
【0225】[0225]
【数96】 [Equation 96]
【0226】を適用すると、(75)式は以下のように
なる。By applying, the expression (75) becomes as follows.
【0227】[0227]
【数97】 (97)
【0228】さらに、ヘルダーの積分における不等式Further, inequalities in the integral of Helder
【0229】[0229]
【数98】 [Equation 98]
【0230】を(78)式の第3項に適用することで、By applying to the third term of equation (78),
【0231】[0231]
【数99】 [Equation 99]
【0232】となる。一方、(80)式のThe following is obtained. On the other hand, the expression (80)
【0233】[0233]
【数100】 [Equation 100]
【0234】は次のように変形できる。Can be modified as follows.
【0235】[0235]
【数101】 [Equation 101]
【0236】補助定理1より、According to Lemma 1,
【0237】[0237]
【数102】 [Equation 102]
【0238】の上界は、The upper bound is
【0239】[0239]
【数103】 [Equation 103]
【0240】で与えられる。さらに、(22)式および
(23)式と補助定理4より、||v→||2 l2 の上界は次
のようにして求まる。Is given by Further, from equations (22) and (23) and Lemma 4 , the upper bound of || v → || 2 l2 is obtained as follows.
【0241】[0241]
【数104】 [Equation 104]
【0242】(82)式、(85)式および(87)式
を(80)式に適用し、定理1を用いると、By applying equations (82), (85) and (87) to equation (80) and using Theorem 1,
【0243】[0243]
【数105】 [Equation 105]
【0244】となり、サポートの打ち切りにより生じる
誤差は(73)式によって得られる。定理2から、許容
誤差をE(H)とした場合に必要なサポート幅h・Hを
(89)式で求めることができる。図7は、T=360
0sec、そしてサンプリング間隔をCDオーディオデ
ータに相当するh=44.1kHz=22.7μsec
としたときのサポートの打ち切りにより生じる誤差(2
0log10E(H))を示したものである。図7より、
打ち切り誤差を−100dBに抑えるには、m=2でH
≧31、m=4でH≧50、m=7でH≧89となる。
したがって、A/D関数、D/A関数のサポート幅は最
低で、 ・m=2のときh・H=22.7×31=703.3μ
sec、 ・m=4のときh・H=22.7×50=1135.0
μsec、 ・m=7のときh・H=22.7×89=2020.3
μsec、 必要となる。クラスが高次になるにつれ、A/D関数と
D/A関数の収束速度が遅くなるため、近似精度を保つ
ためには高次クラスほどそのサポート幅を大きくとる必
要がある。The error caused by the discontinuation of the support is obtained by the equation (73). From Theorem 2, the necessary support width h · H can be obtained by Expression (89) when the allowable error is E (H). FIG. 7 shows that T = 360
0 sec, and the sampling interval is h = 44.1 kHz = 22.7 μsec corresponding to CD audio data.
(2)
0 log 10 E (H)). From FIG.
To reduce the truncation error to -100 dB, m = 2 and H
H ≧ 50 when m ≧ 4 and H ≧ 89 when m = 7.
Therefore, the support width of the A / D function and the D / A function is the minimum. When m = 2, h · H = 22.7 × 31 = 703.3 μ
sec, h = H = 22.7 × 50 = 11135.0 when m = 4
μsec, when m = 7, h · H = 22.7 × 89 = 2020.3
μsec. As the class becomes higher, the convergence speed of the A / D function and the D / A function becomes slower. Therefore, in order to maintain the approximation accuracy, it is necessary to increase the support width of the higher order class.
【0245】(2)双直交性を保つ離散フルーエンシ関
数の定義 実システムを構築するためには、フルーエンシ関数のサ
ポートを有限区間とする必要がある。そのため、単純に
サポートを打ち切ることで関数を有限区間とした場合に
生じる近似誤差について上述したように検討した。次
に、関数を単に打ち切るのではなく、A/D関数とD/
A関数の間で双直交性が成立するように有限化し、新た
に離散化されたA/D関数とD/A関数を定義する。 (2) Discrete fluency relation maintaining biorthogonality
Definition of Numbers In order to construct a real system, it is necessary to support fluency functions in finite intervals. Therefore, the approximation error generated when the function is set to a finite interval by simply terminating the support has been examined as described above. Next, instead of simply censoring the function, the A / D function and D /
A / D functions are finite so that biorthogonality is established between A functions, and newly discretized A / D functions and D / A functions are defined.
【0246】サポートを有限区間とした場合にもA/D
関数とD/A関数の間で双直交性が成立するよう、新た
に離散化されたA/D関数とD/A関数を定義する。こ
の目的のため、すでに導出されているD/A関数を利用
する。以後、この関数をCタイプと称することとし、上
述した説明において定義した関数系をBタイプと称する
こととして両者を区別する。以下、Cタイプのフルーエ
ンシ関数系の概説を行うとともに、Cタイプを用いた理
由についても説明する。以後、特に断りのない限り、フ
ルーエンシ関数系と記した場合はCタイプを意味するも
のとする。A / D even when the support is a finite section
A / D function and D / A function newly discretized are defined so that biorthogonality is established between the function and the D / A function. For this purpose, a previously derived D / A function is used. Hereinafter, this function will be referred to as a C type, and the function system defined in the above description will be referred to as a B type to distinguish them from each other. An overview of the C type fluency function system will be given below, and the reason for using the C type will also be described. Hereinafter, unless otherwise noted, the fluency function system means the C type.
【0247】すでに導出されているクラスmのD/A関
数m cψk(t) は信号空間 mSを張る基底であり、次の
ように(m−1)次のスプライン関数の線形結合の形で
定義されている。The D / A function m c ψ k (t) of the class m which has been already derived is a basis extending the signal space m S, and is expressed by the linear combination of the (m−1) -order spline function as follows: Is defined in the form.
【0248】[0248]
【数106】 [Equation 106]
【0249】m cψl(t) はBスプライン関数の線形結
合で表現されているため、BタイプのD/A関数と同様
に、以下の(91)式に示すシフト不変性、および以下
の(92)式に示すlhに対する対称性が成立する。Since m c ψ l (t) is expressed by a linear combination of B-spline functions, similar to the B-type D / A function, the shift invariance shown in the following equation (91) and the following The symmetry with respect to lh shown in the equation (92) is established.
【0250】[0250]
【数107】 [Equation 107]
【0251】形状もm=1、m=2においてはCタイプ
とBタイプのD/A関数は一致し、それぞれ方形波、三
角波となっている。唯一異なっている点は、Cタイプの
D/A関数のサポートが3<m<∞においてコンパクト
な点である。bm(j){j=−m+1、……、m−
1}は、When the shape is m = 1 and m = 2, the D / A functions of the C type and the B type are the same, and are respectively a square wave and a triangular wave. The only difference is that support for C-type D / A functions is compact for 3 <m <∞. b m (j) {j = −m + 1,..., m−
1} is
【0252】[0252]
【数108】 [Equation 108]
【0253】としたとき、次の関係を満足する係数列と
して導かれる。Then, it is derived as a coefficient sequence satisfying the following relationship.
【0254】[0254]
【数109】 (Equation 109)
【0255】am(j) は、A m (j) is
【0256】[0256]
【数110】 [Equation 110]
【0257】と定義したとき、(96)式と(97)式
が等価になるように置かれた係数列である。b2 、b
3 、b4 に関しては、それぞれ以下のように求められて
いる。When defined, this is a coefficient sequence placed so that equations (96) and (97) are equivalent. b 2 , b
3, with respect to b 4, respectively obtained as follows.
【0258】[0258]
【数111】 (Equation 111)
【0259】高次クラスのm cψ0(t) ほどサポートが
大きく、最終的にはThe higher the class m c ψ 0 (t), the greater the support.
【0260】[0260]
【数112】 [Equation 112]
【0261】は無限区間サポートを持つsinc関数、
すなわち、Is a sinc function with infinite interval support,
That is,
【0262】[0262]
【数113】 [Equation 113]
【0263】となる。この点もBタイプと一致する。h
=1とした場合のm=3とm=4についてのCタイプの
D/A関数をそれぞれ図8(a)と図8(b)に示す。
次に、本発明のデータ処理方法において、Cタイプフル
ーエンシ関数系を用いる理由について説明する。計算機
のメモリ資源は有限であるため、実装するフルーエンシ
関数系を選択する必要がある。本発明のデータ処理方法
では、信号を効率よく記述できる関数系として低次クラ
スのフルーエンシ関数に特に注目している。Is obtained. This point also matches the B type. h
FIGS. 8A and 8B show C-type D / A functions for m = 3 and m = 4 when = 1.
Next, the reason for using the C-type fluency function system in the data processing method of the present invention will be described. Since the memory resources of the computer are finite, it is necessary to select a fluency function system to be implemented. The data processing method of the present invention pays particular attention to a low-order class fluency function as a function system capable of efficiently describing a signal.
【0264】空間 mSに属する微分可能な信号は、クラ
スmあるいはそれ以上のクラスのフルーエンシ関数で記
述することが可能であるが、高次になるほど滑らかさの
差異が減少する。したがって、滑らかさを表現するにあ
たってはm=3およびm=4程度のフルーエンシ関数を
用いれば十分可能であり、これとm=1とm=2のフル
ーエンシ関数を合わせて用いることで微分不可能な信
号、尖った信号、滑らかな信号を幅広く表現できると考
えられる。一方、CタイプのD/A関数に関しては低次
クラスほどそのサポート幅がコンパクトであるため、近
似に必要な演算量、メモリ量等のコストも同時に押さえ
ることが可能であり、実装上非常に優れた性質を持ちあ
わせている。以上の理由から、本発明においてはCタイ
プフルーエンシ関数系を用いる。A differentiable signal belonging to the space m S can be described by a fluency function of class m or higher, but the difference in smoothness decreases as the order increases. Therefore, in expressing the smoothness, it is sufficiently possible to use a fluency function of about m = 3 and m = 4, and this cannot be differentiated by using the fluency functions of m = 1 and m = 2 together. It is considered that signals, sharp signals, and smooth signals can be widely expressed. On the other hand, as for the C-type D / A function, the lower the class, the smaller the support width thereof, so that it is possible to simultaneously reduce the amount of computation and memory required for approximation, which is extremely excellent in implementation. Has the property of For the above reasons, the present invention uses a C-type fluency function system.
【0265】コンパクトであるというCタイプフルーエ
ンシD/A関数の特性を活かした応用例として不均等補
間が考えられる。離散信号を補間する場合、データ点
は、通常何らかの標本化関数(従来ではsinc関数が
多く利用されている)と畳み込まれる。標本化関数は離
散化幅の間隔で時間軸と交差するという特性を持つた
め、データ点を標本化関数と畳み込むことでデータ点間
を補間できる。しかし、不均等な間隔で離散化された信
号の場合、標本化関数が時間軸と交差する点を標本点に
あわせて伸長し、それをデータ点と畳み込むだけでは滑
らかな補間を行うことはできない。これはデータ点の時
間情報が反映されないためである。すなわち、補間する
位置に対して時間的に離れたデータ点は近くに位置する
データ点よりも影響が小さいことを考慮する必要があ
る。したがって、不均等間隔で離散化されたデータ点に
対してそれらが均等な間隔で並び替えられた場合の値を
予測し、これを擬似的なデータ点(以後、これを「擬似
サンプル点」と称する)として補間を行うことが考えら
れる。このときサポート幅が大きい標本化関数に対して
は求める擬似サンプル点も多くなるため、コンパクトな
サポートを持つCタイプフルーエンシD/A関数が適し
ている。As an application example utilizing the characteristics of the C type fluency D / A function of being compact, unequal interpolation can be considered. When interpolating a discrete signal, the data points are usually convolved with some sampling function (a sinc function is often used in the past). Since the sampling function has the property of intersecting the time axis at intervals of the discretization width, interpolation between data points can be performed by convolving the data points with the sampling function. However, in the case of signals discretized at unequal intervals, smooth interpolation cannot be performed simply by extending the point where the sampling function intersects the time axis with the sample points and convolving it with the data points. . This is because the time information of the data point is not reflected. That is, it is necessary to consider that a data point that is temporally distant from the position to be interpolated has a smaller effect than a data point that is located closer. Therefore, for data points that have been discretized at non-uniform intervals, the values when they are rearranged at even intervals are predicted, and these values are referred to as pseudo data points (hereinafter referred to as “pseudo sample points”). It is conceivable to perform the interpolation as the above. At this time, since the number of pseudo sample points to be obtained for a sampling function having a large support width increases, a C-type fluency D / A function having compact support is suitable.
【0266】x→を tj=jh′:(j=0、1、…
…、d−1)で離散化されているd次の離散周期信号X → t j = jh ′: (j = 0, 1,...)
.., D-1 order discrete period signal discretized by d-1)
【0267】[0267]
【数114】 [Equation 114]
【0268】であるとしたとき、これをn個の離散化さ
れたD/A基底[0268] If this is the case, this is converted into n discrete D / A bases.
【0269】[0269]
【数115】 [Equation 115]
【0270】で近似することを考える。すなわち、r=
d/nとしたときに、h=h′・rの間隔でサンプリン
グするmψ0について考える。したがって、(数115)
に示したD/A基底はh′の間隔で離散的に生成された
d次のD/A関数Let us consider approximation. That is, r =
when the d / n, consider m [psi 0 sampling at intervals of h = h '· r. Therefore, (Equation 115)
Is a d-order D / A function discretely generated at intervals of h ′
【0271】[0271]
【数116】 [Equation 116]
【0272】となる。また、x→は周期信号であるの
で、(数115)に示したD/A基底はつぎのようにr
kだけ巡回させた次数dの列ベクトルとなる。Is obtained. Also, since x → is a periodic signal, the D / A base shown in (Equation 115) is represented by r
It becomes a column vector of degree d circulated by k.
【0273】[0273]
【数117】 [Formula 117]
【0274】ここで、Ωとは、Here, Ω is
【0275】[0275]
【数118】 [Equation 118]
【0276】である。(数115)で示したD/A基底
が列ベクトルを構成する行列Is as follows. A matrix in which the D / A base shown in (Equation 115) forms a column vector
【0277】[0277]
【数119】 [Equation 119]
【0278】を[0278]
【0279】[0279]
【数120】 [Equation 120]
【0280】と定義すると、x→を近似することは次の
誤差関数Approximating x → is equivalent to the following error function
【0281】[0281]
【数121】 [Equation 121]
【0282】を最小化する展開係数Expansion coefficients for minimizing
【0283】[0283]
【数122】 [Equation 122]
【0284】を求める問題となる。(数120)で示し
た行列とその働きを図9に示す。図9において、ベクト
ルs→は、(数120)で示した行列によるx→の最小
二乗近似である。図9に示すように、(数120)で示
した行列はn次の展開係数列をr(=d/n)倍に展開
するため、これをクラスmのアップサンプリング基底行
列と呼び、(数120)で示した行列において列を構成
する離散化されたD/A基底((数115)で示したD
/A基底)をアップサンプリング基底ベクトルと呼ぶこ
ととする。また、(数115)で示したD/A基底がア
ップサンプルする割合rを近似レートと呼ぶこととす
る。これに対して、近似レートrのダウンサンプリング
基底行列[0284] This is the problem of finding FIG. 9 shows the matrix expressed by (Equation 120) and its function. In FIG. 9, a vector s → is a least-squares approximation of x → by a matrix expressed by (Equation 120). As shown in FIG. 9, the matrix expressed by (Equation 120) expands the expansion coefficient sequence of order n by r (= d / n) times, and is called an up-sampling basis matrix of class m. 120), the discretized D / A bases constituting the columns in the matrix shown in (120)
/ A basis) is referred to as an up-sampling basis vector. Also, the ratio r at which the D / A base upsamples as shown in (Equation 115) is referred to as an approximate rate. On the other hand, a down-sampled basis matrix of approximate rate r
【0285】[0285]
【数123】 [Equation 123]
【0286】とは、上述した(103)式を最小にする
展開基底を生成するものである。(数123)に示した
ダウンサンプリング基底行列を用いて、(103)式で
表された誤差関数を書き直すと、Is to generate an expansion base that minimizes the above equation (103). Using the down-sampling basis matrix shown in (Equation 123), the error function represented by Expression (103) is rewritten,
【0287】[0287]
【数124】 [Equation 124]
【0288】となり、これはAnd this is
【0289】[0289]
【数125】 [Equation 125]
【0290】という関係を満たす。ここで、||・||F は
フロベニウスノルムを意味する。x→が任意に選ばれた
正規化されたベクトルであれば、最適なダウンサンプリ
ング基底行列は、次式を最小にするものとなる。The following relationship is satisfied. Here, || · || F means Frobenius norm. If x → is an arbitrarily selected normalized vector, the optimal down-sampling basis matrix will minimize the following equation:
【0291】[0291]
【数126】 [Equation 126]
【0292】上述した(数123)で示したダウンサン
プリング基底行列は、(数120)で示した行列の疑似
逆行列The down-sampling basis matrix shown in (Equation 123) is a pseudo-inverse of the matrix shown in (Equation 120).
【0293】[0293]
【数127】 [Equation 127]
【0294】を解くことで容易に求められる。第一行をCan be easily obtained by solving The first line
【0295】[0295]
【数128】 [Equation 128]
【0296】とすると、他のすべての行ベクトルはThen, all other row vectors are
【0297】[0297]
【数129】 [Equation 129]
【0298】を巡回させた形式で表すことができる。Can be represented in a cyclic form.
【0299】[0299]
【数130】 [Equation 130]
【0300】したがって、(数127)で示した疑似逆
行列は、Therefore, the pseudo inverse matrix expressed by (Equation 127) is
【0301】[0301]
【数131】 [Equation 131]
【0302】となる。ダウンサンプリング基底行列とそ
の働きを図10に示す。図10は、(数131)に示し
たダウンサンプリング基底行列が次数dの信号から次数
nの展開係数を生成する様子を示している。実際に擬似
逆行列を求めた結果得られたm=2、m=3のダウンサ
ンプリング基底ベクトルの特性を図11に示す。図11
(a)はm=2の場合であり、図11(b)はm=3の
場合である。また、図11に示す特性は、h=1として
得られたものである。図11では、対象信号の次数dと
基底ベクトルの数nによってダウンサンプリング基底ベ
クトルの形状が少しずつ変化している様子が示されてい
る。nとdを十分大きくすると、ダウンサンプリング基
底ベクトルの特性は収束する。The following is obtained. FIG. 10 shows the down-sampling basis matrix and its function. FIG. 10 shows how the down-sampling basis matrix shown in (Expression 131) generates an expansion coefficient of order n from a signal of order d. FIG. 11 shows the characteristics of the down-sampled base vectors of m = 2 and m = 3 obtained as a result of actually obtaining the pseudo inverse matrix. FIG.
FIG. 11A shows the case where m = 2, and FIG. 11B shows the case where m = 3. The characteristics shown in FIG. 11 are obtained when h = 1. FIG. 11 shows a state in which the shape of the down-sampled basis vector changes little by little depending on the order d of the target signal and the number n of basis vectors. If n and d are made sufficiently large, the characteristics of the down-sampled basis vectors converge.
【0303】次に、上述したダウンサンプリング基底ベ
クトルおよびアップサンプリング基底ベクトル(以後、
これらを一対で「フルーエンシベクトル」と称する)を
用いて実データを近似するための方法について説明し、
フルーエンシベクトルを実データに適用した場合の近似
結果について説明する。Next, the above-described down-sampling basis vector and up-sampling basis vector (hereinafter, referred to as
These are referred to as a "fluency vector" in a pair.)
An approximation result when a fluency vector is applied to real data will be described.
【0304】近似対象データの大きさに応じてフルーエ
ンシベクトルを導出するのは効率が悪いため、近似対象
データの次数d′に対して、次数d(≦d′)の信号を
レートrで近似することを仮定する。例えば、d=51
2、r=4と仮定したとき、アップサンプリング基底行
列をd/r=128のアップサンプリング基底ベクトル
から構成し、これに対応する疑似逆行列を求めることで
ダウンサンプリング基底行列を求める。Since it is inefficient to derive the fluency vector according to the size of the data to be approximated, a signal of order d (≦ d ′) is approximated at a rate r to the order d ′ of the data to be approximated. Assume that: For example, d = 51
Assuming that 2, r = 4, the up-sampling basis matrix is composed of up-sampling basis vectors of d / r = 128, and the corresponding pseudo-inverse matrix is obtained to obtain the down-sampling basis matrix.
【0305】このようにして求められたダウンサンプリ
ング基底行列とアップサンプリング基底行列をそのまま
d次のブロック毎に対象信号に適用し近似することも考
えられるが、本発明のデータ処理方法では、ブロックノ
イズを防ぐためにダウンサンプリング基底行列から最も
対称性の高いダウンサンプリング基底ベクトルThe down-sampling basis matrix and the up-sampling basis matrix obtained in this way may be applied to the target signal for each d-order block as it is, and the approximation may be made. The most symmetric downsampling basis vector from the downsampling basis matrix to prevent
【0306】[0306]
【数132】 (Equation 132)
【0307】を1つ選択し、これをrずつシフトしなが
ら展開係数を得る(図12参照)。このようにして得ら
れた展開係数は、その各要素間にr−1個のゼロを埋め
込み、rずつずらしながらアップサンプリング基底ベク
トルとの畳み込みを行うことで展開される。前処理とし
ては、対称信号の直流成分が0となるようにゼロ平均を
とった。[0307] One is selected, and expansion coefficients are obtained while shifting this by r (see FIG. 12). The expansion coefficients thus obtained are expanded by embedding r-1 zeros between the respective elements and performing convolution with the up-sampling base vector while shifting by r. As pre-processing, zero average was taken so that the DC component of the symmetric signal became zero.
【0308】次に、上述した方法に基づいて2つのCD
オーディオデータ(44.1kHz、16ビット、モノ
ラル、441000サンプル(10秒分))を近似した
結果を説明する。対象とした曲は以下のとおりである。 曲1. Donald Fagen. Trans-island Skyway. 曲2. J.S.Bach. チェロ・ソナタ第3番ト長調.Misc
ha Maisky・Martha Argerich演奏。Next, two CDs are set based on the above-described method.
The result of approximation of audio data (44.1 kHz, 16 bits, monaural, 441,000 samples (for 10 seconds)) will be described. The target songs are as follows. Song 1. Donald Fagen. Trans-island Skyway. JSBach. Cello Sonata No. 3 in G major. Misc
Performed by ha Maisky and Martha Argerich.
【0309】上述した曲1は高周波を多く含む信号、そ
して曲2は滑らかな成分を多く含む信号の代表として選
曲した。近似に使用したフルーエンシベクトルのパラメ
ータは次に示す通りである。 ・クラス:m=1、2、3、∞ ・次数:d=512(m=∞の場合のみ、d=512お
よび24000) ・近似レート:r=2、4 ・計算精度:倍精度。The above-mentioned song 1 was selected as a signal containing a large amount of high frequency components, and song 2 was selected as a representative signal containing a large number of smooth components. The parameters of the fluency vector used for the approximation are as follows. Class: m = 1, 2, 3, ∞ Order: d = 512 (only when m = ∞, d = 512 and 24000) Approximation rate: r = 2, 4 Calculation accuracy: double precision
【0310】本発明のデータ処理方法においては、フル
ーエンシ関数系の中でも特に低次クラスに注目している
ことは上述したとおりである。そこで、低次クラスの有
用性を検証するため、高次クラスの代表として、従来の
レート変換法において理想ローパスフィルタとして応用
されているクラスm=∞のフルーエンシベクトルに関し
ても近似を行い比較した。従来法との比較という意味も
兼ね、クラスm=∞に関しては通常行われているダウン
サンプル/アップサンプル操作を適用した。その方法は
次の通りである。まず、無限区間サポートを持つ理想ロ
ーパスフィルタ(クラスm=∞のフルーエンシA/D関
数とD/A関数)を、ガウス窓を適用して有限化する。
次に、エイリアシングが生じないように、この有限化さ
れたローパスフィルタを対象信号に適用した後に1/r
に間引く。最後に、間引いた結果と有限化されたローパ
スフィルタとを畳み込むことでr倍にアップサンプリン
グする(図13参照)。As described above, the data processing method of the present invention pays particular attention to low-order classes in the fluency function system. Therefore, in order to verify the usefulness of the low-order class, as a representative of the high-order class, approximation was made for a fluency vector of class m = ∞, which is applied as an ideal low-pass filter in the conventional rate conversion method, and compared. For the purpose of comparison with the conventional method, the usual downsampling / upsampling operation was applied to the class m = ∞. The method is as follows. First, an ideal low-pass filter having infinite interval support (fluency A / D function and D / A function of class m = ∞) is finite by applying a Gaussian window.
Next, after applying the finite low-pass filter to the target signal, 1 / r
Thin out. Finally, up-sampling is performed r times by convolving the thinned result and the finite low-pass filter (see FIG. 13).
【0311】曲1および曲2を近似した結果を図14に
示す。図14は、各クラスおよび各近似レートにおける
対象信号に対するSN比を示している。なお、SN比は
次式に基づいて算出した。FIG. 14 shows the result of approximation of music 1 and music 2. FIG. 14 shows the SN ratio for the target signal in each class and each approximate rate. The SN ratio was calculated based on the following equation.
【0312】[0312]
【数133】 [Equation 133]
【0313】図14に示すように、従来法(m=∞)は
必ずしもよい近似を与えていない。m=∞のフルーエン
シ関数が無限区間サポートを持つため、特にd=512
のとき近似結果に与える影響が大きく、低次クラスと同
等の近似精度を得るためには、フルーエンシ関数の次数
は少なくとも104 のオーダ程度が必要であることが確
認できる。全体的な傾向としては、曲1における近似精
度は各クラスのフルーエンシベクトルともあまり差が見
られないが、曲2ではm=∞を除いて、高次クラスほど
SN比が高くなっている。これは、曲1が高周波成分を
多く含むためであると考えられる。しかし、信号の性質
は時間とともに変化していることを考慮した場合、クラ
スm=3のフルーエンシベクトルが全区間において最適
な近似を与えるとは断定できない。As shown in FIG. 14, the conventional method (m = ∞) does not always give a good approximation. Since the fluency function of m = ∞ has infinite interval support, especially d = 512
It can be confirmed that the order of the fluency function needs to be on the order of at least about 10 4 in order to obtain an approximation accuracy equivalent to that of the low-order class at the time of (1). As an overall tendency, the approximation accuracy in the music 1 does not show much difference from the fluency vector of each class, but in the music 2, except for m = ∞, the SN ratio is higher in the higher class. This is considered to be because the music 1 contains many high frequency components. However, considering that the signal properties change with time, it cannot be concluded that a fluency vector of class m = 3 gives an optimal approximation in all sections.
【0314】次に、クラスの差異が明確である曲2を小
区間に分割し、同様の近似を行った結果について説明す
る。図15は、曲2を151番目から350番目の20
0サンプル(区間1)と20351番目から20550
番目の200サンプル(区間2)、および全区間に対し
てr=2で近似した結果を示したものである。また、図
16は、曲2を151番目から350番目の200サン
プル(区間1)と20351番目から20550番目の
200サンプル(区間2)、および全区間に対してr=
4で近似した結果を示したものである。図15および図
16に示すように、近似レートr=2、r=4のいずれ
においても、区間1ではクラスm=1がよい近似を与え
ているのに対して、区間2ではクラスm=3がよい近似
を与えている。したがって、対象信号を最適に近似する
フルーエンシベクトルは時間とともに変化していること
が理解できる。Next, a description will be given of the result of dividing music 2 having a clear class difference into small sections and performing similar approximation. FIG. 15 shows that song 2 is composed of 151-350
0 sample (section 1) and 20351 to 20550
This shows the result of approximating r = 2 for the second 200 samples (section 2) and all sections. Also, FIG. 16 shows that r = 2 for the 200 samples from the 151st to 350th (section 1), the 200 samples from the 20351st to 20550th (section 2), and all sections.
4 shows the result of approximation. As shown in FIGS. 15 and 16, in both of the approximation rates r = 2 and r = 4, the class m = 1 gives a good approximation in the section 1, whereas the class m = 3 in the section 2 Gives a good approximation. Therefore, it can be understood that the fluency vector that optimally approximates the target signal changes with time.
【0315】図17は、近似レートr=2、クラスm=
1、2、3のフルーエンシ関数による区間1に対する近
似結果の詳細を示す図である。図17(b)が原波形、
そして原波形(b)をそれぞれクラスm=1、2、3の
フルーエンシベクトルで近似した二乗誤差をデータ点毎
に求めたものが図17(c)、図17(d)、図17
(e)である。このうち最も小さい誤差を与えたクラス
が図17(a)となっている。赤がm=1、緑がm=
2、そして青がm=3をそれぞれ表す。なお、明細書に
おいては色を表現することができないため、図17およ
び後述する図18、図27、図28、図29において
は、赤を右上がりの斜線によるハッチング、緑を右下が
りの斜線によるハッチング、青を水平線によるハッチン
グでそれぞれ表すこととする。FIG. 17 shows that the approximate rate r = 2 and the class m =
It is a figure which shows the detail of the approximation result with respect to area | region 1 by the fluency function of 1, 2, 3. FIG. 17B shows the original waveform,
17 (c), 17 (d), and 17 (c) show the square errors obtained by approximating the original waveform (b) with fluency vectors of classes m = 1, 2, and 3 for each data point.
(E). The class giving the smallest error is shown in FIG. M = 1 for red, m = for green
2, and blue represent m = 3, respectively. Note that, since colors cannot be expressed in the specification, in FIG. 17 and FIGS. 18, 27, 28, and 29 described below, red is hatched by upward diagonal lines, and green is represented by diagonally downward diagonal lines. Hatching and blue are represented by hatching with horizontal lines.
【0316】図18は、近似レートr=2、クラスm=
1、2、3のフルーエンシ関数による区間2に対する詳
細な近似結果を示す図である。図18(b)が原波形、
そして原波形をそれぞれクラスm=1、2、3のフルー
エンシベクトルで近似した二乗誤差をデータ点毎に求め
たものが図18(c)、図18(d)、図18(e)で
ある。このうち最も小さい誤差を与えたクラスが図18
(a)となっている。赤がm=1、緑がm=2、そして
青がm=3をそれぞれ表す。FIG. 18 shows that the approximate rate r = 2 and the class m =
It is a figure which shows the detailed approximation result with respect to the area 2 by the fluency function of 1, 2, and 3. FIG. 18B shows the original waveform,
18 (c), 18 (d), and 18 (e) show square errors obtained by approximating the original waveform with fluency vectors of classes m = 1, 2, and 3 for each data point. The class giving the smallest error is shown in FIG.
(A). Red represents m = 1, green represents m = 2, and blue represents m = 3.
【0317】図17および図18に示すように、区間1
および区間2ともに、最適なフルーエンシベクトルのク
ラスは時間とともに変化していることが読み取れる。ま
た区間1においては最適なフルーエンシベクトルがクラ
スm=1である率が多く、区間2においては最適なフル
ーエンシベクトルがクラスm=3である率が多い。上述
した図15において、区間1ではクラスm=1がよい近
似を与えているのに対して、区間2ではクラスm=3が
よい近似を与えているはこのためである。これらの結果
から、信号の性質の変化に応じて最適なフルーエンシベ
クトルを用いることで、m=∞単一クラスで近似を行う
従来法よりも近似精度を向上できることが理解できる。
実際に各クラスのフルーエンシベクトルによって得られ
た近似値のうち、最も誤差の小さなものを選択した場合
(最適近似)のSN比を図19に示す。比較のため、各
単一クラスで近似した結果も記載する。As shown in FIG. 17 and FIG.
It can be seen that the class of the optimal fluency vector changes with time in both the section 2 and the section 2. In section 1, the rate at which the optimal fluency vector is class m = 1 is high, and in section 2, the rate at which the optimal fluency vector is class m = 3 is high. In FIG. 15 described above, class m = 1 gives a good approximation in section 1, whereas class m = 3 gives a good approximation in section 2. From these results, it can be understood that the use of the optimum fluency vector in accordance with the change in the property of the signal can improve the approximation accuracy as compared with the conventional method in which the approximation is performed with m = ∞ single class.
FIG. 19 shows the SN ratio when the one with the smallest error is selected (optimum approximation) from the approximate values actually obtained by the fluency vectors of each class. For comparison, the result of approximation for each single class is also described.
【0318】このように、双直交性が保持されるよう、
離散化されたD/A関数と離散化されたA/D関数を定
義し、この新たに定義した有限かつ離散化されたフルー
エンシ関数であるフルーエンシベクトルを実データに適
用した結果、最適な近似を与えるフルーエンシベクトル
(最適なフルーエンシベクトル)が変化していることが
明らかとなった。これは、フルーエンシベクトルには信
号の局所的な性質の変化を捕らえる能力があることを示
しており、信号の変化に応じて最もよい近似を与えるフ
ルーエンシベクトルを選択することで、m=1単一クラ
スで近似を行う従来法よりも近似精度が向上することを
意味している。As described above, the biorthogonality is maintained.
As a result of defining a discretized D / A function and a discretized A / D function and applying the newly defined fluency vector, which is a finite and discretized fluency function, to real data, an optimal approximation is obtained. It became clear that the given fluency vector (optimum fluency vector) changed. This indicates that the fluency vector has the ability to capture changes in the local properties of the signal. By selecting the fluency vector that gives the best approximation according to the change in the signal, m = 1 unity This means that the approximation accuracy is improved compared to the conventional method of performing approximation by class.
【0319】(3)離散データにおける最適クラスの決
定方法 次に、離散データの属する信号空間を特定する方法およ
びその適用限界と特異点との関連について説明する。上
述したように、対象信号の属する信号空間を特定するこ
とには様々な利点がある。第一に、多項式信号空間 mS
に属する信号x(t)に対しては、クラスmのフルーエ
ンシ関数を利用することで信号を効率的に記述できるこ
とが保証されているという利点が挙げられる。また第二
に、フルーエンシ関数系(Cタイプ)は低次クラスほど
サポートが小さいため、信号x(t)に対してクラスm
のフルーエンシ関数を用いることで、変換に要する演算
量が最小となるという利点が挙げられる。したがって、
信号の属するクラスを特定することで、計算機実装にお
ける演算量の低減が可能となる。また第三に、微分不可
能な点を特定することでオーバーシュートやアンダーシ
ュート等のギブス現象を緩和できるという利点も挙げら
れる。 (3) Determination of optimal class in discrete data
Constant Method Next, a method for identifying a signal space belongs discrete data and the relationship between the applied limitations and singularities be described. As described above, there are various advantages in specifying the signal space to which the target signal belongs. First, the polynomial signal space m S
For the signal x (t) belonging to, there is an advantage that it is guaranteed that the signal can be efficiently described by using the fluency function of the class m. Secondly, the lower the order of the fluency function system (C type) is, the smaller the class m is for the signal x (t).
The use of the fluency function has the advantage of minimizing the amount of computation required for conversion. Therefore,
By specifying the class to which the signal belongs, it is possible to reduce the amount of calculation in computer implementation. Thirdly, there is an advantage that Gibbs phenomena such as overshoot and undershoot can be mitigated by specifying an indifferentiable point.
【0320】多項式信号空間 mSのいずれか1つに属し
ていると仮定した信号x(t)を時刻 tj=jh′:
(j=0、1、2……)で離散化したx(tj) から、
x(t)の属する空間を特定することが可能であれば、
上述したようなフルーエンシ関数系がもたらす効果を離
散データに対しても期待することができる。[0320] polynomial signal space m times the assumed signal x (t) as belonging to any one of S t j = jh ':
X (t j ) discretized by (j = 0, 1, 2,...)
If it is possible to specify the space to which x (t) belongs,
The effect provided by the fluency function system as described above can also be expected for discrete data.
【0321】次に、離散データにおける最適クラスの決
定方法を説明する準備として、連続系において信号の属
する空間を特定する尺度となる「クラス決定尺度」を定
義する。上述した(6)式Next, as a preparation for explaining a method of determining an optimal class in discrete data, a “class determination scale” which is a scale for specifying a space to which a signal belongs in a continuous system is defined. Equation (6) described above
【0322】[0322]
【数134】 [Equation 134]
【0323】および(7)式And equation (7)
【0324】[0324]
【数135】 [Equation 135]
【0325】から、連続系におけるmのA/D関数は、
アナログ信号x(t)を幅hで離散化した係数値v(t
k) を生成する。このとき、h→0(この場合に限り、
「h」の右に記載された「→」はベクトルの意を表すも
のではない)とすると、上式は信号s(t)に収束し、
D/A関数を用いないでx(t)の mSへの射影が得ら
れる。したがって、Thus, the A / D function of m in a continuous system is
Coefficient value v (t) obtained by discretizing analog signal x (t) with width h
k ) is generated. At this time, h → 0 (only in this case,
If “→” described to the right of “h” does not represent the meaning of a vector), the above equation converges on the signal s (t),
Without using the D / A function projection to m S of x (t) is obtained. Therefore,
【0326】[0326]
【数136】 [Equation 136]
【0327】としたとき[0327]
【0328】[0328]
【数137】 137
【0329】を求めることで、x(t)の属する空間ク
ラスを特定できる。以後、(108)式を「クラス決定
尺度」と称することとする。次に、上述したクラス決定
尺度を基に、多項式信号空間 mSのいずれか一つに属し
ていると仮定した信号x(t)を時刻 tj=jh′:
(j=0、1、2……)で離散化したx→ =x(tj)
から、x(t)の属する空間を特定する方法について
説明する。ここで、原信号x(t)における1階微係数
が存在しない点を特異点とし、原信号の特異点に最も近
い点を離散信号の特異点とする。[0329] By calculating the above, the space class to which x (t) belongs can be specified. Hereinafter, the expression (108) is referred to as a “class determination scale”. Next, based on the class determined measure described above, polynomial signal space m any time the assumed signal x (t) as belonging to one t j = jh of S ':
X → = x (t j ) discretized by (j = 0, 1, 2,...)
, A method of specifying the space to which x (t) belongs will be described. Here, a point where the first-order differential coefficient does not exist in the original signal x (t) is defined as a singular point, and a point closest to the singular point of the original signal is defined as a singular point of the discrete signal.
【0330】連続系におけるクラス決定尺度が離散系に
対しても有効であれば、離散信号の属するクラスを特定
することが可能となる。そこでd次の離散信号に対する
離散クラス決定尺度をIf the class determination measure in the continuous system is valid for the discrete system, it is possible to specify the class to which the discrete signal belongs. Therefore, the discrete class decision measure for the d-th discrete signal is
【0331】[0331]
【数138】 138
【0332】と再定義する。ここで、The definition is redefined. here,
【0333】[0333]
【数139】 139
【0334】は幅h′で離散化されているd次の離散信
号をhでサンプリングするダウンサンプリング基底ベク
トルである。このとき、近似レートはr=h/h′であ
り、基底ベクトルの数はn=d/rとなる。クラス決定
尺度の有効性を主張するためには、 mSに属する対象信
号に対して、A down-sampling basis vector for sampling a d-order discrete signal discretized by the width h 'at h. At this time, the approximation rate is r = h / h ', and the number of basis vectors is n = d / r. In order to assert the validity of the class determination measure, for a signal of interest belonging to m S,
【0335】[0335]
【数140】 [Equation 140]
【0336】を与える最も低次クラスのダウンサンプリ
ング基底ベクトルクラスとしてmが得られればよい。そ
うでない場合でも、クラスm以下のダウンサンプリング
基底ベクトルが選択されなければ実用性に耐えうる。こ
れはクラスm以上のフルーエンシ関数が mSに属する信
号を記述できるという性質を持つためである。It suffices that m be obtained as the lowest-sampled down-sampled base vector class that gives Even if this is not the case, practicality can be tolerated unless a downsampling basis vector of class m or less is selected. This is because the nature of Fluency functions or classes m can describe signals belonging to m S.
【0337】対象信号としては、As the target signal,
【0338】[0338]
【数141】 [Equation 141]
【0339】に属する信号の例として微分可能性が既知
である0次関数(直流波)、1次関数、2次関数、そし
て正弦波を選択した。 1Sおよび 2Sに関しては、特異
点を持つことが許されているので、0次関数および1次
関数に対しては特異点を持つ信号と特異点を持たない信
号とを用意し、一貫性を持たせるため2次関数、正弦波
に対してもこれに形状を合わせた。これらを図20にま
とめる。図20に示すパターン1は、0次関数および1
次関数が特異点を持たない場合のパターンであり、パタ
ーン2は、0次関数および1次関数が特異点を持つ場合
のパターンである。また、図20に示したパターン1の
信号を図21に、図20に示したパターン2の信号を図
22にそれぞれ示す。As examples of the signals belonging to the above, a zero-order function (DC wave), a linear function, a quadratic function, and a sine wave of which the differentiability is known are selected. 1 with respect to the S and 2 S, since it is allowed to have a singular point, prepared a signal having no signal and singularity with singularities for 0-order function and a linear function, consistent For the quadratic function and sine wave, the shape was adjusted to this. These are summarized in FIG. The pattern 1 shown in FIG.
Pattern 2 is a pattern in the case where the next function does not have a singular point. Pattern 2 is a pattern in the case where the zero-order function and the linear function have the singular point. 21 shows the signal of pattern 1 shown in FIG. 20, and FIG. 22 shows the signal of pattern 2 shown in FIG.
【0340】次に、クラス決定尺度の有効性について説
明する。図20に示した関数のそれぞれに対応して、各
関数につき1024点の離散データを生成し、各離散デ
ータに対してクラスm=1からm=4までを適用し、近
似レートrを変えることでhを変化させる。このとき、
結果にばらつきが生じないよう全ての点に対しダウンサ
ンプリング基底ベクトルを作用させる。すなわち、Next, the effectiveness of the class determination scale will be described. 20. For each of the functions shown in FIG. 20, generate 1024 discrete data for each function, apply classes m = 1 to m = 4 to each discrete data, and change the approximate rate r. To change h. At this time,
Apply a down-sampled basis vector to all points so that the results do not vary. That is,
【0341】[0341]
【数142】 [Equation 142]
【0342】とし、[0342]
【0343】[0343]
【数143】 [Equation 143]
【0344】を求め、クラス決定尺度の有効性を検証す
る。ここで、Ωは上述した(101)式に示すとおりで
ある。なお、境界における不連続点が影響を及ぼさない
よう、評価には中心の512点のみを用いた。hに対し
て以上の条件の下で得られたクラス決定尺度D(h)の
遷移を図23〜図26に示す。図23(a)は、上述し
たパターン1に示す0次関数(特異点を含まない0次関
数)におけるクラス決定尺度の遷移を示しており、図2
3(b)は、上述したパターン1に示す1次関数(特異
点を含まない1次関数)におけるクラス決定尺度の遷移
を示している。また、図24(a)は、パターン1に示
した2次関数におけるクラス決定尺度の遷移を示してお
り、図24(b)は、パターン1に示した正弦波におけ
るクラス決定尺度の遷移を示している。また、図25
(a)は、上述したパターン2に示す0次関数(特異点
を含む0次関数)におけるクラス決定尺度の遷移を示し
ており、図25(b)は、上述したパターン2に示す1
次関数(特異点を含む1次関数)におけるクラス決定尺
度の遷移を示している。また、図26(a)は、パター
ン2に示した2次関数におけるクラス決定尺度の遷移を
示しており、図26(b)は、パターン2に示した正弦
波におけるクラス決定尺度の遷移を示している。The validity of the class determination scale is verified. Here, Ω is as shown in the above equation (101). Note that only the central 512 points were used for evaluation so that discontinuous points at the boundary did not affect. The transition of the class determination scale D (h) obtained under the above conditions with respect to h is shown in FIGS. FIG. 23A shows the transition of the class determination scale in the zero-order function (zero-order function not including a singular point) shown in the above-described pattern 1, and FIG.
3 (b) shows the transition of the class determination measure in the linear function (linear function not including a singular point) shown in the above-described pattern 1. FIG. 24A shows the transition of the class determination scale in the quadratic function shown in Pattern 1, and FIG. 24B shows the transition of the class determination scale in the sine wave shown in Pattern 1. ing. FIG. 25
(A) shows the transition of the class determination scale in the zero-order function (zero-order function including the singular point) shown in the above-described pattern 2, and FIG.
The transition of the class determination scale in a quadratic function (a linear function including a singular point) is shown. FIG. 26A shows the transition of the class determination scale in the quadratic function shown in the pattern 2, and FIG. 26B shows the transition of the class determination scale in the sine wave shown in the pattern 2. ing.
【0345】クラスm以上のA/D関数はクラスmの信
号を記述できることを考慮すると、クラスm−1とクラ
スmのダウンサンプリング基底ベクトルが与えるクラス
決定尺度の間に大きな差異が現れるはずである。図23
(a)に示すように、0次関数に対してはクラス間にお
けるクラス決定尺度に差異が現れていないが、他の対象
信号におけるクラス決定尺度のオーダと比較しても値が
小さいため、いずれのクラスのフルーエンシベクトルも
対象信号を精度よく近似することを示している。したが
って、0次関数(直流波)は 1Sに属することが特定さ
れる。Considering that an A / D function of class m or more can describe a signal of class m, a large difference should appear between the class determination measures given by the down-sampled basis vectors of class m-1 and class m. . FIG.
As shown in (a), no difference appears in the class determination scale between the classes for the zero-order function, but since the value is small compared to the order of the class determination scale in the other target signals, The fluency vector of the class also accurately approximates the target signal. Therefore, the zero-order function (DC wave) is identified to belong to 1 S.
【0346】また、図23(b)に示すように、1次関
数については小さいhほどクラス決定尺度の差異が大き
くなっており、クラス決定尺度を最も小さくするダウン
サンプリング基底ベクトルとして必ずクラスm≧2が選
択される。したがって、1次関数は 2Sに属することが
特定できる。同様に、図24(a)および図26(a)
に示すように、2次関数においてもクラス決定尺度を最
も小さくするダウンサンプリング基底ベクトルとして必
ずクラスm≧3が選択され、これより2次関数の属する
空間を 3Sと特定できる。また、図24(b)および図
26(b)に示すように、正弦波に関しては2次関数ほ
どクラス間の差異が明らかではないが、クラスm=3お
よびm=4がクラス決定尺度を最も小さくしているた
め、正弦波が滑らかな信号であることを特定できる。し
たがって、特異点を含まない信号に対してはクラス決定
尺度に基づいたクラス決定方法が有効であると考えられ
る。Also, as shown in FIG. 23 (b), for the linear function, the smaller the h, the larger the difference in the class determination scale becomes. 2 is selected. Thus, the primary function can be identified to belong to the 2 S. Similarly, FIGS. 24 (a) and 26 (a)
As shown in, it is always selected class m ≧ 3 as downsampling basis vector to minimize the class determining scale even in a quadratic function, which from the space belongs quadratic function can be specified as 3 S. Further, as shown in FIGS. 24 (b) and 26 (b), although the difference between the classes is not so clear as to the quadratic function with respect to the sine wave, the classes m = 3 and m = 4 determine the class determination scale most. Since it is small, it can be specified that the sine wave is a smooth signal. Therefore, it is considered that a class determination method based on a class determination measure is effective for a signal that does not include a singular point.
【0347】一方、図25(a)および図25(b)に
示すように、特異点を含む場合には、0次関数および1
次関数とも特異点を含まない場合のクラス決定尺度と比
較してそのオーダが大きく、差異もみられない。したが
って、対象信号が特異点を含む場合、クラス決定尺度が
有効であるとはいえず、離散系におけるクラス決定尺度
は特異点を含まない信号にのみその有効性が確認され
た。On the other hand, as shown in FIGS. 25 (a) and 25 (b), when a singular point is included,
The order of the next function is larger than that of the class determination scale in the case where no singular point is included, and there is no difference. Therefore, when the target signal includes a singular point, the class determination scale cannot be said to be effective, and the effectiveness of the class determination scale in the discrete system is confirmed only for a signal that does not include the singular point.
【0348】次に、上述したクラス決定尺度の有効性に
基づいて離散信号のクラスを特定する方法について説明
する。まず、対象信号をより正確に捕らえるため、hを
最も小さくする近似レートr=2を用いる。そして各点
に対してクラス決定尺度の値にばらつきが生じないよ
う、すべてのデータ点に対してダウンサンプリング基底
ベクトルを作用させ、上述した(110)式におけるク
ラス決定尺度を求める。これを各クラスのダウンサンプ
ル基底ベクトルで行い、クラス決定尺度を比較し、クラ
ス決定尺度を最も小さくするダウンサンプリング基底ベ
クトルのクラスをtkにおけるクラスとする。Next, a method of specifying a class of a discrete signal based on the effectiveness of the above-described class determination measure will be described. First, in order to more accurately capture the target signal, an approximate rate r = 2 that minimizes h is used. Then, a down-sampling basis vector is applied to all the data points so that the value of the class determination scale does not vary for each point, and the class determination scale in the above equation (110) is obtained. This is performed by downsampling basis vectors in each class, to compare the class determination measure, the class of downsampling basis vectors to minimize the class determination scales and classes in t k.
【0349】この方法を適用した結果を図27〜図29
に示す。図27は、上述した図22(a)に示した特異
点を含む0次関数に対する結果である。図27(a)は
対象信号となる0次関数を示し、図27(b)は、図2
7(a)に示した対象信号においてクラスを特定した結
果を示している。また、図28は、上述した図22
(b)に示した特異点を含む1次関数に対する結果であ
る。図28(a)は対象信号となる1次関数を示し、図
28(b)は、図28(a)に示した対象信号において
クラスを特定した結果を示している。また、図29は、
0次関数(直流成分)から1次関数(直線成分)に変化
する関数に対する結果である。図29(a)は対象信号
となる0次関数から1次関数に変化する関数を示し、図
29(b)は、図29(a)に示した対象信号において
クラスを特定した結果を示している。The results obtained by applying this method are shown in FIGS.
Shown in FIG. 27 shows a result for the zero-order function including the singular point shown in FIG. FIG. 27A shows a zero-order function as a target signal, and FIG.
7A shows a result of specifying a class in the target signal shown in FIG. FIG. 28 is a view similar to FIG.
It is a result for the linear function including the singular point shown in (b). FIG. 28A shows a linear function serving as a target signal, and FIG. 28B shows a result of specifying a class in the target signal shown in FIG. 28A. Also, FIG.
This is a result for a function that changes from a zero-order function (DC component) to a linear function (linear component). FIG. 29A shows a function that changes from a zero-order function as a target signal to a linear function, and FIG. 29B shows a result of specifying a class in the target signal shown in FIG. I have.
【0350】図27〜図29に示すように、特異点以外
の場所では直流成分は 1S、そして直線は 2Sに属する
ことが特定されているが、特異点が存在する境界部分は
3Sに属すると判定されている。特異点周辺では係数値
およびクラス決定尺度に変動があると考えられる。この
場合、特異点が周辺点に及ぼす影響の範囲はhが大きい
ほど広くなるが、hを十分小さくすることで、影響の範
囲も収束する。特異点やその周囲点に対してクラス決定
尺度は有効な値を与えないが、hが十分小さければ、ク
ラスが変化する部分として特異点を抽出することができ
る。As shown in FIGS. 27 to 29, it is specified that the DC component belongs to 1 S and the straight line belongs to 2 S in places other than the singular point, but the boundary where the singular point exists is
It is determined to belong to 3S. It is considered that the coefficient value and the class determination scale fluctuate around the singular point. In this case, the range of the influence of the singular point on the peripheral points increases as h increases, but by making h sufficiently small, the range of influence also converges. The class determination measure does not give a valid value for the singular point or its surrounding points, but if h is sufficiently small, the singular point can be extracted as a part where the class changes.
【0351】次に、上述したクラス決定方法を実データ
に適用した場合について説明する。対象データの大きさ
に応じてフルーエンシベクトルを導出するのは効率が悪
いため、近似対象データの次数d′に対して、次数d
(≦d′)の信号をレートr=2で近似することを仮定
し、ダウンサンプリング基底行列を求める。そしてブロ
ックノイズが生じないよう、ダウンサンプリング基底行
列から最も対称性の高いダウンサンプリング基底ベクト
ルを1つ選択し、これを1ずつシフトしながら作用させ
る。この様子を図30に示す。展開係数を得る場合は、
図30(a)に示すように近似レートに応じてダウンサ
ンプリング基底ベクトルをrずつシフトさせながらx→
との内積を求める。また、クラス決定尺度を求める場合
は、図30(b)に示すように1ずつシフトしながらx
→の全点に対してダウンサンプリングベクトルを作用さ
せる。Next, a case where the above-described class determination method is applied to actual data will be described. Since it is inefficient to derive the fluency vector according to the size of the target data, the order d ′ of the approximate target data is
Assuming that a signal of (≦ d ′) is approximated at a rate r = 2, a down-sampling basis matrix is obtained. Then, one down-sampling basis vector having the highest symmetry is selected from the down-sampling basis matrix to prevent block noise from occurring, and the down-sampling basis vector is operated while being shifted by one. This is shown in FIG. To get the expansion coefficient,
As shown in FIG. 30 (a), while shifting the down-sampled basis vector by r according to the approximate rate, x →
Find the inner product with When a class determination measure is obtained, x is shifted by one as shown in FIG.
Apply the downsampling vector to all points of →.
【0352】次に、上述した方法に基づいて2つのCD
オーディオデータ(44.1kHz、16ビット、モノ
ラル、441000サンプル(10秒分))を近似した
結果を説明する。近似対象信号とした曲は、上述した
「(2)双直交性を保つ離散フルーエンシ関数の定義」
において用いたものと同じであり以下のとおりである。Next, two CDs are set based on the above-described method.
The result of approximation of audio data (44.1 kHz, 16 bits, monaural, 441,000 samples (for 10 seconds)) will be described. The tune used as the approximation target signal is described in “(2) Definition of discrete fluency function maintaining biorthogonality”.
And the following are used.
【0353】曲1. Donald Fagen. Trans-island Skyw
ay. 曲2. J.S.Bach. チェロ・ソナタ第3番ト長調.Misc
ha Maisky・Martha Argerich演奏。 上述した曲1は高周波を多く含む信号、そして曲2は滑
らかな成分を多く含む信号の代表として選曲した。近似
に使用したフルーエンシベクトルのパラメータは次に示
す通りである。利用したダウンサンプリング基底ベクト
ルは、上述した方法により生成した。パラメータは以下
に示すとおりである。 ・クラス:m=1、2、3 ・次数:d=512 ・近似レート:r=2。Music 1. Donald Fagen. Trans-island Skyw
ay. Song 2. JSBach. Cello Sonata No. 3 in G major. Misc
Performed by ha Maisky and Martha Argerich. Song 1 described above was selected as a signal containing a large amount of high frequencies, and song 2 was selected as a signal containing a large amount of smooth components. The parameters of the fluency vector used for the approximation are as follows. The downsampled basis vectors used were generated by the method described above. The parameters are as shown below. Class: m = 1, 2, 3 Order: d = 512 Approximate rate: r = 2.
【0354】以上の条件の下で上述した方法を用いて特
定されたクラスのフルーエンシベクトルが生成した近似
結果を選択した。これを手法1とし、単に最適な近似結
果を選択する手法を手法2とし、両者を比較した結果を
図31〜図33の第一列に示す。また,本手法によって
特定された対象信号のクラスに変化があった点を特異点
とみなし、手法1、手法2、そして単一クラスで近似し
た結果のそれぞれからこの点を取り除き、SN比を比較
した結果を図31〜図33の第2列にそれぞれ示す。ク
ラスの変化があった点を除去しない場合をパターンa、
除去する場合をパターンbとする。図31〜図33の各
々は、対象信号を区間別に評価したものとなっており、
図31は151番目から350番目のサンプル(区間
1)、図32は20351番目から20551番目のサ
ンプル(区間2)、そして図33は全点に対する結果で
ある。Under the above conditions, the approximation result generated by the fluency vector of the specified class using the method described above was selected. This is referred to as Method 1, the method for simply selecting the optimal approximation result is referred to as Method 2, and the results of comparing the two are shown in the first column of FIGS. Also, the point where the class of the target signal specified by the present method has changed is regarded as a singular point, and this point is removed from each of the results obtained by approximating the method 1, the method 2, and the single class, and the SN ratio is compared. The results obtained are shown in the second columns of FIGS. Pattern a, where the point where the class has changed is not removed
The case of removal is defined as pattern b. Each of FIGS. 31 to 33 is obtained by evaluating the target signal for each section.
31 shows the results for the 151st to 350th samples (section 1), FIG. 32 shows the results for the 20351st to 20551th samples (section 2), and FIG. 33 shows the results for all points.
【0355】各手法のパターンbにおいて除去された点
の数は図34に示す。区間1は高周波成分を多く含み、
除去された点数の割合も77.5%と非常に多い。ダウ
ンサンプリング基底ベクトルのサンプリング幅hは対象
信号の離散化幅より小さくすることは出来ないため、ク
ラスを正確に特定するためには対象信号の離散化幅を十
分小さくする必要があるが、このように高周波成分の多
い区間のクラスを特定するためには当初のサンプリング
幅(x(tk) のサンプリング幅)が大きすぎると考え
られる。このため、特定されたクラスが変化する部分に
特異点が存在するとは必ずしもいえず、パターンbにお
いて本方法におけるSN比が最適な近似(手法2)と比
較して大幅に劣化していると考えられる。FIG. 34 shows the number of points removed in the pattern b of each method. Section 1 contains many high frequency components,
The percentage of the removed points is also as high as 77.5%. Since the sampling width h of the down-sampled basis vector cannot be smaller than the discretization width of the target signal, the discretization width of the target signal needs to be sufficiently small in order to accurately specify the class. It is considered that the initial sampling width (sampling width of x (t k )) is too large to specify the class of the section having many high frequency components. For this reason, it cannot be said that a singular point is always present in a portion where the specified class changes, and it is considered that the SN ratio in the present method in pattern b is significantly deteriorated as compared with the optimal approximation (method 2). Can be
【0356】一方、区間2では、手法1、パターンaの
SN比がクラスm=3単一のフルーエンシベクトルで近
似したものと比較して低いのに対して、パターンbに対
する手法1のSN比はほぼ同じとなっており、特異点の
多くが除去されたものと考えられる(図33参照)。ク
ラスm=3のフルーエンシベクトルは特異点を含まない
1Sおよび 2Sに属する信号を完全に近似できるため、
特異点が取り除かれることにより、パターンbに対す
る、手法1とクラスm=3のフルーエンシベクトルによ
る近似が等しくなることは妥当であるといえる。また、
このSN比はパターンbに対する手法2で得られたSN
比に近づいていくことも納得できる。On the other hand, in section 2, while the SN ratio of method 1 and pattern a is lower than that approximated by a single fluency vector of class m = 3, the SN ratio of method 1 for pattern b is lower. It is almost the same, and it is considered that many of the singularities have been removed (see FIG. 33). Fluency vectors of class m = 3 do not contain singularities
Since the signals belonging to 1 S and 2 S fully approximated,
It is reasonable that the removal of the singular point makes the approximation to the pattern b equal to the method 1 and the fluency vector of the class m = 3. Also,
This SN ratio is the SN obtained by the method 2 for the pattern b.
It is understandable that it approaches the ratio.
【0357】全区間で除去された点数の割合が低いこと
を考慮すると、全区間の傾向としては細かいクラスの変
動はなく、ダウンサンプリング基底ベクトルのサンプリ
ング幅hが十分である区間が多いため、パターンbにお
ける手法1および手法2で得られたSN比が、クラスm
=3のフルーエンシベクトルによる近似とほぼ同等とな
ったと予測される。In consideration of the fact that the percentage of points removed in all sections is low, there is no small class variation as the tendency of all sections, and there are many sections in which the sampling width h of the down-sampling base vector is sufficient. b, the S / N ratio obtained by the method 1 and the method 2 is the class m
It is predicted that this is almost equivalent to the approximation by the fluency vector of = 3.
【0358】このように、フルーエンシ理論では、対象
信号の属するクラスを特定することで信号を効率よく記
述でき、また変換に要する演算量を低減できる。したが
って、対象信号のクラスを特定することに大きな意義が
あると考え、多項式信号空間mSのいずれか1つに属し
ていると仮定した信号x(t)を時刻tj=jh′ :
(j=0、1、2、……)で離散化したx(tj) か
ら、x(t)の属する空間を特定する方法を提案した。
その準備として、まず連続系においてクラスの特定を可
能とするクラス決定尺度を離散信号に対して定義し、そ
の有効性を検証した。この結果、離散系におけるクラス
決定尺度は特異点を含まない信号に対してその有効性が
確認された。またクラスm=3、m=4のフルーエンシ
ベクトルはほとんど近似精度に差異がないことが判明し
た。離散系におけるクラス決定尺度の有効性を確認した
上で、これに基づいたクラスの決定方法を提案した。こ
の方法を微分可能性が既知である信号に適用した結果、
クラスに変化のある境界部分が特異点の候補となること
が判明した。実データに対しても本方法を適用した。ク
ラスm=1からm=3のフルーエンシベクトルで近似し
た結果のうち、最も原波形との誤差が少ない近似結果を
選択し、これに対して上述した方法によって検出された
特異点の候補を取り除いたところ、高周波成分を多く含
まない信号に対してはクラスm=3単一クラスで近似し
た結果とほぼ同等のSN比が得られた。クラスm以上の
フルーエンシベクトルは特異点を含まない mSに属する
信号を完全に近似できる。したがって、適用したフルー
エンシベクトルのうち最も高次クラスの近似結果と同等
のSN比が得られたということは、特異点の抽出に成功
していると考えられる。一方、離散化幅に対して変化が
著しい場合、十分にhが小さくないためクラスの特定が
困難であり、特異点の位置を抽出することが難しいこと
が判明した。結論としては、離散系においてはサンプリ
ング幅hは対象信号の離散化幅h′より小さくすること
はできないため、h′を十分小さくすれば、本方法によ
る離散信号の属するクラスの決定方法は有効であるとい
える。As described above, in the fluency theory, the signal can be efficiently described by specifying the class to which the target signal belongs, and the amount of calculation required for the conversion can be reduced. Therefore, considered that there is great significance to identify the class of the target signal, polynomial signal space m any one belonged to Assumes signal x (t) time t j = jh of S ':
A method of specifying a space to which x (t) belongs from x (t j ) discretized by (j = 0, 1, 2,...) Has been proposed.
As a preparation, we first defined a class decision criterion for discrete signals that enables class identification in continuous systems, and verified its effectiveness. As a result, the validity of the class determination measure in the discrete system was confirmed for signals that did not include singularities. It was also found that the fluency vectors of classes m = 3 and m = 4 had almost no difference in approximation accuracy. After confirming the effectiveness of the class decision measure in discrete systems, a class decision method based on this was proposed. As a result of applying this method to signals of known differentiability,
It was found that the boundary part where the class changed was a singular point candidate. This method was applied to actual data. From the results obtained by approximating the fluency vectors of the classes m = 1 to m = 3, the approximation result having the smallest error from the original waveform was selected, and the singular point candidates detected by the above-described method were removed. However, for a signal that does not contain many high-frequency components, an S / N ratio almost equivalent to the result of approximation with a class m = 3 single class was obtained. Class m or more flue ene sheet vector can be completely approximate the signals belonging to m S free of singularities. Therefore, the fact that an SN ratio equivalent to the approximation result of the highest-order class among the applied fluency vectors was obtained indicates that the extraction of the singular point was successful. On the other hand, when the change in the discretization width is remarkable, it has been found that it is difficult to specify the class because h is not sufficiently small, and it is difficult to extract the position of the singular point. As a conclusion, in a discrete system, the sampling width h cannot be smaller than the discretization width h ′ of the target signal. Therefore, if h ′ is made sufficiently small, the method of determining the class to which the discrete signal belongs by this method is effective. It can be said that there is.
【0359】このように、本発明のデータ処理方法は、
時間軸上に局在する信号の構造を捕らえることができ、
かつ不連続信号や特異点を持つ信号を効率よく記述する
ことが可能であるという特徴を有するフルーエンシ関数
系を用いており、サポートの打ち切りから生じる誤差の
理論的評価を行い、双直交性を保つ離散フルーエンシ関
数を新たに定義し、新たに定義した離散フルーエンシ関
数を用いて離散データにおける最適クラスを決定する方
法を提供している。したがって、従来の方法に比較して
より高い近似精度で信号を記述することができるととも
に、変換に要する演算量を低減することができる。Thus, the data processing method of the present invention
It is possible to capture the structure of the signal localized on the time axis,
It uses a fluency function system that has the feature of being able to efficiently describe discontinuous signals and signals with singularities, performs theoretical evaluation of errors resulting from support truncation, and maintains biorthogonality. A method is provided in which a discrete fluency function is newly defined and an optimal class in discrete data is determined using the newly defined discrete fluency function. Therefore, the signal can be described with higher approximation accuracy than the conventional method, and the amount of calculation required for conversion can be reduced.
【0360】次に、上述した理論に基づいて構成された
データ処理装置の具体例について説明する。図35は、
一実施形態のデータ処理装置の構成を示す図である。図
35に示すデータ処理装置は、入力されるアナログ信号
を、(m−1)階微分可能なクラスmの多項式信号空間
に含まれる出力データに変換する処理を行っており、入
力部100およびデータ変換部110を含んで構成され
ている。Next, a specific example of a data processing device configured based on the above-described theory will be described. FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a data processing device according to an embodiment. The data processing device illustrated in FIG. 35 performs a process of converting an input analog signal into output data included in a polynomial signal space of a class (m−1) th-order differentiable class m. It is configured to include a conversion unit 110.
【0361】入力部100は、音声等に対応して連続的
に変化するアナログ信号が入力され、所定のサンプリン
グ間隔でこのアナログ信号の瞬時値を読み取ってデジタ
ルデータに変換する。すなわち、入力部100によっ
て、従来から行われているδ関数を用いたアナログ−デ
ジタル(A/D)変換が行われる。The input unit 100 receives an analog signal which continuously changes in response to a voice or the like, reads an instantaneous value of the analog signal at a predetermined sampling interval, and converts it into digital data. That is, the input unit 100 performs analog-digital (A / D) conversion using a δ function that has been conventionally performed.
【0362】データ変換部110は、入力部100から
順次出力される複数のデジタルデータに対して、所定の
変換用関数の値を乗算し、各乗算結果を加算する。この
変換用関数としては、上述したA/D関数 m *ψ0(t)
が用いられている。このように、図35に示したデータ
処理装置を用いることにより、入力されるアナログ信号
を、クラスmの多項式信号空間に含まれるデジタルデー
タに変換する処理を積分操作(積和演算)によって行う
ことができる。したがって、アナログ信号の瞬時値をそ
のまま用いる場合に比べて、ノイズの影響を受けにく
く、実用的な処理系を構成するにあたって非常に有用で
あるといえる。The data conversion unit 110 multiplies a plurality of digital data sequentially output from the input unit 100 by a value of a predetermined conversion function, and adds each multiplication result. As the conversion function, the above-mentioned A / D function m * ψ 0 (t)
Is used. As described above, by using the data processing device shown in FIG. 35, a process of converting an input analog signal into digital data included in a class m polynomial signal space is performed by an integration operation (product-sum operation). Can be. Therefore, compared to the case where the instantaneous value of the analog signal is used as it is, it is less affected by noise, and it can be said that it is very useful in configuring a practical processing system.
【0363】図36は、他の実施形態のデータ処理装置
の構成を示す図である。図36に示すデータ処理装置
は、(m−1)階微分可能なクラスmの多項式信号空間
を考えた場合に、入力データが含まれる多項式信号空間
のクラスを判定したり、この入力信号に含まれる特異点
を抽出する処理を行っており、間引き処理部200、補
間演算部210、誤差演算部220、クラス判定部23
0、特異点抽出部240を含んで構成されている。FIG. 36 is a diagram showing a configuration of a data processing device of another embodiment. The data processing apparatus shown in FIG. 36 determines a class of a polynomial signal space including input data when considering a polynomial signal space of a class m (m−1) th-order differentiable, and includes A singular point to be extracted, and performs a thinning processing section 200, an interpolation calculation section 210, an error calculation section 220, and a class determination section 23.
0, and includes a singular point extraction unit 240.
【0364】間引き処理部200は、離散的な入力デー
タに対して所定の間引き処理を行う。補間演算部210
は、間引き処理がなされた後のデータに対して、クラス
mの値が異なる複数のクラスのそれぞれに対応した補間
用関数を用いて補間演算を行う。この補間用関数として
は、上述したD/A関数mψ0(t)が用いられている。
誤差演算部220は、補間演算部によって得られた各ク
ラス毎の補間データと間引き処理前のデータとの誤差を
クラス毎に演算する。クラス判定部230は、誤差演算
部220によって演算された誤差が最も小さい補間デー
タに対応するクラスを判定する。特異点抽出部240
は、クラス判定部230によって判定されたクラスmの
値が変化する位置を、入力データの特異点として抽出す
る。The thinning processing section 200 performs a predetermined thinning process on discrete input data. Interpolator 210
Performs an interpolation operation on the data after the thinning process using interpolation functions corresponding to a plurality of classes having different values of the class m. As the interpolation function, the above-described D / A function m用 い0 (t) is used.
The error calculator 220 calculates, for each class, an error between the interpolation data for each class obtained by the interpolation calculator and the data before the thinning processing. The class determination unit 230 determines a class corresponding to the interpolation data with the smallest error calculated by the error calculation unit 220. Singular point extraction unit 240
Extracts a position where the value of the class m determined by the class determination unit 230 changes as a singular point of the input data.
【0365】このように、図36に示したデータ処理装
置を用いることにより、入力データが属するクラスmを
判定することができる。また、クラスmが変化する部分
を調べることにより、入力データに含まれる特異点を簡
単に抽出することができる。特に、入力データに含まれ
る特異点を抽出し、隣接する特異点間のデータのクラス
mを判定することにより、データの内容を効率よく解析
することができ、データの近似等を行う場合の演算量を
減らすことが可能になる。As described above, by using the data processing device shown in FIG. 36, it is possible to determine the class m to which the input data belongs. Further, by examining a portion where the class m changes, a singular point included in the input data can be easily extracted. In particular, by extracting a singular point included in the input data and determining the class m of the data between adjacent singular points, it is possible to efficiently analyze the contents of the data and perform an operation for approximating the data. The amount can be reduced.
【図1】信号空間 mSに属する信号の例を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a signal belonging to a signal space ms .
【図2】対象信号が mSに属する場合のフルーエンシモ
デルを説明する図である。[Figure 2] target signal is a diagram illustrating a flue ene sheet model if it belongs to m S.
【図3】対象信号が mSに属さない場合のフルーエンシ
モデルを説明する図であるA diagram [3] target signal will be described flu ene sheet model when not belonging to m S
【図4】m=1およびm=2の場合のA/D関数とD/
A関数の特性を説明する図である。FIG. 4 shows the A / D function and D / when m = 1 and m = 2.
FIG. 4 is a diagram illustrating characteristics of an A function.
【図5】m=3およびm=∞の場合のA/D関数とD/
A関数の特性を説明する図である。FIG. 5 shows A / D functions and D / D when m = 3 and m = ∞.
FIG. 4 is a diagram illustrating characteristics of an A function.
【図6】A/D関数とD/A関数における減衰パラメー
タを説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating attenuation parameters in an A / D function and a D / A function.
【図7】打ち切り幅(H)に対する打ち切り誤差の上界
(E(H))を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an upper bound (E (H)) of a truncation error with respect to a truncation width (H).
【図8】h=1とした場合のD/A関数の特性を示す図
である。FIG. 8 is a diagram illustrating characteristics of a D / A function when h = 1.
【図9】アップサンプリング基底行列を説明する図であ
る。FIG. 9 is a diagram illustrating an upsampling basis matrix.
【図10】ダウンサンプリング基底行列を説明する図で
ある。FIG. 10 is a diagram illustrating a downsampling basis matrix.
【図11】h=1とした場合のダウンサンプリング基底
ベクトルの特性を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating characteristics of a down-sampled basis vector when h = 1.
【図12】ダウンサンプリング基底ベクトルによる対象
信号のダウンサンプリングについて説明する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating downsampling of a target signal using a downsampling basis vector.
【図13】通常のレート変換法について説明する図であ
る。FIG. 13 is a diagram illustrating a normal rate conversion method.
【図14】曲1および曲2に対する近似結果のSN比を
示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an SN ratio of an approximation result for music 1 and music 2;
【図15】近似レートを2として曲2を小区間に分割し
た場合の近似結果のSN比を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing an SN ratio of an approximation result when the music 2 is divided into small sections with the approximation rate being 2;
【図16】近似レートを4として曲2を小区間に分割し
た場合の近似結果のSN比を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing an SN ratio of an approximation result when the music 2 is divided into small sections with an approximation rate of 4;
【図17】曲2の区間1における原波形と近似結果の二
乗誤差を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a square error between an original waveform and an approximation result in section 1 of music 2;
【図18】曲2の区間2における原波形と近似結果の二
乗誤差を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a square error between an original waveform and an approximation result in a section 2 of music 2;
【図19】各クラスにおける近似結果のSN比と最適な
近似結果のSN比を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing an SN ratio of an approximate result and an SN ratio of an optimal approximate result in each class.
【図20】対象信号を説明する図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a target signal.
【図21】図20に示したパターン1に属する対象信号
を説明する図である。FIG. 21 is a view for explaining target signals belonging to pattern 1 shown in FIG. 20;
【図22】図20に示したパターン2に属する対象信号
を説明する図である。FIG. 22 is a view for explaining target signals belonging to pattern 2 shown in FIG. 20;
【図23】図20に示したパターン1に属する0次関数
(特異点を含まない0次関数)およびしたパターン1に
示す1次関数(特異点を含まない1次関数)におけるク
ラス決定尺度の遷移を示す図である。23 is a diagram showing a class determination measure of a zero-order function belonging to pattern 1 shown in FIG. 20 (a zero-order function not containing a singular point) and a linear function shown in pattern 1 (a linear function not containing a singular point); It is a figure showing a transition.
【図24】図20に示したパターン1に属する2次関数
および正弦波におけるクラス決定尺度の遷移を示す図で
ある。24 is a diagram illustrating transition of a class determination measure in a quadratic function and a sine wave belonging to the pattern 1 illustrated in FIG. 20;
【図25】図20に示したパターン2に属する0次関数
(特異点を含む0次関数)および1次関数(特異点を含
む1次関数)におけるクラス決定尺度の遷移を示す図で
ある。FIG. 25 is a diagram illustrating transition of a class determination measure in a zero-order function (a zero-order function including a singular point) and a linear function (a linear function including a singular point) belonging to pattern 2 illustrated in FIG. 20;
【図26】図20に示したパターン2に属する2次関数
および正弦波におけるクラス決定尺度の遷移を示す図で
ある。FIG. 26 is a diagram showing transition of a class determination measure in a quadratic function and a sine wave belonging to the pattern 2 shown in FIG. 20;
【図27】図22に示した特異点を含む0次関数に対し
てクラス決定尺度に基づいてクラス特定を行った結果を
示す図である。FIG. 27 is a diagram illustrating a result of performing class identification on the zero-order function including the singular point illustrated in FIG. 22 based on a class determination scale.
【図28】図22に示した特異点を含む1次関数に対し
てクラス決定尺度に基づいてクラス特定を行った結果を
示す図である。FIG. 28 is a diagram illustrating a result of performing class identification on the linear function including the singular point illustrated in FIG. 22 based on a class determination measure.
【図29】0次関数から1次関数に変化する関数に対し
てクラス決定尺度に基づいてクラス特定を行った結果を
示す図である。FIG. 29 is a diagram illustrating a result of performing class identification on a function that changes from a zero-order function to a linear function based on a class determination measure.
【図30】クラス決定方法の実装方針を説明する図であ
る。FIG. 30 is a diagram illustrating an implementation policy of a class determination method.
【図31】区間1に対してクラス決定方法に基づいた近
似を行った場合のSN比を示す図である。FIG. 31 is a diagram illustrating an SN ratio when approximation based on a class determination method is performed on section 1;
【図32】区間2に対してクラス決定方法に基づいた近
似を行った場合のSN比を示す図である。FIG. 32 is a diagram illustrating an SN ratio when approximation based on a class determination method is performed on a section 2;
【図33】全区間に対してクラス決定方法に基づいた近
似を行った場合のSN比を示す図である。FIG. 33 is a diagram illustrating an SN ratio when approximation is performed on all sections based on a class determination method.
【図34】図31〜図33におけるパターンbで除去さ
れたサンプル数の割合を示す図である。FIG. 34 is a diagram showing a ratio of the number of samples removed by the pattern b in FIGS. 31 to 33;
【図35】一実施形態のデータ処理装置の構成図であ
る。FIG. 35 is a configuration diagram of a data processing device of one embodiment.
【図36】他の実施形態のデータ処理装置の構成図であ
る。FIG. 36 is a configuration diagram of a data processing device of another embodiment.
100 入力部 110 データ変換部 200 間引き処理部 210 補間演算部 220 誤差演算部 230 クラス判定部 240 特異点抽出部 Reference Signs List 100 input unit 110 data conversion unit 200 thinning processing unit 210 interpolation calculation unit 220 error calculation unit 230 class determination unit 240 singular point extraction unit
Claims (10)
数に基づいて発生させた複数の離散的なデータ列を生成
し、入力データに対して並行して前記複数の離散的なデ
ータ列との間の相関演算を行った後に、その相関演算の
結果に基づいて前記入力データに含まれる特異点を求め
ることを特徴とするデータ処理方法。1. A method for generating a plurality of discrete data strings generated based on a plurality of functions classified according to the number of differentiable times, and performing parallel processing on input data with the plurality of discrete data strings. A data processing method for obtaining a singular point included in the input data based on a result of the correlation operation after performing the correlation operation.
て、前記相関演算の結果に基づいて、前記微分可能回数
に着目した信号のクラス分けを行うことを特徴とするデ
ータ処理方法。2. The method according to claim 1, wherein the input data surrounded by the adjacent singular points is classified into signals based on the number of differentiable times based on a result of the correlation operation. Data processing method.
クラスmの多項式信号空間に含まれる出力データに変換
するデータ処理方法であって、 離散的な複数の前記入力データのそれぞれに、前記クラ
スmに対応した所定の変換用関数の値を乗算し、各乗算
結果を加算することにより前記出力データを得ることを
特徴とするデータ処理方法。3. A data processing method for converting input data into output data included in a polynomial signal space of a class (m−1) th-order differentiable class m, wherein each of the plurality of discrete input data is , Multiplying a value of a predetermined conversion function corresponding to the class m, and adding the multiplication results to obtain the output data.
項式信号空間に含まれる信号を用いて補間する場合にこ
の補間値を演算するために用いられる補間用関数に対し
て双直交性を有していることを特徴とするデータ処理方
法。4. The interpolation function according to claim 3, wherein the conversion function is used to calculate an interpolated value when interpolating between discrete data using a signal included in a polynomial signal space of the class m. A data processing method characterized by having biorthogonality with respect to a use function.
定のサンプリング間隔で読み取ってデジタルデータに変
換して出力する入力部と、 前記入力部から順次出力される複数の前記デジタルデー
タに対して、所定の変換用関数の値を乗算し、各乗算結
果を加算するデータ変換部と、 を備え、前記アナログ信号をクラスmの多項式信号空間
に含まれるデジタルデータに変換することを特徴とする
データ処理装置。5. An input unit for reading an instantaneous value of an input analog signal at a predetermined sampling interval, converting the instantaneous value into digital data and outputting the digital data, and for a plurality of the digital data sequentially output from the input unit. A data conversion unit that multiplies a value of a predetermined conversion function and adds each multiplication result, and converts the analog signal into digital data included in a polynomial signal space of class m. Processing equipment.
多項式信号空間に含まれる信号を用いて前記入力部から
出力されるデジタルデータの間を補間する場合にこの補
間値を演算するために用いられる補間用関数に対して双
直交性を有していることを特徴とするデータ処理装置。6. The conversion function according to claim 5, wherein the conversion function converts between digital data output from the input unit using a signal included in a (m−1) -order differentiable class m polynomial signal space. A data processing device, characterized in that it has biorthogonality with respect to an interpolation function used for calculating an interpolation value when performing interpolation.
式信号空間を考えた場合に、入力データが含まれる多項
式信号空間のクラスを判定するデータ処理方法であっ
て、 離散的な前記入力データに所定の間引き処理を行う第1
のステップと、 前記間引き処理がなされた後のデータに対して、mの値
が異なる複数のクラスのそれぞれに対応した補間用関数
を用いて補間演算を行う第2のステップと、 前記第2のステップにおいて得られた補間データと前記
間引き処理前のデータとの誤差を演算する第3のステッ
プと、 前記第3のステップにおいて演算された誤差が最も小さ
い前記補間データに対応するクラスを、前記入力データ
が含まれる多項式信号空間のクラスとして判定する第4
のステップと、 を有することを特徴とするデータ処理方法。7. A data processing method for determining a class of a polynomial signal space including input data when considering a polynomial signal space of (m−1) th-order differentiable class m, comprising: First to perform predetermined thinning processing on input data
And a second step of performing an interpolation operation on the data after the decimation process is performed using an interpolation function corresponding to each of a plurality of classes having different values of m; and A third step of calculating an error between the interpolated data obtained in the step and the data before the decimation process; and a class corresponding to the interpolated data having the smallest error calculated in the third step. Fourth decision as a class of polynomial signal space containing data
A data processing method, comprising the steps of:
変化する位置を、前記入力データの特異点として抽出す
る第5のステップを有することを特徴とするデータ処理
方法。8. The data according to claim 7, further comprising a fifth step of extracting, as a singular point of the input data, a position at which the value of the class m determined in the fourth step changes. Processing method.
式信号空間を考えた場合に、入力データが含まれる多項
式信号空間のクラスを判定するデータ処理装置であっ
て、 離散的な前記入力データに対して所定の間引き処理を行
う間引き処理部と、 前記間引き処理がなされた後のデータに対して、mの値
が異なる複数のクラスのそれぞれに対応した補間用関数
を用いて補間演算を行う補間演算部と、 前記補間演算部によって得られた各クラス毎の補間デー
タと前記間引き処理前のデータとの誤差をクラス毎に演
算する誤差演算部と、 前記誤差演算部によって演算された誤差が最も小さい前
記補間データに対応するクラスを判定するクラス判定部
と、 を備えることを特徴とするデータ処理装置。9. A data processing device for determining a class of a polynomial signal space including input data when considering a polynomial signal space of (m-1) th-order differentiable class m, comprising: A thinning-out processing unit for performing a predetermined thinning-out process on input data; and an interpolation operation on the data after the thinning-out process, using an interpolation function corresponding to each of a plurality of classes having different values of m. And an error calculator for calculating, for each class, an error between the interpolated data for each class obtained by the interpolation calculator and the data before the thinning processing, and an error calculator for calculating the error. A class determination unit that determines a class corresponding to the interpolation data having the smallest error.
化する位置を、前記入力データの特異点として抽出する
特異点抽出部を備えることを特徴とするデータ処理装
置。10. The data processing according to claim 9, further comprising a singularity extracting unit that extracts a position at which the value of the class m determined by the class determining unit changes as a singularity of the input data. apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000158280A JP2001051979A (en) | 1999-05-28 | 2000-05-29 | Method and device for processing data |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-150712 | 1999-05-28 | ||
| JP15071299 | 1999-05-28 | ||
| JP2000158280A JP2001051979A (en) | 1999-05-28 | 2000-05-29 | Method and device for processing data |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001051979A true JP2001051979A (en) | 2001-02-23 |
Family
ID=26480225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000158280A Pending JP2001051979A (en) | 1999-05-28 | 2000-05-29 | Method and device for processing data |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001051979A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005086356A1 (en) | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Japan Science And Technology Agency | Signal processing device and method, signal processing program, and recording medium where the program is recorded |
| JP2010128406A (en) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Japan Science & Technology Agency | Signal processing device and method |
-
2000
- 2000-05-29 JP JP2000158280A patent/JP2001051979A/en active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005086356A1 (en) | 2004-03-03 | 2005-09-15 | Japan Science And Technology Agency | Signal processing device and method, signal processing program, and recording medium where the program is recorded |
| JPWO2005086356A1 (en) * | 2004-03-03 | 2008-01-24 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Signal processing method and apparatus |
| KR100798536B1 (en) * | 2004-03-03 | 2008-01-28 | 도꾸리쯔교세이호징 가가꾸 기쥬쯔 신꼬 기꼬 | Signal processing apparatus and method and signal processing program and recording medium recording the program |
| US7463172B2 (en) | 2004-03-03 | 2008-12-09 | Japan Science And Technology Agency | Signal processing device and method, signal processing program, and recording medium where the program is recorded |
| EP1724928A4 (en) * | 2004-03-03 | 2009-05-27 | Japan Science & Tech Agency | SIGNAL PROCESSING DEVICE, SIGNAL PROCESSING PROGRAM, AND RECORDING MEDIUM ON WHICH THE PROGRAM IS RECORDED |
| US7652610B2 (en) | 2004-03-03 | 2010-01-26 | Japan Science And Technology Agency | Signal processing device and method, signal processing program, and recording medium where the program is recorded |
| JP4500307B2 (en) * | 2004-03-03 | 2010-07-14 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Signal processing method and apparatus |
| US7773007B2 (en) | 2004-03-03 | 2010-08-10 | Japan Science And Technolgoy Agency | Signal processing device and method, signal processing program, and recording medium where the program is recorded |
| JP2010128406A (en) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Japan Science & Technology Agency | Signal processing device and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Weiss et al. | Eigenvalue decomposition of a parahermitian matrix: Extraction of analytic eigenvalues | |
| Rojo-Álvarez et al. | Digital signal processing with Kernel methods | |
| De Keyser et al. | An efficient algorithm for low-order direct discrete-time implementation of fractional order transfer functions | |
| Jones et al. | An adaptive optimal-kernel time-frequency representation | |
| Wei | Wavelets generated by using discrete singular convolutionkernels | |
| Larsson et al. | Amplitude spectrum estimation for two-dimensional gapped data | |
| WO2003025512A2 (en) | Method and apparatus for analysis of variables | |
| Tuqan et al. | A DSP approach for finding the codon bias in DNA sequences | |
| US6766062B1 (en) | Digital ridgelet transform via digital polar coordinate transform | |
| Miklos | Image interpolation techniques | |
| Cotronei et al. | Level-dependent interpolatory Hermite subdivision schemes and wavelets | |
| Kircheis et al. | On regularized Shannon sampling formulas with localized sampling | |
| Hsieh et al. | Deep Learning, Machine Learning--Digital Signal and Image Processing: From Theory to Application | |
| JP2001051979A (en) | Method and device for processing data | |
| Choi et al. | Interpolation and denoising of nonuniformly sampled data using wavelet-domain processing | |
| Budunova et al. | On a new method for approximation of squares of atomic functions ha (x) by nonnegative rational fractions | |
| Alim et al. | Gradient estimation revitalized | |
| Diop et al. | Optimal nonlinear signal approximations based on piecewise constant functions | |
| Ferreira | The eigenvalues of matrices that occur in certain interpolation problems | |
| Das et al. | Basics of fractional order signals and systems | |
| Wei et al. | Time–frequency analysis method based on affine Fourier transform and Gabor transform | |
| Al-Hayani et al. | The Adomian decomposition method in turning point problems | |
| JP7188589B2 (en) | Restoration device, restoration method and program | |
| Steinhardt et al. | Spectral estimation via minimum energy correlation extension | |
| Mendonça et al. | Introduction to signal processing and machine learning theory |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070507 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20071018 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071030 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071228 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080603 |