(57)【要約】【課題】低周波側のドップラーシフトを検出し易くし、高調波を見易くすることができる表示装置及び表示方法を提供する。【解決手段】表示装置は、音響信号を異なる周波数帯域幅で分析してスペクトル信号を生成する周波数分析部と、周波数分析部によって生成されたスペクトル信号を正規化する正規部と、正規部によって正規化された信号を、幅毎に圧縮する圧縮処理部と、圧縮処理部によって圧縮された画像情報を作成する画像処理部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2019100701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響信号を異なる周波数帯域幅で分析してスペクトル信号を生成する周波数分析部と、
前記周波数分析部によって生成されたスペクトル信号を正規化する正規部と、
前記正規部によって正規化された信号を、幅毎に圧縮する圧縮処理部と、
前記圧縮処理部によって圧縮された画像情報を作成する画像処理部と、
を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記圧縮処理部は、
正規化された信号を、幅に比例した圧縮率で圧縮するものである
ことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記圧縮処理部によって圧縮された信号を正規化する後段正規部を更に備え、
前記画像処理部は、
圧縮され、前記後段正規部によって正規化された画像情報を作成するものである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。
【請求項４】
前記圧縮処理部は、
前記正規部によって正規化された信号の複数のレベルのうち最も大きいレベルを、圧縮後のレベルとするものである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
音響信号を異なる周波数帯域幅で分析してスペクトル信号を生成するステップと、
生成されたスペクトル信号を正規化するステップと、
正規化された信号を、幅毎に圧縮するステップと、
圧縮された画像情報を作成するステップと、
を備えることを特徴とする表示方法。
【請求項６】
圧縮された信号を正規化するステップを更に備える
ことを特徴とする請求項５記載の表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信した音響信号の周波数変化を、帯域ごとに異なる分析幅で分析した分析結果を表示する表示装置及び表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ソーナー装置等において、受信した音響信号の周波数変化を、帯域ごとに異なる分析幅で分析した分析結果を表示する表示装置を備えるものが知られている。ソーナー装置等は、オペレータが参照する画面として、縦軸を時間、横軸を周波数とし、レベルを輝度又は色情報で表したＬＯＦＡＲ画面(特許文献１参照)を表示する表示装置を有している。オペレータは、本画面を利用して次の三項目を確認する。第一に信号の有無を確認する。第二に信号の周波数変化(ドップラーシフト)を読み取ることにより、その音源との相対速力の変化を把握する。第三に信号の高調波の基本周波数を読み取ることにより、音源の類識別を行う。
【０００３】
ここで、高調波とはエンジンや機械雑音などの回転系から発せられる正弦波信号が、非線形な歪みを受け、信号周波数(基本周波数)の整数倍音(高調波音)で発生する音である。ＬＯＦＡＲ画面における高調波の現れ方を図６（ａ）に示し、ドップラーシフトの現れ方を図６（ｂ）に示す。高調波信号は、基本周波数の信号に対し２倍，３倍といった周波数の信号が発生していることから読み取れる。周波数ｆの信号は基本周波数で、２×ｆ,３×ｆ,４×ｆの信号は高調波信号である。信号のドップラーシフトは、信号の周波数が変化することによって読み取ることができる。
【０００４】
従来技術として、周波数分析幅が一定のＬＯＦＡＲと、オクターブＬＯＦＡＲ(非特許文献１参照)との二種類のＬＯＦＡＲがある。一種類目の周波数分析幅が一定のＬＯＦＡＲのブロック図を図７に示す。周波数分析部は時間領域の音響信号を入力とし、ＦＦＴ，２段階ＦＦＴ，ＤＦＴなどの手法により、周波数領域の信号に変換して正規部に周波数領域の信号を出力する。正規部では周波数領域の音響信号を、背景雑音のレベルで正規化して、画像処理部に正規化された周波数領域の信号を出力する。雑音正規化の一例としては、局所ＡＧＣ(非特許文献１に記載のｎｏｉｓｅ・ｍｅａｎ・ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ・ａｎｄ・ｒｅｍｏｖａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ)がある。
【０００５】
画像処理部は正規部からの正規化された周波数領域の信号を、入力レベルに応じた白黒の輝度情報、あるいはＲＧＢなどの色情報に変換し、変換された画像情報を出力する。出力された画像情報は画面表示に使用される。周波数のドップラーシフト量は音源の周波数に比例するため、低周波側では高周波側に比べて細かい周波数の変化を確認する必要がある。そのため、周波数分析幅が一定のＬＯＦＡＲでは、別の周波数帯域におけるドップラーシフトを確認したいときは、その度に周波数帯域と周波数分析幅を切り替える必要がある。別の帯域の信号の有無や高調波を確認したいときも同様で、その度に周波数帯域と周波数分析幅を切り替えている。
【０００６】
二種類目のオクターブＬＯＦＡＲは、周波数分析幅を周波数帯域に応じて変化させるＬＯＦＡＲである。処理の詳細は非特許文献１を参照し、ここでは構成のみを示す。全周波数帯域をＮ分割し、周波数分析幅をＮ種類とした、オクターブＬＯＦＡＲの処理ブロック図を図８に示す。図８では図７と比較して、周波数分析部と正規部とがそれぞれＮ個並列している。音響信号は複数の周波数分析部それぞれの入力となり、それぞれの周波数分析幅Δｆｎ（ｎ＝１，２,・・・,Ｎ）で処理され、それぞれの正規部に周波数領域の信号が出力される。ここで、周波数分析幅Δｆｎ（ｎ＝１，２,・・・,Ｎ）は、音源の周波数に比例したドップラーシフトを確認するために、例えば１オクターブごとに２倍となる値とされる。正規部は、雑音を正規化し、それぞれの正規化された周波数領域の信号を画像処理部に出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１７１５４７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Richard O.Nielsen “SONAR SIGNAL PROCESSING” Artech House,1991
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
周波数分析幅が一定のＬＯＦＡＲにおいて、得られた情報が一画面で表示されると、周波数分析結果がリニア軸上で等間隔に並び、高調波を確認しやすいという利点がある。しかし、一画面で表示するために周波数分析幅を広くすると、著しくＰＧ(処理利得)が悪くなり信号が見難いという問題がある。また、低域でのドップラーシフトが分かりにくいという問題がある。
【００１０】
また、オクターブＬＯＦＡＲでは、低周波側で周波数分析幅が狭いため、大きなＰＧが得られる利点がある。しかし、周波数帯域によって、周波数分析幅が異なるため、周波数分析結果がリニア軸上で一定間隔に並ばず、信号の高調波が読み取りにくい。図９上部の信号レベル-周波数グラフで示すような基本周波数ｆの信号およびその高調波（２×ｆ，３×ｆ，・・・）が存在する場合、図９下部のＬＯＦＡＲ表示画面のように周波数分解能が細かい低周波側ほど高調波の間隔が広く、周波数分解能が粗い高周波側ほど高調波の間隔がせまくなり、高調波関係にある周波数の間隔が異なるため、高調波が見難いという問題がある。
【００１１】
このように、周波数分析幅が一定のＬＯＦＡＲ及びオクターブＬＯＦＡＲを表示する表示装置は、低周波側のドップラーシフトを検出しやすくすることと、高調波を見易くすることという両方のＬＯＦＡＲの利点を両立させることができない。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたもので、低周波側のドップラーシフトを検出し易くし、高調波を見易くすることができる表示装置及び表示方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る表示装置は、音響信号を異なる周波数帯域幅で分析してスペクトル信号を生成する周波数分析部と、周波数分析部によって生成されたスペクトル信号を正規化する正規部と、正規部によって正規化された信号を、幅毎に圧縮する圧縮処理部と、圧縮処理部によって圧縮された画像情報を作成する画像処理部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧縮処理部によって、音響信号が分析幅の大きさに比例した圧縮率で圧縮される。このため、分析結果が、周波数軸のグラフ上において等間隔に並ぶ。従って、低周波側のドップラーシフトを検出し易くし、高調波を見易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る表示装置１を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る圧縮処理部４の処理を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る分析結果を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る表示装置１００を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る分析結果を示す図である。
【図６】従来の表示装置による分析結果を示す図である。
【図７】従来の表示装置を示すブロック図である。
【図８】従来の表示装置を示すブロック図である。
【図９】従来の表示装置による分析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
以下、本発明に係る表示装置１及び表示方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る表示装置１を示すブロック図である。図１に示すように、表示装置１は、周波数分析部２と、正規部３と、圧縮処理部４と、画像処理部５とを備えている。
【００１７】
（周波数分析部２）
周波数分析部２は、時間領域の音響信号を入力とし、ＦＦＴ，２段階ＦＦＴ，ＤＦＴなどの手法により、異なる周波数帯域幅で分析してスペクトル信号（周波数領域の音響信号）を生成して正規部３にスペクトル信号を出力する。
【００１８】
（正規部３）
正規部３は、スペクトル信号を背景雑音のレベルで正規化して、画像処理部５に正規化された周波数領域の信号を出力する。雑音正規化の一例としては、局所ＡＧＣ(非特許文献１に記載のｎｏｉｓｅ・ｍｅａｎ・ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ・ａｎｄ・ｒｅｍｏｖａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ)がある。
【００１９】
（画像処理部５）
画像処理部５は、正規部３からの正規化された周波数領域の信号を、入力レベルに応じた白黒の輝度情報又はＲＧＢ等の色情報に変換し、変換された画像情報を出力する。出力された画像情報は画面表示に使用される。周波数のドップラーシフト量は音源の周波数に比例するため、低周波側では高周波側に比べて細かい周波数の変化を確認する必要がある。そのため、周波数分析幅が一定のＬＯＦＡＲでは、別の周波数帯域におけるドップラーシフトを確認したいときは、その度に周波数帯域と周波数分析幅を切り替える必要がある。別の帯域の信号の有無や高調波を確認したいときも同様で、その度に周波数帯域と周波数分析幅を切り替えている。
【００２０】
（圧縮処理部４）
図１に示すブロック図には、図８のオクターブＬＯＦＡＲのブロック図と比べ、正規部３と画像処理部５との間に、圧縮処理部４が追加されている。圧縮処理部４の入力側には正規部３が接続され、圧縮処理部４は正規化された周波数領域の信号を入力とする。圧縮処理部４の出力側には画像処理部５が接続され、圧縮処理部４は周波数方向に圧縮された周波数分析結果を出力する。なお、周波数分析部２、正規部３及び画像処理部５は、図７に示した周波数分析部２、正規部３及び画像処理部５と同様の機能である。
【００２１】
圧縮処理部４は正規部３から出力される周波数分析結果数(ビン数)を減らす処理である。まず、圧縮率を（１）式で定義する。
【００２２】
［数１］
圧縮率＝圧縮後の情報数／圧縮前の情報数・・・（１）
【００２３】
図２は、本発明の実施の形態１に係る圧縮処理部４の処理を示す図である。ここで、各正規部３からの出力の分析幅を、Δｆｎ［Ｈｚ］（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）とし、処理周波数帯域をｆｌｎ［Ｈｚ］〜ｆｈｎ［Ｈｚ］（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）とする。全周波数帯域の周波数分析結果をΔｆ‘［Ｈｚ］間隔のリニア軸で表示する場合について、図２を用いて説明する。圧縮前の各周波数帯域での周波数ビン数をＭｎとすると、Ｍｎ＝（ｆｈｎ−ｆｌｎ）／Δｆｎと表せる。Δｆｎの処理帯域での最小周波数ビンの中心周波数はｆｌｎとなり、最大周波数ビンの中心周波数は、ｆｌｎ＋（Ｍｎ−１）Δｆｎとかける。圧縮処理部４では、周波数をリニア軸で等間隔にするために、正規部３から出力される正規化された周波数分析結果を（２）式の圧縮率ｍｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）で圧縮する。
【００２４】
［数２］
圧縮率ｍｎ＝（Δｆｎ）／（（ｆｈｎ−ｆｌｎ）／Δｆ‘）（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）・・・（２）
【００２５】
ｍｎ個（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の周波数ビンの情報を一つのビンに圧縮する方法として、元の雑音正規化後のｍｎ個（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の周波数分析結果における最大値となる周波数分析結果を選択する方法が考えられる。他の方法として、ｍｎ個（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の周波数分析結果の平均値や加算値をとる方法も考えられる。圧縮後の周波数分析結果において、最大値を選択する方法が、最も信号のＳ／Ｎが高くなる。
【００２６】
本実施の形態１によれば、圧縮処理部４によって、音響信号が分析幅の大きさに比例した圧縮率で圧縮される。周波数が周波数軸（リニア軸）で等間隔に並ぶ。従って、周波数分析幅が一定のＬＯＦＡＲにおける高調波関係が見易く、オクターブＬＯＦＡＲにおける低周波域のドップラーシフトが検出しやすい。このように、本実施の形態１は、両方のＬＯＦＡＲの利点を両立させることができるという効果が得られる。
【００２７】
実施の形態２．
実施の形態１では、圧縮処理部４で圧縮処理された情報は、（２）式で決まる圧縮率で圧縮されるため、周波数分析する帯域によって圧縮率が異なる。実施の形態１における圧縮処理で最大値を選択する方法を用いた場合、雑音の統計的なレベルの揺らぎから、圧縮率が高い低周波の帯域ほど圧縮後のレベルが大きくなりやすい。このため、図３のようにｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の値による圧縮率によって平均レベルが異なる。従って、圧縮率が変わる境界付近の信号（２×ｆ，４×ｆ）をより見易くすることが望まれる。
【００２８】
図４は、本発明の実施の形態２に係る表示装置１００を示すブロック図である。図４に示すブロック図には、図１の実施の形態１のブロック図と比べて、圧縮処理部４と画像処理部５との間に、後段正規部１０６が追加されている。
【００２９】
（後段正規部１０６）
後段正規部１０６の入力側には圧縮処理部４が接続され、後段正規部１０６は圧縮された周波数分析結果を入力とする。後段正規部１０６の出力側には画像処理部５が接続され、後段正規部１０６は圧縮後の正規化出力の周波数分析結果を出力する。圧縮処理部４で圧縮された情報が正規部３に入力されると、異なる圧縮率によって圧縮された周波数分析結果を正規化する。後段正規部１０６の具体例として例えば局所ＡＧＣがあげられる。局所ＡＧＣの具体的な処理内容は、非特許文献１に記載されている。
【００３０】
本実施の形態２によれば、図３のように圧縮処理で生じる圧縮率が高い低周波側でレベルの平均が高く圧縮率の変わる平均レベルの境界付近で信号がわかりにくいという問題に対し、圧縮処理後に雑音正規化を行う処理を設けた。図５は、本発明の実施の形態２に係る分析結果を示す図である。圧縮処理後に雑音正規化を行う処理を設けたため、全帯域にわたって圧縮後のレベルが平準化され、図５のように圧縮率が変わる境界付近における信号（２×ｆ，４×ｆ）がわかりやすくなる効果が得られる。
【００３１】
なお、実施の形態１では、全周波数帯域を一画面で確認するために、周波数軸をリニアにする例について説明した。これは、表示画面が狭い場合、又は広い周波数帯域を表示する場合には、圧縮率ｍｎを全て同じ（ｍ１＝ｍ２＝・・・＝ｍｎ）にすれば、オクターブ軸のまま一画面に表示することもできる。
【符号の説明】
【００３２】
１  表示装置、２  周波数分析部、３  正規部、４  圧縮処理部、５  画像処理部、１００  表示装置、１０６  後段正規部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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