(57)【要約】【課題】従来は、入力信号に高周波成分が多く含まれる場合などにおいて、入力信号に含まれる信号パターンの変化を正確に検出することができる信号パターン評価手段がなかった。【解決手段】入力信号Ｓ（ｔ）を受けるステップＳＴ１と、入力信号Ｓ（ｔ）の周期Ｔを同定するステップＳＴ２と、入力信号Ｓ（ｔ）を周期Ｔごとに複数の部分信号Ｗｉ（ｔ）として分割するステップＳＴ３と、分割された部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する基本信号パターンＢ（ｔ）を抽出するステップＳＴ４と、基本信号パターンＢ（ｔ）と各部分信号Ｗｉ（ｔ）との相違から、入力信号Ｓ（ｔ）の信号パターンの変化を検出するステップＳＴ５とを含む信号パターン評価方法により上記課題を解決することができる。【選択図】　　　　図２
2004029274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間的に変化する入力信号Ｓ（ｔ）を受けて、その入力信号の周期的な信号パターンの変化を検出する信号パターン評価装置であって、
前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期Ｔを求める手段と、
前記入力信号Ｓ（ｔ）を前記周期Ｔ毎に複数の部分信号Ｗｉ（ｔ）（ｉは１以上Ｎ以下の整数）に分割する手段と、
前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する手段と、
前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する手段と、
を含むことを特徴とする信号パターン評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の信号パターン評価装置において、
前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する手段は、
【数１】
2004029274.tif 000015
として前記基本信号パターンＢ（ｔ）を算出する手段であることを特徴とする信号パターン評価装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の信号パターン評価装置において、
前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する手段は、
前記基本信号パターンＢ（ｔ）の平均値がＢ０、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の平均値がＷｉ０である場合に、
【数２】
2004029274.tif 000016
として前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々と前記基本信号パターンＢ（ｔ）との相関値Ｃｉを求め、その相関値Ｃｉに基づいて前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する手段であることを特徴とする信号パターン評価装置。
【請求項４】
時間的に変化する入力信号Ｓ（ｔ）を受けて、その入力信号の周期的な信号パターンの変化を検出する信号パターン評価方法であって、
前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期Ｔを求める工程と、
前記入力信号Ｓ（ｔ）を前記周期Ｔ毎に複数の部分信号Ｗｉ（ｔ）（ｉは１以上Ｎ以下の整数）に分割する工程と、
前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する工程と、
前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程と、
を含むことを特徴とする信号パターン評価方法。
【請求項５】
請求項４に記載の信号パターン評価方法において、
前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する工程は、
【数３】
2004029274.tif 000017
として前記基本信号パターンＢ（ｔ）を算出する工程であることを特徴とする信号パターン評価方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の信号パターン評価方法において、
前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程は、
前記基本信号パターンＢ（ｔ）の平均値がＢ０、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の平均値がＷｉ０である場合に、
【数４】
2004029274.tif 000018
として前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々と前記基本信号パターンＢ（ｔ）との相関値Ｃｉを求め、その相関値Ｃｉに基づいて前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程であることを特徴とする信号パターン評価方法。
【請求項７】
時間的に変化する入力信号Ｓ（ｔ）を受けて、その入力信号の周期的な信号パターンの変化を検出する信号パターン評価プログラムであって、
コンピュータに、
前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期Ｔを求める工程と、
前記入力信号Ｓ（ｔ）を前記周期Ｔ毎に複数の部分信号Ｗｉ（ｔ）（ｉは１以上Ｎ以下の整数）に分割する工程と、
前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する工程と、
前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程と、
を含む処理を実行させることを特徴とする信号パターン評価プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載の信号パターン評価プログラムにおいて、
前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する工程は、
【数５】
2004029274.tif 000019
として前記基本信号パターンＢ（ｔ）を算出する工程であることを特徴とする信号パターン評価プログラム。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の信号パターン評価プログラムにおいて、
前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程は、
前記基本信号パターンＢ（ｔ）の平均値がＢ０、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の平均値がＷｉ０である場合に、
【数６】
2004029274.tif 000020
として前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々と前記基本信号パターンＢ（ｔ）との相関値Ｃｉを求め、その相関値Ｃｉに基づいて前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程であることを特徴とする信号パターン評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力信号の信号パターンの変化を検出する信号パターン評価装置、信号パターン評価方法及び信号パターン評価プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
音楽の音声信号においては、打楽器などからの一定のリズムによって、似通った信号パターンが周期的に繰り返されることが多い。曲の流れが変化する箇所では、同時に信号パターンの周期が一時的に変化することが多く、またその前後での信号パターンが異なることも多い。
【０００３】
また、工場等におけるモータ等の回転機械の動作音やベルトコンベア上を流れる製品の検出信号等においても、似通った周期をもった信号パターンが繰り返されることが多い。このような信号パターンの乱れを検出することによって、これらの機械や装置の故障などの不具合を知ることができる。
【０００４】
例えば、図１４のように、一定の周期性をもった信号パターンにピーク抜けや余剰ピークが存在した場合、これらの変化を音楽の流れの変化や機械・装置の不具合を示す指標として用いることができる。
【０００５】
従って、このような繰り返される信号パターンの乱れ、すなわち信号パターンの変化を正確に検出できる装置が必要とされている。通常、信号パターンの変化を検出するためには、対象とする信号の時間的変化の中で繰り返される基本的な信号パターン、すなわち基本信号パターンを抽出する。この基本信号パターンと実際の信号の時間的変化とを比較することによって、信号中の信号パターンの変化を検出することができる。
【０００６】
特開２０００−２５０５３４号公報の「音楽再生システム、リズム解析方法及び記録媒体」では、時間変化する入力信号をフーリエ変換により周波数スペクトルに変換し、その周波数スペクトルのノイズ成分を除去したのちに逆フーリエ変換することによって、繰り返される信号パターンに共通する基本信号パターンを抽出する技術が開示されている。この基本信号パターンと入力信号とを比較することによって、信号パターンの変化を検出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、入力信号の信号パターンに含まれる各ピークが「鋭い」場合、すなわち信号パターンに高周波成分が多く含まれる場合には、フーリエ変換を用いる方法では高周波成分によるノイズが大きくなり、基本信号パターンの抽出が困難になる問題がある。実際の信号パターンの高周波成分とノイズによる高周波成分が重畳され、ノイズ成分が分離不可能となる。また、高周波成分を除去した場合には、ノイズ成分と共に信号パターンの高周波成分までもが削除されてしまうため、逆フーリエ変換して得られる基本信号パターンはピーク幅が広がり、基本信号パターンを正確に得ることができない問題を生ずる。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、入力信号に含まれる信号パターンの変化を正確に検出することができる信号パターン評価装置、信号パターン評価方法及び信号パターン評価プログラムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、時間的に変化する入力信号Ｓ（ｔ）を受けて、その入力信号の周期的な信号パターンの変化を検出する信号パターン評価装置であって、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期Ｔを求める手段と、前記入力信号Ｓ（ｔ）を前記周期Ｔ毎に複数の部分信号Ｗｉ（ｔ）（ｉは１以上Ｎ以下の整数）に分割する手段と、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する手段と、前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
さらに、上記信号パターン評価装置において、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する手段は、
【数７】
2004029274.tif 000003
として前記基本信号パターンＢ（ｔ）を算出する手段であることが好適である。
【００１１】
さらに、上記信号パターン評価装置において、前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する手段は、前記基本信号パターンＢ（ｔ）の平均値がＢ０、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の平均値がＷｉ０である場合に、
【数８】
2004029274.tif 000004
として前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々と前記基本信号パターンＢ（ｔ）との相関値Ｃｉを求め、その相関値Ｃｉに基づいて前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する手段であることが好適である。
【００１２】
上記課題を解決するための本発明は、時間的に変化する入力信号Ｓ（ｔ）を受けて、その入力信号の周期的な信号パターンの変化を検出する信号パターン評価方法であって、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期Ｔを求める工程と、前記入力信号Ｓ（ｔ）を前記周期Ｔ毎に複数の部分信号Ｗｉ（ｔ）（ｉは１以上Ｎ以下の整数）に分割する工程と、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する工程と、前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記信号パターン評価方法において、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する工程は、
【数９】
2004029274.tif 000005
として前記基本信号パターンＢ（ｔ）を算出する工程であることが好適である。
【００１４】
さらに、上記信号パターン評価方法において、前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程は、前記基本信号パターンＢ（ｔ）の平均値がＢ０、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の平均値がＷｉ０である場合に、
【数１０】
2004029274.tif 000006
として前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々と前記基本信号パターンＢ（ｔ）との相関値Ｃｉを求め、その相関値Ｃｉに基づいて前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程であることが好適である。
【００１５】
上記課題を解決するための本発明は、時間的に変化する入力信号Ｓ（ｔ）を受けて、その入力信号の周期的な信号パターンの変化を検出する信号パターン評価プログラムであって、コンピュータに、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期Ｔを求める工程と、前記入力信号Ｓ（ｔ）を前記周期Ｔ毎に複数の部分信号Ｗｉ（ｔ）（ｉは１以上Ｎ以下の整数）に分割する工程と、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する工程と、前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程とを含む処理を実行させることを特徴とする。
【００１６】
さらに、上記信号パターン評価プログラムにおいて、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する工程は、
【数１１】
2004029274.tif 000007
として前記基本信号パターンＢ（ｔ）を算出する工程であることが好適である。
【００１７】
さらに、上記信号パターン評価プログラムにおいて、前記基本信号パターンＢ（ｔ）と前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々との差異に基づいて、前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程は、前記基本信号パターンＢ（ｔ）の平均値がＢ０、前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の平均値がＷｉ０である場合に、
【数１２】
2004029274.tif 000008
として前記部分信号Ｗｉ（ｔ）の各々と前記基本信号パターンＢ（ｔ）との相関値Ｃｉを求め、その相関値Ｃｉに基づいて前記入力信号Ｓ（ｔ）の周期的な信号パターンの変化を検出する工程であることが好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明における実施の形態における信号パターン評価装置を、図を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本実施の形態における信号パターン評価装置１００は、図１のように、制御部１０、記憶部１２、出力部１４、入力部１６、データインターフェース部１８及びバス２０から基本的に構成される。制御部１０、記憶部１２、出力部１４、入力部１６及びデータインターフェース部１８はバス２０を介して相互に情報（データ）伝達可能に接続されている。
【００２０】
また、信号パターン評価装置１００は、データインターフェース部１８を介して外部のマイクロフォン２２に接続されている。
【００２１】
制御部１０は、入力部１６からのコマンドを受けて、記憶部１２に記憶されている信号パターン評価プログラムを実行し、記憶部１２に格納されている入力信号のデータまたはデータインターフェース部１８から入力される入力信号のデータを処理することによって、入力信号に含まれる信号パターンの変化を検出する。また、処理結果を記憶部１２へ格納し、または出力部１４を用いてユーザに提示する。制御部１０には、一般的なコンピュータのＣＰＵを用いることができる。
【００２２】
記憶部１２は、制御部１０で実行される信号パターン評価プログラムを格納及び保持する。また、データインターフェース部１８を介して入力される入力信号をデータとして格納及び保持する。格納及び保持されたプログラムまたはデータは、バス２０を介して、制御部１０や出力部１４から適宜参照することができる。記憶部１２には、半導体メモリ、ハードディスク、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ディジタルオーディオテープまたは磁気テープなどの一般的な記憶装置を適宜選択して用いることができる。
【００２３】
出力部１４は、制御部１０から処理結果を受けて、その処理結果をユーザが確認可能な態様で表示する。また、入力部１６からコマンドを受け付ける際のユーザインターフェースの表示を行う。出力部１４には、ディスプレイ、タッチパネルまたはプリンタなどの一般的な表示装置を適宜選択して用いることができる。
【００２４】
入力部１６は、信号パターン評価装置１００での処理を制御するためのコマンドや処理に用いられるデータを入力するために用いられる。例えば、ユーザが信号パターン評価プログラムの実行開始コマンドを入力する際に用いられる。入力部１６には、キーボード、マウスまたはタッチパネルなどの一般的な入力装置を適宜選択して用いることができる。
【００２５】
データインターフェース部１８は、外部からの信号を信号パターン評価装置１００で処理可能なデータに変換して取り込む。例えば、本実施の形態では、マイクロフォン２２により外部の音声信号を受け、所定の時間間隔でサンプリングして取り込み、さらにアナログ／ディジタル変換（Ａ／Ｄ変換）によって信号パターン評価装置１００で処理可能なデジタルデータとして変換する。取り込まれた入力信号のデータは、記憶部１２に転送され、格納及び保持される。
【００２６】
また、信号パターン評価装置１００でのデータの処理を簡易にするために、データインターフェース部１８に周波数フィルタや平滑化機能等の予備的な処理機能を含めても良い。これらの処理機能は、良く知られた既存の電子回路またはコンピュータ処理によって実現できる。
【００２７】
＜第１の信号パターン評価方法＞
以下、信号パターン評価装置１００を用いた第１の信号パターンの評価方法について、図２のフローチャートに基づいて詳細に説明する。以下の手順は、コンピュータで実行可能なプログラムとすることによって、信号パターン評価装置１００によって実行される。
【００２８】
入力部１６からプログラムの実行開始コマンドが入力されると、制御部１０は記憶部１２に格納された信号パターン評価プログラムを実行して処理を開始する。処理は直ちにステップＳＴ１へ移行する。
【００２９】
ステップＳＴ１では、マイクロフォン２２から、図１４に例示されるような、音声信号Ｓ（ｔ）が入力される。信号Ｓ（ｔ）は、データインターフェース部１８を介して信号パターン評価装置１００へ入力される。このとき、信号Ｓ（ｔ）を所定の時間間隔でサンプリングし、アナログ／ディジタル変換を行うことによって、信号パターン評価装置１００で処理可能なディジタル信号に変換しておくことが好適である。信号Ｓ（ｔ）は、記憶部１２に格納される。
【００３０】
また、以後の処理を容易にするために、予備的な処理を行っておくことも好適である。例えば、信号Ｓ（ｔ）を周波数フィルタに通し、不要な高周波成分及び低周波成分を除去しておくことによって、周期の検出の確度を向上することができる。また、信号Ｓ（ｔ）を二乗処理することで負の値とならないようにしたり、平滑化処理によって信号変化を滑らかにすることも好ましい。
【００３１】
ステップＳＴ２では、入力信号Ｓ（ｔ）の周期Ｔが同定される。周期Ｔの同定には、一般的な自己相関関数を用いることができる。自己相関関数を用いる方法では、数式（１）のように、入力信号Ｓ（ｔ）をシフト時間τだけシフトさせ、シフト前の入力信号とシフト後の信号の相関値Ｃ（τ）を求める。シフト時間τを順次変更してそれぞれ相関値を求め、最大の相関値Ｃ（τ）を与えるシフト時間τを入力信号Ｓ（ｔ）の周期Ｔとして採用する。
【数１３】
2004029274.tif 000009
【００３２】
また、特開平５−２６５４９０号公報に開示された「ピッチ周期抽出装置」のような既存の周期の同定手段を用いることもできる。また、予め入力信号の周期Ｔが既知である場合には、ユーザが入力部１６から周期Ｔを入力しても良い。
【００３３】
ステップＳＴ３では、入力信号Ｓ（ｔ）を周期Ｔごとに連続的に部分信号Ｗｉ（ｔ）へ分割する。例えば、入力信号Ｓ（ｔ）が図１４に示す信号パターンを含むものである場合、入力信号Ｓ（ｔ）の先頭から順に周期Ｔ（０≦ｔ＜Ｔ）ごとに分割する。その結果、入力信号Ｓ（ｔ）は、図３に示すように、それぞれが先頭時刻０から始まる複数（Ｎ個）の部分信号Ｗ１（ｔ），Ｗ２（ｔ）・・・ＷＮ（ｔ）に分割される。
【００３４】
実際の処理では、記憶部１２には既に入力信号Ｓ（ｔ）が保持されているため、それぞれの周期の開始時刻を求めるだけで良い。すなわち、分割開始時刻を時刻ｔ０とすると、時刻ｔ０，ｔ０＋Ｔ，ｔ０＋２Ｔ・・・を求め、記憶部１２に格納する。
【００３５】
ここで、任意の時刻から分割を開始しても良いが、処理対象からの漏れを防ぐために入力信号Ｓ（ｔ）の先頭を分割開始時刻ｔ０とすることが好ましい。
【００３６】
ステップＳＴ４では、分割して得られた部分信号に共通する信号パターンを基本信号パターンＢ（ｔ）として抽出する。最も単純で効果的な基本信号パターンＢ（ｔ）の抽出方法は、数式（２）のように、各部分信号Ｗｉ（ｔ）を重ね合わせて加算平均を演算することである。例えば、図３に示す部分信号Ｗｉ（ｔ）に対しては、図４に示す基本信号パターンＢ（ｔ）となる。
【数１４】
2004029274.tif 000010
【００３７】
ステップＳＴ５では、各部分信号Ｗｉ（ｔ）について基本信号パターンＢ（ｔ）との一致箇所又は相違箇所を検出する。一致箇所及び相違箇所は、各時刻における部分信号Ｗｉ（ｔ）と基本信号パターンＢ（ｔ）との信号強度の差異、ピークの出現時刻の差などに基づいて検出することができる。
【００３８】
例えば、図５のように、部分信号Ｗｉ（ｔ）と基本信号パターンＢ（ｔ）とに含まれるピークを抽出し、各部分信号Ｗｉ（ｔ）と基本信号パターンＢ（ｔ）とのピークの出現時刻の差が所定の時間差Δｔよりも小さければ一致箇所として検出することができる。図５において、実線で示したピークは一致箇所として検出される。また、ピークの出現時刻の差が所定の時間差Δｔよりも大きければ相違箇所として検出できる。図５において点線で示したピークは相違箇所として検出される。
【００３９】
また、図６のように、数式（３）を用いて、部分信号Ｗｉ（ｔ）と基本信号パターンＢ（ｔ）とを乗算して評価信号Ｅｉ（ｔ）を算出し、その結果について所定の閾値を超えるピークを抽出することによって、一致箇所としても良い。例えば、図６において、矢印で示したピークが一致箇所として検出される。
【数１５】
2004029274.tif 000011
【００４０】
さらに、図７のように、数式（４）を用いて、部分信号Ｗｉ（ｔ）と基本信号パターンＢ（ｔ）との差分した評価信号Ｅｉ（ｔ）を算出し、その結果の絶対値から所定の閾値を超えるピークを抽出することによって、相違箇所としても良い。例えば、図７において、矢印で示したピークが相違箇所として検出される。
【数１６】
2004029274.tif 000012
【００４１】
部分信号Ｗｉ（ｔ）と基本信号パターンＢ（ｔ）との一致箇所及び相違箇所の検出方法は、上記のものに限られるものではなく、その他の既存の信号比較方法によって検出しても良い。
【００４２】
検出された一致箇所または相違箇所は、出力部１４においてユーザが確認可能な態様で表示される。その際、各部分信号Ｗｉ（ｔ）における相対的な時刻で一致箇所または相違箇所を表示しても良いし、各部分信号Ｗｉ（ｔ）を元の入力信号Ｓ（ｔ）における時刻に変換して表示しても良い。すなわち、入力信号の先頭から部分信号Ｗｉ（ｔ）に分割した場合には、部分信号Ｗｉ（ｔ）での相対的な時刻ｔは、元の入力信号Ｓ（ｔ）における時刻ｔ＋ｉ×周期Ｔに変換することができる。また、検出された一致箇所又は相違箇所は、記憶部１２にデータとして記憶することも好適である。記憶された一致箇所又は相違箇所のデータは、他の信号処理プログラムによって用いることができる。さらに、信号パターン評価装置１００に既知のデータインターフェースを設け、検出された一致箇所又は相違箇所をディジタル信号として外部へ出力することも好適である。このディジタル信号は、他の外部装置において信号処理に用いることができる。
【００４３】
ステップＳＴ６では、全ての部分信号について一致箇所または相違箇所の検出が行われたか否かが判断される。全ての部分信号について検出が行われたなら、処理を終了する。検出を行う部分信号が残っている場合には、ステップＳＴ５に戻り、次の部分信号について基本信号パターンとの一致箇所または相違箇所を検出する。
【００４４】
以上のように、第１の信号パターン評価方法によれば、入力信号に「鋭い」ピークが含まれ、高周波成分が多い場合でも、入力信号の各周期に共通する基本信号パターンを適切に抽出することができる。その結果、入力信号に含まれる周期的な信号パターンの中の変化を、基本信号パターンとの一致箇所または相違箇所として正確に検出することができる。
【００４５】
＜第２の信号パターン評価方法＞
以下、信号パターン評価装置１００を用いた第２の信号パターンの評価方法について、図８のフローチャートに基づいて詳細に説明する。以下の手順は、コンピュータで実行可能なプログラムとすることによって、信号パターン評価装置１００によって実行される。
【００４６】
ステップＳＴ１からＳＴ４までは、第１の信号パターン評価方法と同様の処理を行う。従って、ここでの説明は省略する。
【００４７】
ステップＳＴ５では、基本信号パターンＢ（ｔ）と各部分信号Ｗｉ（ｔ）との関係から、数式（５）の相関関数を用いて、各部分信号Ｗｉ（ｔ）に対する相関値Ｃｉを算出する。但し、Ｗｉ０及びＢ０は、それぞれＷｉ（ｔ）及びＢ（ｔ）の時間平均値である。
【数１７】
2004029274.tif 000013
【００４８】
この場合、各部分信号Ｗｉ（ｔ）に“余剰ピーク”がある場合及び“ピーク抜け”がある場合のいずれの場合も相関値Ｃｉは低下する。従って、相関値Ｃｉを比較することによって、各部分信号Ｗｉ（ｔ）の基本信号パターンＢ（ｔ）からの差異を確認することができる。
【００４９】
また、相関関数を用いることなく、基本信号パターンＢ（ｔ）に含まれるピークと、それに対応する各部分信号Ｗｉ（ｔ）に含まれるピークとの出現時刻の差に基づいて、相関値Ｃｉを求めることも好適である。
【００５０】
例えば、基本信号パターンＢ（ｔ）に含まれるピークｐ１，ｐ２・・・ｐｋが時刻ｔｂ１，ｔｂ２・・・ｔｂｋに出現し、各部分信号Ｗｉ（ｔ）に含まれるピークｑｉ１，ｑｉ２・・・ｑｉｋが時刻ｔｗｉ１，ｔｗｉ２・・・ｔｗｉｋに出現した場合には、数式（６）を用いて相関値Ｃｉを算出することもできる。
【数１８】
2004029274.tif 000014
【００５１】
以上のように、第２の信号パターン評価方法によれば、各部分信号Ｗｉ（ｔ）における信号パターンの周期性の乱れ具合を、相関値Ｃｉとして算出することができる。この第２の信号パターン評価方法では、第１の信号パターン評価方のように“ピーク抜け”や“余剰ピーク”を個々に抽出する必要がなく、各部分信号Ｗｉ（ｔ）全体として、周期性の乱れを評価できれば良いというときに有効な方法である。
【００５２】
上記第１及び第２の信号パターン評価方法では、各工程をプログラム化してコンピュータで実行することによって入力信号の信号パターン評価を行ったが、各工程を良く知られた電子回路によって実現することもできる。
【００５３】
【実施例】
本発明によって音楽信号における信号パターンの変化の検出を行った例を以下に示す。
【００５４】
対象とした音楽信号は、図９に示すように、ドラム演奏による時間長が約４２秒の信号である。図９の音楽信号では、第５小節、第９小節及び第１７小節において周期的な信号パターンの変化が存在する。
【００５５】
音声信号は、マイクロフォン２２によって受信され、データインターフェース部１８において、サンプリング周波数４１０Ｈｚ及び１６ビットの量子化によってディジタル化して取り込んだ。
【００５６】
さらに、入力信号Ｓ（ｔ）に対して、前処理としてハイパスフィルタ、２乗処理及び平滑化処理を行った。ハイパスフィルタを使用したのは、ドラムのような低音打楽器の演奏による音楽信号では、高周波成分が信号の周期を示すことが多いからである。ハイパスフィルタのカットオフ周波数は２００Ｈｚとした。さらに、２乗処理を行い、前後２４点に対する重み付き移動平均により平滑化処理を行った。重み関数は、中心時間から離れるごとに正規分布的に減衰する関数を使用した。図１０に、前処理を行った後の入力信号Ｓ（ｔ）を示す。図１０において、時間の単位は１サンプリング時間＝２．４４ｍｓである。
【００５７】
入力信号Ｓ（ｔ）に対する自己相関関数を求めた結果を図１１に示す。この結果から、入力信号Ｓ（ｔ）の基本信号パターンの周期Ｔは８８９サンプリング時間と決定した。
【００５８】
次に、入力信号Ｓ（ｔ）を周期Ｔ＝８８９サンプリング時間毎に切り出し、それらを加算平均して基本信号パターンＢ（ｔ）を算出した。図１２に、算出された基本信号パターンＢ（ｔ）を示す。
【００５９】
本実施例では、入力信号Ｓ（ｔ）は２１小節からなる音楽信号であることが予め判明しているので、入力信号Ｓ（ｔ）を２１の部分信号パターンＷｉ（ｔ）（ｉ＝１，２・・・２１）に分割し、数式（５）を用いて、それぞれについて基本信号パターンＢ（ｔ）との相関値Ｃｉ（ｉ＝１，２・・・２１）を算出した。
【００６０】
図１３に、各部分信号Ｗｉ（ｔ）について算出した相関値Ｃｉを示す。図１３において、音楽信号の周期性が変化する第５小節、第９小節及び第１７小節の相関値が小さい値として算出されていることが分かる。例えば、信号の周期性の変化を検出するための閾値として、相関値Ｃｉの平均値μ、又は、相関値Ｃｉの平均値μから標準偏差σを引いたθ（＝μ−σ）を用いることによって、入力信号Ｓ（ｔ）の周期性の変化部を検出することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、入力信号に含まれるピークが鋭く、高周波成分が多い場合においても、入力信号の各周期に共通する基本信号パターンを適切に抽出することができる。その結果、各周期の信号パターンの変化を正確に検出及び評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における信号パターン評価装置の構成のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における第１の信号パターン評価方法のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における部分信号Ｗｉ（ｔ）への分割結果の例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における基本信号パターンＢ（ｔ）の抽出結果の例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における基本信号パターンＢ（ｔ）と部分信号Ｗｉ（ｔ）との一致又は相違するピークの検出作用を説明する図である。
【図６】本発明の実施の形態における基本信号パターンＢ（ｔ）と部分信号Ｗｉ（ｔ）との一致するピークの検出作用を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態における基本信号パターンＢ（ｔ）と部分信号Ｗｉ（ｔ）との相違するピークの検出作用を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態における第２の信号パターン評価方法のフローチャートを示す図である。
【図９】本発明の実施例におけるドラム演奏のためのスコアを示す図である。
【図１０】本発明の実施例における入力信号Ｓ（ｔ）の入力例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例における自己相関関数値からの周期Ｔの抽出作用を示す図である。
【図１２】本発明の実施例における基本信号パターンＢ（ｔ）の算出例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例における各小節に対する相関値Ｃｉの算出結果例を示す図である。
【図１４】周期性を有する入力信号Ｓ（ｔ）の信号パターンの変化の例を示す図である。
【符号の説明】
１０　制御部、１２　記憶部、１４　出力部、１６　入力部、１８　データインターフェース部、２０　バス、２２　マイクロフォン、１００　信号パターン評価装置。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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