一種基于譜熵的嘯叫檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種嘯叫檢測(cè)方法。特別是設(shè)及一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聲反饋現(xiàn)象是指在擴(kuò)聲系統(tǒng)中，麥克風(fēng)拾音將聲信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)功率放大 器放大輸出后，聲音通過(guò)聲場(chǎng)折回到麥克風(fēng)后再經(jīng)功率放大器放大輸出，如此反復(fù)循環(huán)形 成正反饋。
[0003] 根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，信號(hào)在同時(shí)滿足相位和增益條件時(shí)，會(huì)在頻點(diǎn)CO 0處產(chǎn)生自激 震蕩：
[0004] G(w,t)F(w,t) I > 1
[000引 ZG(w,t)F(w,t) =n23T，n 為整數(shù)
[0006] G(w，t)為正向路徑傳遞函數(shù)，F(xiàn)(w，t)為反饋路徑傳遞函數(shù)。
[0007] 當(dāng)聲場(chǎng)的傳遞函數(shù)滿足上述相位和增益條件時(shí)，將導(dǎo)致擴(kuò)聲系統(tǒng)輸出信號(hào)的幅值 不斷地增加，進(jìn)而產(chǎn)生刺耳的嘯叫。
[0008] 通過(guò)檢測(cè)聲反饋中出現(xiàn)的嘯叫頻點(diǎn)，進(jìn)行陷波處理，降低嘯叫頻點(diǎn)處增益，破壞嘯 叫產(chǎn)生的增益條件，從而達(dá)到嘯叫抑制的目的。嘯叫檢測(cè)是陷波器法的關(guān)鍵，只有及時(shí)準(zhǔn)確 的檢測(cè)出嘯叫成分的頻率，才可準(zhǔn)確設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)中屯、頻率和陷波深度的陷波濾波器。通過(guò) 級(jí)聯(lián)陷波器進(jìn)行濾波，抑制嘯叫的發(fā)生。
[0009] 圖1給出嘯叫檢測(cè)過(guò)程。由于嘯叫本質(zhì)是單一頻率的正弦信號(hào)，在頻域存在較大的 頻率分量且頻域能量有不斷增加的一個(gè)過(guò)程。正是基于此，相關(guān)學(xué)者提出一系列相應(yīng)的嘯 叫檢測(cè)算法。主要包括：PAPR(Peak-t〇-Average Power Ratio)、PHPR(F*eak-t〇-化rmonic Power Ratio)、PNPR(Peak-to-Neighboring Power Ratio)、IPMP(Interframe Peak Magnitude Persistence)、IMSD(Interframe Magnitude Slope Deviation)。
[0010] 檢測(cè)到嘯叫成分后，需設(shè)計(jì)相應(yīng)的陷波濾波器，降低嘯叫頻點(diǎn)處增益，破壞嘯叫產(chǎn) 生的增益條件，達(dá)到抑制嘯叫的目的。最常用的陷波濾波器是二階IIR濾波器，因?yàn)镮IR濾波 器可W用較少階數(shù)獲得較好的選擇特性，所用存儲(chǔ)單元少，運(yùn)算次數(shù)少，較為經(jīng)濟(jì)而且高 效。
[0011] 2階IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)：
[0013] 目前已有的嘯叫檢測(cè)算法需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整口限并且在不同聲場(chǎng)環(huán)境下魯棒性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種在不同的聲場(chǎng)環(huán)境下均有較好的檢測(cè)效 果的基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法。
[0015] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法，包括如下步驟：
[0016] I)對(duì)待檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分帖加窗；
[0017] 2)對(duì)分帖加窗后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析；
[0018] 3)劃分子帶，并計(jì)算每個(gè)子帶的能量；
[0019] 4)譜賭計(jì)算
[0020] 根據(jù)步驟3)計(jì)算的子帶能量，相應(yīng)的概率密度函數(shù)和譜賭為
[0023] 其中，Px(i，m)表示第i帖信號(hào)的第m個(gè)子帶的概率密度函數(shù)，Hx(i)表示第i帖信號(hào) 的譜賭；
[0024] 5)檢測(cè)判決
[0025] 設(shè)置譜賭闊值T0,若當(dāng)前帖信號(hào)的譜賭小于譜賭闊值TO時(shí)，則判決為嘯叫帖，否則 判決為正常信號(hào)帖。
[0026] 步驟1)所述的加窗是加窗函數(shù)。
[0027] 步驟2)所述的頻譜分析是利用FFT分析計(jì)算得到能量譜：
[0030] x(n)為待檢測(cè)信號(hào)，w(n)為所加窗函數(shù)，N為進(jìn)行FFT的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，e為自然底數(shù)，j 表示虛數(shù)，X(i，k)為第i帖信號(hào)的第k個(gè)頻點(diǎn)的頻譜，Rx(i，k)為第i帖信號(hào)的第k個(gè)頻點(diǎn)的能 量譜。
[0031] 步驟3)是根據(jù)步驟2)得到的能量譜，將整個(gè)頻帶分為若干個(gè)子帶，再分別計(jì)算每 個(gè)子帶的能量：
[0033] Sx(i，m)表示在第i帖信號(hào)的第m個(gè)子帶的能量，M表示劃分子帶的個(gè)數(shù)，Bm表示第m 個(gè)子帶對(duì)應(yīng)的所有頻點(diǎn)。
[0034] 本發(fā)明的一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法，克服了現(xiàn)有嘯叫檢算法需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整口 限并且在不同聲場(chǎng)環(huán)境下魯棒性較差的缺點(diǎn)。在不同的聲場(chǎng)環(huán)境下均有較好的檢測(cè)效果。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，同基于PAPR的嘯叫檢測(cè)算法相比，基于譜賭的檢測(cè)算法在保證較高檢出率 的同時(shí)，還可明顯降低虛警率。
【附圖說(shuō)明】
[003引圖1是嘯叫檢測(cè)過(guò)程不意圖；
[0036] 圖2a是嘯叫信號(hào)下基于PAPR的檢測(cè)效果圖；
[0037] 圖化是嘯叫信號(hào)下每帖的PAPRW及PAPR闊值示意圖；
[0038] 圖2c是嘯叫信號(hào)下基于譜賭的檢測(cè)效果圖；
[0039] 圖2d是嘯叫信號(hào)下每帖的譜賭W及譜賭闊值示意圖；
[0040] 圖3a是正常音樂(lè)信號(hào)下基于PAPR的檢測(cè)效果圖；
[0041 ]圖3b是正常音樂(lè)信號(hào)下每帖的PAPRW及PAPR闊值示意圖；
[0042] 圖3c是正常音樂(lè)信號(hào)下基于譜賭的檢測(cè)效果圖；
[0043] 圖3d是正常音樂(lè)信號(hào)下每帖的譜賭W及譜賭闊值示意圖；
[0044] 圖4是本發(fā)明的一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法做出詳細(xì)說(shuō)明。
[0046] 本發(fā)明的一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法，包括如下步驟：
[0047] 1)對(duì)待檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分帖加窗，所述的加窗是加窗函數(shù)(例如漢寧窗、海明窗、矩 形窗等）。
[0048] 時(shí)域離散信號(hào)x(n)是無(wú)限長(zhǎng)的，用FFT做能量譜估計(jì)，必須把x(n)限制在一定的時(shí) 間區(qū)域之內(nèi)，即進(jìn)行數(shù)據(jù)截?cái)?。?shù)據(jù)的截?cái)嘞喈?dāng)于加窗分帖處理，每帖的長(zhǎng)度FrameLen,每 帖偏移量化iftLen。同時(shí)，為了盡量減小頻譜泄露和譜間干擾的影響，不讓數(shù)據(jù)突然截?cái)啵?應(yīng)加緩變的窗(例如漢寧窗、海明窗等），使得加窗后的譜旁瓣能量更小，卷積后造成的泄露 更小。
[0049] 2)對(duì)分帖加窗后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，所述的頻譜分析是利用FFT分析計(jì)算得到 能量譜：
[0051] Rx(i，k)=|X(i，k)|2 k = 0，l，2，...，N-l
[0052] x(n)為待檢測(cè)信號(hào)，w(n)為所加窗函數(shù)，N為進(jìn)行FFT的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，e為自然底數(shù)，j 表示虛數(shù)，X(i，k)為第i帖信號(hào)的第k個(gè)頻點(diǎn)的頻譜，Rx(i，k)為第i帖信號(hào)的第k個(gè)頻點(diǎn)的能 量譜。
[0053] 3)劃分子帶，并計(jì)算每個(gè)子帶的能量，是根據(jù)步驟2)得到的能量譜，將整個(gè)頻帶分 為若干個(gè)子帶，再分別計(jì)算每個(gè)子帶的能量：
[0054] S、.(/，"〇=完 /?、（/'/：) m = 〇, 1,2，...，M-I
[005引Sx(i，m)表示在第i帖信號(hào)的第m個(gè)子帶的能量，M表示劃分子帶的個(gè)數(shù)，Bm表示第m 個(gè)子帶對(duì)應(yīng)的所有頻點(diǎn)。
[0056] 4)譜賭計(jì)算
[0057] 根據(jù)步驟3)計(jì)算的子帶能量，相應(yīng)的概率密度函數(shù)和譜賭為
[0060]其中，Px(i，m)表示第i帖信號(hào)的第m個(gè)子帶的概率密度函數(shù)，Hx(i)表示第i帖信號(hào) 的譜賭。
[0061] 5)檢測(cè)判決
[0062] 嘯叫本質(zhì)上是單一頻率的正弦信號(hào)。當(dāng)出現(xiàn)嘯叫成分時(shí)，在頻域會(huì)產(chǎn)生能量較高 的頻率分量，此時(shí)信號(hào)的譜賭較小。因此可設(shè)置譜賭闊值T0,若當(dāng)前帖信號(hào)的譜賭小于譜賭 闊值TO時(shí)，則判決為嘯叫帖，否則判決為正常信號(hào)帖。
[0063] 下面給出具體的實(shí)例：
[0064] 算法參數(shù)設(shè)置:帖長(zhǎng)度FrameLen = 1024，帖偏移量化if tLen = 512，F(xiàn)FT計(jì)算點(diǎn)數(shù)N =1024，窗函數(shù)w( n)為海明窗，長(zhǎng)度1024，劃分子帶個(gè)數(shù)M=32，嘯叫判決闊值TO = 0.05。
[0065] 選取不同聲場(chǎng)環(huán)境下的嘯叫測(cè)試語(yǔ)音，對(duì)提出的基于譜賭的嘯叫檢測(cè)算法進(jìn)行測(cè) 試分析，具體實(shí)施如下：
[0066] 1、讀取嘯叫信號(hào)和正常音樂(lè)信號(hào)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分帖加窗處理，每帖1024個(gè)采樣點(diǎn)， 加1024點(diǎn)的海明窗。
[0067] 2、對(duì)每帖加窗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行1024點(diǎn)FFT，計(jì)算出每帖數(shù)據(jù)的能量譜RxQ，k)。
[0068] 3、將整個(gè)頻帶劃分成32個(gè)子帶，并分別統(tǒng)計(jì)出每個(gè)子帶的能量Sx(i，m)。
[0069] 4、根據(jù)每個(gè)子帶的能量，計(jì)算出每個(gè)子帶的概率密度函數(shù)PxQ，m)，并根據(jù)概率密 度函數(shù)計(jì)算出當(dāng)前帖的譜賭Hx(i)。
[0070] 5、根據(jù)計(jì)算的當(dāng)前帖的譜賭進(jìn)行嘯叫判決。若HxQKTO,則判決的嘯叫帖，否則判 決為正常的語(yǔ)音帖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 對(duì)待檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分帖加窗； 2) 對(duì)分帖加窗后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析； 3) 劃分子帶，并計(jì)算每個(gè)子帶的能量； 4) 譜賭計(jì)算 根據(jù)步驟3)計(jì)算的子帶能量，相應(yīng)的概率密度函數(shù)和譜賭為其中，Px(i，m)表示第i帖信號(hào)的第m個(gè)子帶的概率密度函數(shù)，Hx(i)表示第i帖信號(hào)的譜 賭； 5) 檢測(cè)判決 設(shè)置譜賭闊值T0,若當(dāng)前帖信號(hào)的譜賭小于譜賭闊值TO時(shí)，則判決為嘯叫帖，否則判決 為正常信號(hào)帖。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法，其特征在于，步驟1)所述的加 窗是加窗函數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法，其特征在于，步驟2)所述的頻 譜分析是利用FFT分析計(jì)算得到能量譜：Rx(i，k)= |X(i，k) |2 k = 0，l，2，...，N-l x(n)為待檢測(cè)信號(hào)，w(n)為所加窗函數(shù)，N為進(jìn)行FFT的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，e為自然底數(shù)，j表示 虛數(shù)，X(i，k)為第i帖信號(hào)的第k個(gè)頻點(diǎn)的頻譜，Rx(i，k)為第i帖信號(hào)的第k個(gè)頻點(diǎn)的能量 譜。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于譜賭的嘯叫檢測(cè)方法，其特征在于，步驟3)是 根據(jù)步驟2)得到的能量譜，將整個(gè)頻帶分為若干個(gè)子帶，再分別計(jì)算每個(gè)子帶的能量： SJi,m)= ^ R,(iA) m=〇 I 2,---,1-1 Sx(i，m)表示在第i帖信號(hào)的第m個(gè)子帶的能量，M表示劃分子帶的個(gè)數(shù)，Bm表示第m個(gè)子 帶對(duì)應(yīng)的所有頻點(diǎn)。
【專利摘要】一種基于譜熵的嘯叫檢測(cè)方法，包括：對(duì)待檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分幀加窗；對(duì)分幀加窗后的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析；劃分子帶，并計(jì)算每個(gè)子帶的能量；譜熵計(jì)算；檢測(cè)判決，設(shè)置譜熵閾值，若當(dāng)前幀信號(hào)的譜熵小于譜熵閾值T0時(shí)，則判決為嘯叫幀，否則判決為正常信號(hào)幀。本發(fā)明的一種基于譜熵的嘯叫檢測(cè)方法，克服了現(xiàn)有嘯叫檢算法需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整門(mén)限并且在不同聲場(chǎng)環(huán)境下魯棒性較差的缺點(diǎn)。在不同的聲場(chǎng)環(huán)境下均有較好的檢測(cè)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，同基于PAPR的嘯叫檢測(cè)算法相比，基于譜熵的檢測(cè)算法在保證較高檢出率的同時(shí)，還可明顯降低虛警率。
【IPC分類】H04R29/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105516876
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510909462
【發(fā)明人】張濤, 李康康, 張彩霞, 陳有志
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月9日