一种汽车语音指令采集处理系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种汽车语音指令采集处理系统及方法，其中系统的第一降噪单元对左侧通道声音信号和右侧通道声音信号进行模数转换，得到左侧通道数字信号和右侧通道数字信号；第二降噪单元对主通道声音信号进行模数转换，得到主通道数字信号；信号处理单元根据左侧通道数字信号和右侧通道数字信号对主通道数字信号进行降噪处理，得到降噪后的数字信号；第二降噪单元还根据左右两侧通道声音信号的叠加信号和降噪后的数字信号对主通道声音信号进行降噪处理，得到降噪后的语音指令。本发明能够有效滤除发动机噪声、车外噪声、空调系统以及副驾驶噪声，提高了驾驶员控制指令的识别率，保证了车辆的行车安全。
【专利说明】一种汽车语音指令采集处理系统及方法【技术领域】
[0001]本发明涉及信号处理【技术领域】，尤其涉及一种汽车语音指令采集处理系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展，现代化交通工具座舱中的噪声污染成为人们关注的话题。如何在这种相对封闭的环境中尽量降低由于发动机运转、气流与车身摩擦、空调系统以及副驾驶声音等所带来的噪声污染，从而能够准确识别驾驶员发出的控制指令，成为国内外研究的热点。
[0003]传统的语音指令采集处理系统包括用于拾取驾驶员控制指令(语音信号)的主麦克风以及用于对语音信号进行处理的信号处理模块，信号处理模块用于将语音信号中的噪声信号滤除。上述系统的缺陷在于:在外界和车内干扰声音较小时，信号处理模块可以将语音信号中掺杂的噪声滤除，系统还能发挥作用；一旦驾驶员打开车窗和开启空调等时，由于语音信号中掺杂的噪声种类较多，系统不能有针对性地滤除噪声，从而该系统对驾驶员的控制指令的识别率将大打折扣，错误的识别结果易导致误操作，从而不仅没有带来便利，反而会带来一些不必要的麻烦，甚至会影响行车的安全性。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中识别驾驶员语音指令的过程中未考虑车内外噪声污染的问题，本发明提供了一种汽车语音指令采集处理系统及方法。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
[0006]一种汽车语音指令采集处理系统，包括:
[0007]主通道声音拾取装置，用于获取主通道声音信号；
[0008]左侧通道声音拾取装置，用于获取左侧通道声音信号；
[0009]右侧通道声音拾取装置，用于获取右侧通道声音信号；
[0010]第一降噪单元，用于对所述左侧通道声音拾取装置发送的左侧通道声音信号和所述右侧通道声音拾取装置发送的右侧通道声音信号分别进行模数转换，得到左侧通道数字信号和右侧通道数字信号；
[0011]第二降噪单元，用于对所述主通道声音拾取装置发送的主通道声音信号进行模数转换，得到主通道数字信号；
[0012]信号处理单元，用于根据所述第一降噪单元发送的左侧通道数字信号和右侧通道数字信号，对所述第二降噪单元发送的主通道数字信号进行降噪处理，得到降噪后的数字信号;
[0013]所述第一降噪单元，还用于将所述左侧通道声音信号和所述右侧通道声音信号进行叠加，得到叠加后的声音信号；
[0014]所述第二降噪单元，还用于根据所述第一降噪单元发送的叠加后的声音信号以及所述信号处理单元发送的降噪后的数字信号，对所述主通道声音信号进行降噪处理，得到降噪后的语音指令。
[0015]优选的是，所述第一降噪单元和所述第二降噪单元均为型号是R262的宽带语音捕捉降噪集成芯片。
[0016]优选的是，所述主通道声音拾取装置、所述左侧通道声音拾取装置和所述右侧通道声音拾取装置均设置在汽车仪表台上；
[0017]所述主通道声音拾取装置正对驾驶员设置，所述左侧通道拾取装置位于所述主通道声音拾取装置的左侧并且靠近汽车发动机的位置，所述右侧通道拾取装置位于所述主通道声音拾取装置的右侧并且正对副驾驶乘客的位置。
[0018]优选的是，所述信号处理单元为单片机。
[0019]一种汽车语音指令采集处理方法，包括:
[0020]获取主通道声音信号、左侧通道声音信号和右侧通道声音信号；
[0021]对所述主通道声音信号、左侧通道声音信号和右侧通道声音信号分别进行模数转换，得到主通道数字信号、左侧通道数字信号和右侧通道数字信号；
[0022]根据所述左侧通道数字信号和右侧通道数字信号，对所述主通道数字信号进行降噪处理，得到降噪后的数字信号；
[0023]将所述左侧通道声音信号和所述右侧通道声音信号进行叠加，得到叠加后的声音信号;
[0024]根据所述叠加后的声音信号和所述降噪后的数字信号对所述主通道声音信号进行降噪处理，得到降噪后的语音指令。
[0025]优选的是，根据所述左侧通道数字信号和右侧通道数字信号，通过功率谱减法对所述主通道数字信号进行降噪处理，得到降噪后的数字信号。
[0026]本发明的有益效果在于，本发明实施例汽车语音指令采集处理系统及方法，能够有效滤除发动机噪声、车外噪声、空调系统以及副驾驶噪声，提高了驾驶员控制指令的识别率，保证了车辆的行车安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1示出了本发明实施例汽车语音指令采集处理系统的结构示意图；
[0028]图2示出了本发明实施例汽车语音指令采集处理系统的电路图；
[0029]图3示出了本发明实施例汽车语音指令采集处理方法的流程图。
[0030]附图标记说明
[0031]MCl左侧通道声音拾取装置
[0032]MC2右侧通道声音拾取装置
[0033]MC3主通道声音拾取装置
[0034]Ul 第一降噪单元
[0035]U2 第二降噪单元
[0036]U3 信号处理单元
[0037]U4 复位单元
[0038]U5 第一存储单元[0039]U6 第二存储单元【具体实施方式】
[0040]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0041]本发明针对现有技术中的语音指令采集处理系统在未考虑车内外噪声污染情况下，对驾驶员的控制指令的识别率低，甚至会影响行车的安全性的问题，提供了一种汽车语音指令采集处理系统及方法，充分考虑到发动机噪声、车外噪声、空调系统以及副驾驶噪声，提高了驾驶员控制指令的识别率，保证了车辆的行车安全。
[0042]图1示出了本发明实施例汽车语音指令采集处理系统的结构示意图，所述汽车语音指令采集处理系统，包括主通道声音拾取装置MC3、左侧通道声音拾取装置MC1、右侧通道声音拾取装置MC2、第一降噪单元U1、第二降噪单元U2和信号处理单元U3，其中，左侧通道声音拾取装置MCl和右侧通道声音拾取装置MC2均与第一降噪单元Ul电连接、主通道声音拾取装置MC3与第二降噪单元U2电连接，所述第一降噪单元Ul和第二降噪单元U2均与信号处理单元U3电连接，第一降噪单元Ul和第二降噪单元U2彼此电连接。
[0043]具体地，第一:主通道声音拾取装置MC3，用于获取主通道声音信号；左侧通道声音拾取装置MC1，用于获取左侧通道声音信号；右侧通道声音拾取装置MC2，用于获取右侧通道声音信号。
[0044]这里，这三个声音拾取装置都设置在汽车仪表台上，其中，用于拾取主通道声音信号的主通道声音拾取装置MC3 (例如主通道麦克风)设置在正对驾驶员的位置，用于拾取左侧通道声音信号的左侧通道声音拾取装置MCl (例如左侧通道麦克风)位于所述主通道声音拾取装置MC3的左侧并且靠近汽车发动机的位置，所述右侧通道拾取装置(例如右侧通道麦克风)位于所述主通道声音拾取装置MC3的右侧并且正对副驾驶乘客的位置。通过上述对各个声音拾取装置的位置设置，可以实现:主通道声音拾取装置MC3拾取到的声音信号中，驾驶员的控制指令所占的比重相对较大，即主通道声音拾取装置MC3主要用于拾取驾驶员的控制指令；另外，左侧通道声音拾取装置MCl拾取到的声音信号中，发动机噪声和车外噪声所占的比重相对较大，即左侧通道声音拾取装置MCl主要用于拾取发动机噪声和车外噪声；再有，右侧通道声音拾取装置MC2拾取到的声音信号中，空调系统噪声和副驾驶乘客噪声所占的比重相对较大，即右侧通道声音拾取装置MC2主要用于拾取空调系统噪声和副驾驶乘客噪声。
[0045]第二:第一降噪单元U1，用于对所述左侧通道声音拾取装置MCl发送的左侧通道声音信号和所述右侧通道声音拾取装置MC2发送的右侧通道声音信号分别进行模数转换(将模拟信号转换为数字信号)，得到左侧通道数字信号和右侧通道数字信号。所述第一降噪单元U1，还用于将所述左侧通道声音信号和所述右侧通道声音信号进行叠加，得到叠加后的声音信号，并将该叠加后的声音信号发送给第二降噪单元U2，以用于后续处理。
[0046]第二降噪单元U2，用于对所述主通道声音拾取装置MC3发送的主通道声音信号进行模数转换，得到主通道数字信号。
[0047]这里，第一降噪单元Ul和第二降噪单元U2均优选为美国安森美半导体公司研发的型号是R262的宽带语音捕捉降噪集成芯片，该集成芯片既具备语音捕获处理功能又具备降噪功能。所述左侧通道声音拾取装置MCl将获取到的左侧通道声音信号发送给第一降噪单元Ul，第一降噪单元Ul对该左侧通道声音信号进行模数转换，得到相应的左侧通道数字信号；类似地，所述右侧通道声音拾取装置MC2将获取到的右侧通道声音信号发送给第一降噪单元Ul，第一降噪单元Ul对该右侧通道声音信号进行模数转换，得到相应的右侧通道数字信号。所述主通道声音拾取装置MC3将获取到的主通道声音信号发送给第二降噪单元U2，第二降噪单元U2对该主通道声音信号进行模数转换，得到相应的主通道数字信号。
[0048]第三，第一降噪单元Ul将左侧通道数字信号和右侧通道数字信号发送给信号处理单元U3，同时第二降噪单元U2也将主通道数字信号发送给信号处理单元U3，所述信号处理单元U3可以选择为中央处理器、嵌入式处理器、可编程逻辑控制器和单片机中的一种，在本发明的一优选的实施例中，信号处理单元U3优选为单片机，具体为Microchip.半导体公司研发的型号为PIC18F2682的单片机。
[0049]信号处理单元U3利用左侧通道数字信号和右侧通道数字信号对主通道数字信号进行降噪处理，得到降噪后的数字信号，具体用到的降噪算法是本领域技术人员常采用的功率谱减法，该方法的主要包括以下步骤:
[0050](I)读入三路数字信号，标记为V0，VI，V，分别依次对应左侧通道数字信号、右侧通道数字信号和主通道数字信号，其中主通道数字信号离驾驶员的距离最近，语音信号最明显；
[0051](2)对三路数字信号V0，VI，V同时进行分帧处理，帧长为256点，帧移为128点，不足补O ;
[0052](3)对三路信号VO，Vl，V进行汉明滤波；
[0053](4)对信号V采用短时平均能量算法进行语音端点识别；
[0054](5)对三路语音信号同时进行快速傅里叶变换FFT ；
[0055](6)求取信号V的语音和噪声的功率谱；
[0056](7)求取信号V的信号与噪声的频域功率比，再利用查表法获取信号VO的降噪系数α和信号Vl的降噪系数β ；
[0057](8)利用功率谱减法:E (V)-a E (VO) - β E (Vl)，计算降噪后的信号V的功率；
[0058](9)对降噪后的信号V的功率和降噪前的信号V的相位进行快速傅里叶反变换IFFT，变换后的数据值保留实部；
[0059](10)去汉明窗；
[0060](11)将分帧信号转换为语音信号，调制输出信号，从而得到降噪后的数字信号。
[0061]第四，信号处理单元U3将获取到的降噪后的数字信号返回给第二降噪单元U2，第二降噪单元U2根据所述第一降噪单元Ul发送的叠加后的声音信号以及所述信号处理单元U3发送的降噪后的数字信号，对所述主通道声音信号进行降噪处理，得到降噪后的语音指令。
[0062]这里，叠加后的声音信号可以看成是噪声的集合(发动机噪声和车外噪声、以及空调系统噪声和副驾驶乘客噪声)，降噪后的数字信号可以看成是经过信号处理单元U3处理后的目标信号，利用所述叠加后的声音信号以及降噪后的数字信号，对控制指令占较大比重的主通道声音信号进行降噪处理的方法，为本领域技术人员常规采用的算法，该算法现已集成在第二降噪单元U2的内部，从而第二降噪单元U2可以通过其内部的存储的算法，利用叠加后的声音信号和降噪后的数字信号，对所述主通道声音信号进行降噪处理，对左侧通道和右侧通道的噪声信号进行衰减和滤除，得到降噪后的语音指令。即输出较为清晰的驾驶员声音指令信号，达到提升声音指令识别率的目的。
[0063]综上，本发明实施例汽车语音指令采集处理系统，能够有效滤除发动机噪声、车外噪声、空调系统以及副驾驶噪声，提高了驾驶员控制指令的识别率，保证了车辆的行车安全。
[0064]进一步地，如图2所示，是本发明实施例汽车语音指令采集处理系统的电路图，左侧通道声音拾 取装置MCl通过电容C9耦合将左侧通道声音信号送至第一降噪单元Ul的Gl端口，进行模数转换，得到左侧通道数字信号；同样地，右侧通道声音拾取装置MC2通过电容ClO耦合将右侧通道声音信号送至第一降噪单元Ul的El端口，进行模数转换，得到右侧通道数字信号；第一降噪单元Ul还对左侧通道声音信号和右侧通道声音信号做叠加处理，得到叠加后的声音信号，并将叠加后的声音信号通过D6端口发送至第二降噪单元U2的Gl端口，以备后续处理。
[0065]主通道声音拾取装置MC3通过电容C14耦合将主通道声音信号送至第二降噪单元U2的El端口，进行模数转换，得到主通道数字信号。
[0066]第一降噪单元Ul分别将左侧通道数字信号和右侧通道数字信号经过其C7端口，送至信号处理单元U3的11端口 ；同时第二降噪单元U2也将主通道数字信号经过其C7端口，送至信号处理单元U3的12端口。信号处理单元U3利用左侧通道数字信号和右侧通道数字信号，结合功率谱减法对主通道数字信号进行降噪处理，得到降噪后的数字信号，并通过其5端口发送至第二降噪单元U2的C3端口，同时通过其4端口向第二降噪单元U2发送时钟信号。
[0067]第二降噪单元U2利用其Gl端口接收到的叠加后的声音信号以及其C3信号接收到的降噪后的数字信号，结合该第二降噪单元U2内部存储的降噪算法，对其El端口接收到的主通道声音信号进行降噪处理，将左侧通道或右侧通道的噪声信号进行衰减和滤除，最终得到降噪后的语音指令，即得到较为清晰的驾驶员声音指令信号，达到提升声音指令识别率的目的。
[0068]另外，再次参照图2，第一存储单元U5和第二存储单元U6的型号均为CAT25640，分别为第一降噪单元Ul和第二降噪单元U2提供存储信息，第一存储单元U5的数据I/O端口 1，2，5，6分别与第一降噪单元Ul的I/O端口 09，88^9^7相连接，第二存储单元服的数据I/O端口 1，2，5，6分别与第二降噪单元U2的I/O端口 C9，B8，A9，A7相连接，电容Cl至C6，C16至C20分别为第一降噪单元Ul和第二降噪单元U2的抗干扰电容，主要用于滤除尖脉冲干扰，第二降噪单元U2的D6I/0端口和电容C13组成模拟音频输出电路，复位单元U4为安森美半导体公司研发的型号为MAX809的上电复位集成电路，该复位单元U4的第2脚接信号处理单元U3的第I脚，组成上电复位电路，电容CXl为信号处理单元U3的晶体振荡器电容，C25，C26和电容CXl组成信号处理单元U3的时钟电路，电容C8、C27和C28组成信号处理单元U3、第一降噪单元Ul和第二降噪单元U2的电源供电滤波电容，信号处理单元U3为Microchip.半导体公司研发的型号为PIC18F2682的单片机，该信号处理单元U3主要通过其4脚和5脚对第二降噪单元U2进行编程控制，特别地，作为扩展，信号处理单元U3也可以通过其2脚和3脚对第一降噪单元Ul进行编程控制。
[0069]相应地，本发明实施例还提供一种汽车语音指令采集处理方法，如图3所示，是该方法的流程图，所述汽车语音指令采集处理方法包括以下步骤:
[0070]步骤301:获取主通道声音信号、左侧通道声音信号和右侧通道声音信号。
[0071]步骤302:对所述主通道声音信号、左侧通道声音信号和右侧通道声音信号分别进行模数转换，得到主通道数字信号、左侧通道数字信号和右侧通道数字信号。
[0072]步骤303:根据所述左侧通道数字信号和右侧通道数字信号，对所述主通道数字信号进行降噪处理，得到降噪后的数字信号。
[0073]步骤304:将所述左侧通道声音信号和所述右侧通道声音信号进行叠加，得到叠加后的声音信号。
[0074]步骤305:根据所述叠加后的声音信号和所述降噪后的数字信号对所述主通道声音信号进行降噪处理，得到降噪后的语音指令。
[0075]本发明实施例汽车语音指令采集处理方法，能够有效滤除发动机噪声、车外噪声、空调系统以及副驾驶噪声，提高了驾驶员控制指令的识别率，保证了车辆的行车安全。
[0076]上述方法的各步骤的【具体实施方式】可参照前面本发明实施例的系统中的描述，在此不再赘述。
[0077]需要说明的是，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0078]以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种汽车语音指令采集处理系统，其特征在于，包括: 主通道声音拾取装置，用于获取主通道声音信号； 左侧通道声音拾取装置，用于获取左侧通道声音信号； 右侧通道声音拾取装置，用于获取右侧通道声音信号； 第一降噪单元，用于对所述左侧通道声音拾取装置发送的左侧通道声音信号和所述右侧通道声音拾取装置发送的右侧通道声音信号分别进行模数转换，得到左侧通道数字信号和右侧通道数字信号； 第二降噪单元，用于对所述主通道声音拾取装置发送的主通道声音信号进行模数转换，得到主通道数字信号； 信号处理 所述第二降噪单元发送的主通道数字信号进行降噪处理，得到降噪后的数字信号; 所述第一降噪单元，还用于将所述左侧通道声音信号和所述右侧通道声音信号进行叠加，得到叠加后的声音信号； 所述第二降噪单元，还用于根据所述第一降噪单元发送的叠加后的声音信号以及所述信号处理单元发送的降噪后的数字信号，对所述主通道声音信号进行降噪处理，得到降噪后的语音指令。
2.根据权利要求1所述的汽车语音指令采集处理系统，其特征在于，所述第一降噪单元和所述第二降噪单元均为型号是R262的宽带语音捕捉降噪集成芯片。
3.根据权利要求1或2所述的汽车语音指令采集处理系统，其特征在于，所述主通道声音拾取装置、所述左侧通道声音拾取装置和所述右侧通道声音拾取装置均设置在汽车仪表台上； 所述主通道声音拾取装置正对驾驶员设置，所述左侧通道拾取装置位于所述主通道声音拾取装置的左侧并且靠近汽车发动机的位置，所述右侧通道拾取装置位于所述主通道声音拾取装置的右侧并且正对副驾驶乘客的位置。
4.根据权利要求1或2所述的汽车语音指令采集处理系统，其特征在于，所述信号处理单元为单片机。
5.一种汽车语音指令采集处理方法，其特征在于，包括: 获取主通道声音信号、左侧通道声音信号和右侧通道声音信号； 对所述主通道声音信号、左侧通道声音信号和右侧通道声音信号分别进行模数转换，得到主通道数字信号、左侧通道数字信号和右侧通道数字信号； 根据所述左侧通道数字信号和右侧通道数字信号，对所述主通道数字信号进行降噪处理，得到降噪后的数字信号； 将所述左侧通道声音信号和所述右侧通道声音信号进行叠加，得到叠加后的声音信号; 根据所述叠加后的声音信号和所述降噪后的数字信号对所述主通道声音信号进行降噪处理，得到降噪后的语音指令。
6.根据权利要求5所述的汽车语音指令采集处理方法，其特征在于，根据所述左侧通道数字信号和右侧通道数字信号，通过功率谱减法对所述主通道数字信号进行降噪处理，得到降 噪后的数字信号。
【文档编号】G10L21/02GK103928026SQ201410198669
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】李卫兵, 周奇文, 饶生源, 张亮亮, 彭璐, 董伟, 曹军涛, 王文莉 申请人:安徽江淮汽车股份有限公司