专利名称：一种用于移动便携式设备的声信号处理系统及其处理方法
技术领域：
本发明涉及一种信号处理方法及系统，具体地是涉及一种用于移动便携式设备的声信号处理系统及其处理方法。
背景技术：
声音尤其是噪声影响着人们的正常生活、工作和学习。人们在噪声环境下，心情烦燥、注意力分散、易疲劳、反应迟钝，从而导致工作、学习效率降低，影响工作进度，降低工作质量，还容易出差错和引起事故；噪音干扰人们睡眠，危害人们身心健康，降低人们的生活质量。噪声不仅损害人的听觉，引起听力下降和噪声性耳聋，而且对神经系统、心血管系统、内分泌系统、消化系统以及视觉、智力等都有不同程度的影响。长期暴露在高噪声环境中，听觉器官不断受到噪声的刺激，久而久之，听觉器官疲惫不堪，就会发生器质性病变。国外研究表明，噪声引起的耳蜗毛细胞损失可以导致听觉神经纤维的变性、螺旋神经节变性可以导致耳蜗神经核体积的减小，细胞凋亡及细胞核减小； 同时噪声刺激可引起内毛细胞、听神经以及内毛细胞与听神经形成的突触水肿、变性甚至坏死；国内也有研究表明，噪声暴露不仅引起外毛细胞的损伤，还可以引起内毛细胞及传入神经纤维的损伤；耳蜗外毛细胞和内毛细胞的损伤或丢失，会造成暂时性或永久性的听觉阂移。面对如此现状，一种现实的办法是时刻了解周围环境的噪声情况，选择安静适宜的地方生活同时也是保护自己的听力和身体，这就需要能实时知道自己所处环境及周围更大区域的噪声情况，这也就是本发明的初衷。现有测量环境噪声的方法和设备主要集中为专业化的声级计，具体而言，一方面近几年技术的发展使声级计结构已经从模拟式迈向数字式，测量动态范围更大，测量更加精确，但是由于是专业化设备，价格昂贵，维护困难，不适合大规模使用，更难做到人人一部。另一方面目前的移动便携式设备已具备了较为准确的测量声信号各项指标的硬件基础且随着技术的方法该硬件平台可以更好的满足不同声信号测量的需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于移动便携式设备的声信号处理系统及其处理方法，可以精确地检测终端用户所处环境的声信号情况。本发明要解决的就是如何充分利用现有移动便携式设备的软硬件平台，实现终端和服务器端两地计算方式，获得所需声音原始信号，并经过合理简化的计算快速得到本地和更大区域声信号的各项参数指标。为了实现上述目的，本发明提供了一种用于移动便携式设备的声信号处理系统， 包括终端处理子系统和服务器端处理子系统，终端处理子系统包括声信号采集模块、预处理模块、终端信号处理模块、终端显示模块、终端数据储存模块、终端数据融合/解算模块、终端信息模块、通讯模块和终端校准模块，其中，声信号采集模块的输出端与预处理模块的输入端相连，预处理模块的输出端与终端数据储存模块和终端信号处理模块的输入端相连，终端信号处理模块的输出端与终端数据储存模块、终端显示模块、终端数据融合/解算模块的输入端相连，终端数据融合/解算模块的输出端与通讯模块的输入端相连，终端信息模块的输出端与终端数据融合/解算模块的输入端相连，终端校准模块的输出端与预处理模块的输入端相连；服务器端处理子系统包括服务器端数据融合/解算模块、服务器端信号处理模块、服务器端显示模块、服务器端校准模块、地理信息系统模块和服务器端数据储存模块， 其中，服务器端数据融合/解算模块、服务器端校准模块和地理信息系统模块的输出端分别与服务器端信号处理模块的输入端相连，服务器端信号处理模块的输出端与服务器端数据融合/解算模块、服务器端显示模块和服务器端数据储存模块的输入端分别相连；其中，终端子系统的通讯模块与服务器端处理子系统的服务器端数据融合/解算模块相连接。所述终端信号处理模块包括时间计权模块、特殊计权模块、频率计权模块、能量计算模块和倍频程分析模块，时间计权模块、特殊计权模块、频率计权模块和能量计算模块依次串联后与倍频程分析模块并联。所述服务器端信号处理模块包括串联而成的声压预测模块、特殊数据处理&预警模块和数据压缩模块。所述移动便携式设备包括手机、便携式个人电脑、平板电脑、个人数字助理，音乐和视频播放器。本发明还提供了一种用于移动便携式设备的声信号处理方法，包括以下步骤Si.由终端处理子系统从终端用户的环境声信号中提取终端用户的本地声特性指标，并上传给服务器端处理子系统；S2.由服务器端处理子系统获取区域声特性指标，结合接收的本地声特性指标计算出关于终端用户的终端声特性指标，根据终端声特性指标绘制出关于终端用户的噪声空间分布图。所述步骤Sl中，终端处理子系统是利用移动便携式设备软硬件平台完成对终端用户本地声信号的采集、分析和储存工作，同时在用户授权允许和通讯条件允许下将部分数据上传至服务器端为获得更大范围的声信号特性提供数据分享并可接受服务器端运算得到的更大区域声性能特性数据，包括以下步骤在声信号采集模块中利用移动便携式设备的麦克风硬件和相应的驱动程序完成对终端周围声音信号的采集工作；在预处理模块中，根据各种移动便携式设备中使用麦克风的型号不同，依据麦克风的灵敏度和频率特性对采集到的声音信号进行补偿和修正，形成预处理声信号并传送给终端信号处理模块进行运算；根据用户控制信号对采集的原始声信号进行压缩，并将压缩后声信号传送给终端数据储存模块进行储存；根据终端校准模块给出的校准信号对终端处理子系统设定校准数据；在终端信号处理模块作用中对输入的预处理声信号根据用户控制信号进行运算得出本地声特性指标，通过终端数据储存模块进行保存、通过终端显示模块将结果显示或
6者发送给终端数据融合/解算模块做进一步数据处理；在终端显示模块中利用移动便携式设备中的显示屏显示本地声特性指标；在终端数据储存模块中利用移动便携式设备中的储存介质，根据用户储存控制信号选择对压缩后声信号和声特性处理结果进行保存；在终端数据融合/解算模块中在终端用户授权允许和通讯条件允许下，完成对上传本地的本地声特性指标和终端位置和时间信息的融合和打包，同时对来自与服务器端的回传数据进行解算并将终端周围更大区域的终端声特性指标传送给终端显示模块进行显示；在终端信息模块中在终端用户授权允许和通讯条件允许下，利用移动便携式设备现有的硬件资源，将此时终端的位置信号和时间信息传送给终端数据融合/解算模块；在通讯模块中在终端用户授权允许和通讯条件允许下，完成终端数据和服务器端数据的双向传递工作；由终端校准模块根据校准信号对终端处理子系统进行声测量校准，使其可以更加准确的对声音进行测量。所述步骤Sl还包括在终端信号处理模块的倍频程分析模块中根据预处理声信号进行倍频程运算，并将处理结果作为运算本地声特性指标进行输出，其中倍频程分析模块用于实现1、1/3、1/6、1/12、1Λ4、1/48、1/96倍频程及FFT频谱分析，时间计权模块、频率计权模块和能量计算模块参照 IEC61672-ianternational Electrotechnical Commission 61672-1，国际电工委员会第61672-1号标准)执行得到的声特性离散数据结果，并加入到本地声特性指标中进行输出，特殊计权模块用于根据用户特殊需要而对本地声特性指标进行补偿。所述步骤S2中，服务器端处理子系统解包来自各个位于不同位置终端上传的信息，在这些数据的基础上，融合地理信息系统数据进行更准确的声性能预测，从而构建成一张更全面、更大区域的声性能分布图用于显示、储存和回传终端用户，包括以下步骤在服务器端数据融合/解算模块中完成对各个终端用户上传数据的解包任务和服务器端最终计算结果的打包压缩任务；在服务器端信号处理模块中根据各个离散终端提供的声信息，结合服务器端校准模块和地理信息系统模块，完成对各个终端用户所在更大区域的声特性融合与预测，并回传给服务器端数据融合/解算模块；在服务器端显示模块结合区域声特性指标和地理特性信息进行显示；在服务器端校准模块中利用现有社会公共资源，包括标准噪声检测站等为整个测量系统提供可靠而准确的分布声信息，该模块依靠精密专业的声采集和分析系统，对周围声信号进行准确的测量并将此数据回传至服务器端信号处理模块以供其在这些精确测试系统所在位置处校准声信号数据使整个预测更加准确；在地理信息系统模块中提供地理信息系统数据，使其可以根据不同的地形地貌和地上建筑物更加准确的预测声压；在服务器端数据储存模块中完成服务器端区域声信号特性压缩数据G4)的保存。所述步骤S2还包括服务器端信号处理模块中的声压预测模块完成更大区域的声场特性融合与预测的工作，特殊数据处理&预警模块可根据计算得到的区域声性能结果根据之前设定的门限预警高声压区域，起到实时监测和预警各类灾害的作用，同时可以根据用户提供的猝发高声压信号数据及地点时间信息定位出具体发生高声压所在区域，完成对社会事件和监控和预警，并将这些处理数据经过数据压缩模块打包压缩成服务器端区域声信号特性压缩数据发送给服务器端数据存储模块进行保存，同时就将包括完整信息的服务器端区域声信号特性数据直接发送给服务器端显示模块进行显示，并将终端用户关注的数据经过数据链回传给终端用户。与现有技术相比，本发明的的有益效果是1、本发明能够利用现有移动便携式设备的软硬件系统平台实现多种声分析功能的测试系统。在采集到用户所处环境的声信号后，采用本发明的方法可以分析得到声压级、 声暴露级和频谱特性等结果，利用通讯功能将本地数据传送给服务器后，在融合各个用户传送数据和位置及时间信息后，服务器可以预测出用户所在周围更大区域的声分布情况， 并将这些信息回传给用户。这样就可以使用用户不仅可以知道当前位置的声情况还可以清楚知道周围更大区域声情况，为保护自己听力和身体提供可能的选择。2、充分利用现有移动便携式设备的软硬件平台，测试系统搭建方便，成本低，使用户可以时刻了解自己平常生活中的声音情况。3、由于可以充分利用现有移动便携式设备，通过终端-服务器端(C/S)模式，可以充分利用所有资源监测环境声音情况，降低整体测量更大区域声情况的成本，更准确的实现检测更大区域的声情况。4、特有灵活的用户授权模式可以使授权上传数据的终端用户获得所在更大区域声音情况信息，而更加注重个人隐私的终端用户也可以在较大实用性范围内获得自己周围声特性信息。
图1为本发明所述用于移动便携式设备的声信号处理系统的结构原理图；图2为本发明所述用于移动便携式设备的声信号处理系统的终端信号处理模块的结构原理图；图3为本发明所述用于移动便携式设备的声信号处理系统的服务器端信号处理模块的结构原理图；图4为本发明所述用于移动便携式设备的声信号处理系统的服务器端显示的结果示意图。
具体实施例方式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器件或具有相同或类似功能的器件。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。按照图1组建本发明的用于移动便携式设备的声信号处理系统，该处理系统包括终端处理子系统1和服务器端处理子系统2。终端处理子系统1包括声信号采集模块3、预处理模块4、终端信号处理模块5、终端显示模块6、终端数据储存模块7、终端数据融合/解算模块8、终端信息模块9、通讯模块 10和终端校准模块11，其中，声信号采集模块3的输出端与预处理模块4的输入端相连，预处理模块4的输出端与终端数据储存模块7和终端信号处理模块5的输入端相连，终端信号处理模块5的输出端与终端数据储存模块7、终端显示模块6、终端数据融合/解算模块8 的输入端相连，终端数据融合/解算模块8的输出端与通讯模块10的输入端相连，终端信息模块9的输出端与终端数据融合/解算模块8的输入端相连，终端校准模块11的输出端与预处理模块4的输入端相连；服务器端处理子系统2包括服务器端数据融合/解算模块12、服务器端信号处理模块13、服务器端显示模块14、服务器端校准模块15、地理信息系统模块16和服务器端数据储存模块17，其中，服务器端数据融合/解算模块12、服务器端校准模块15和地理信息系统模块16的输出端分别与服务器端信号处理模块13的输入端相连，服务器端信号处理模块13的输出端与服务器端数据融合/解算模块12、服务器端显示模块14和服务器端数据储存模块17的输入端分别相连；其中，终端子系统1的通讯模块10与服务器端处理子系统2的服务器端数据融合 /解算模块12相连接。从图2可以看出，终端信号处理模块5包括时间计权模块18、特殊计权模块19、 频率计权模块20、能量计算模块21和倍频程分析模块22，时间计权模块18、特殊计权模块 19、频率计权模块20和能量计算模块21依次串联后与倍频程分析模块22并联。从图3可以看出，服务器端信号处理模块13包括串联而成的声压预测模块23、特殊数据处理&预警模块M和数据压缩模块25。移动便携式设备至少应具有麦克风、计算单元和显示单元，不具备通讯功能的只能实现终端处理子系统1的功能，而具有通讯功能的可实现本发明的全部功能。这里提到的移动便携式设备可以包括但不限于手机、便携式个人电脑、平板电脑、个人数字助理，音乐和视频播放器等。本发明还提供了一种用于移动便携式设备的声信号处理方法，包括以下步骤Si.由终端处理子系统1从终端用户的环境声信号中提取终端用户的本地声特性指标，并上传给服务器端处理子系统2 ；S2.由服务器端处理子系统2获取区域声特性指标，结合接收的本地声特性指标计算出关于终端用户的终端声特性指标，根据终端声特性指标绘制出关于终端用户的噪声空间分布图。步骤Sl中，终端处理子系统1利用移动便携式设备软硬件平台完成对终端用户本地声信号的采集、分析和储存工作，同时在用户授权允许和通讯条件允许下将部分数据上传至服务器端为获得更大范围的声信号特性提供数据分享并可接受服务器端运算得到的更大区域声性能特性数据。声信号采集模块3利用移动便携式设备的麦克风硬件和相应的驱动程序完成对终端周围声音信号的采集工作。考虑目前移动便携式设备中使用的麦克风型号不同以及使用麦克风阵列，可由控制信号选择工作麦克风采集声信号，从而将采集到的声音信号传送至预处理模块4。预处理模块4完成以下三个工作一、根据各种移动便携式设备中使用麦克风的型号不同，依据麦克风的灵敏度和频率特性对采集到的声音信号进行补偿和修正，形成预处理声信号并传送给终端信号处理模块5进行运算；二、根据用户控制信号对采集的原始声信号进行压缩，并将压缩后声信号传送给终端数据储存模块7进行储存；三、根据终端校准模块给出的校准信号对终端处理子系统1设定校准数据。终端信号处理模块5作用是对输入的预处理声信号根据用户控制信号进行所需的各种运算得出本地声特性指标，这些运算结果可通过终端数据储存模块进行保存，通过终端显示模块6将结果显示，也可发送给终端数据融合/解算模块8做进一步数据处理。终端信号处理模块5的具体描述如图2所示，包括以下处理模块倍频程分析模块22根据预处理声信号进行倍频程运算，并将处理结果作为运算本地声特性指标的一部分进行输出，其中倍频程分析模块22的分析过程和方法可参照IECU60 1995标准 (International Electrotechnical Commission 1260，国际电工委员会第 U60 号标准 1995年)执行，但并不限制于此标准，实现1、1/3、1/6、1/12、l/M、1/48、1/96倍频程及FFT 频谱分析。时间计权模块18、频率计权模块20和能量计算模块21参照IEC61672-1 (Inter nationalElectrotechnical Commission 61672-1，国际电工委员会第 61672-1 号标准)执行，但并不限制于此标准，得到的离散数据结果49中包括瞬时声压级Lp、连续等效声压级 Lrai、声暴露级Lse、最大声压级Lmax、最小声压级Lmin等，也将作为运算本地声特性指标的另一部分进行输出。例如在计算T时间A计权连续等效声压级时，采用如下公式进行计算
权利要求
1.一种用于移动便携式设备的声信号处理系统，其特征在于包括终端处理子系统和服务器端处理子系统，所述终端处理子系统包括声信号采集模块、预处理模块、终端信号处理模块、终端显示模块、终端数据储存模块、终端数据融合/解算模块、终端信息模块、通讯模块和终端校准模块，其中，所述声信号采集模块的输出端与所述预处理模块的输入端相连，所述预处理模块的输出端与所述终端数据储存模块和所述终端信号处理模块的输入端相连，所述终端信号处理模块的输出端与所述终端数据储存模块、所述终端显示模块、所述终端数据融合/ 解算模块的输入端相连，所述终端数据融合/解算模块的输出端与所述通讯模块的输入端相连，所述终端信息模块的输出端与所述终端数据融合/解算模块的输入端相连，所述终端校准模块的输出端与所述预处理模块的输入端相连；所述服务器端处理子系统包括服务器端数据融合/解算模块、服务器端信号处理模块、服务器端显示模块、服务器端校准模块、地理信息系统模块和服务器端数据储存模块， 其中，所述服务器端数据融合/解算模块、所述服务器端校准模块和所述地理信息系统模块的输出端分别与所述服务器端信号处理模块的输入端相连，所述服务器端信号处理模块的输出端与所述服务器端数据融合/解算模块、所述服务器端显示模块和所述服务器端数据储存模块的输入端分别相连；其中，所述终端子系统的所述通讯模块与所述服务器端处理子系统的所述服务器端数据融合/解算模块相连接。
2.根据权利要求1所述的用于移动便携式设备的声信号处理系统，其特征在于所述终端信号处理模块包括时间计权模块、特殊计权模块、频率计权模块、能量计算模块和倍频程分析模块，所述时间计权模块、特殊计权模块、频率计权模块和能量计算模块依次串联后与所述倍频程分析模块并联。
3.根据权利要求1所述的用于移动便携式设备的声信号处理系统，其特征在于所述服务器端信号处理模块包括串联而成的声压预测模块、特殊数据处理&预警模块和数据压缩模块。
4.根据权利要求1所述的用于移动便携式设备的声信号处理系统，其特征在于移动便携式设备包括手机、便携式个人电脑、平板电脑、个人数字助理，音乐和视频播放器。
5.权利要求1所述的用于移动便携式设备的声信号处理系统的处理方法，其特征在于，包括以下步骤51.由终端处理子系统从终端用户的环境声信号中提取终端用户的本地声特性指标， 并上传给服务器端处理子系统；52.由所述服务器端处理子系统获取区域声特性指标，结合接收的所述本地声特性指标计算出关于所述终端用户的终端声特性指标，根据所述终端声特性指标绘制出关于所述终端用户的噪声空间分布图。
6.根据权利要求5所述的用于移动便携式设备的声信号处理系统的处理方法，其特征在于所述步骤Sl中，所述终端处理子系统是利用移动便携式设备软硬件平台完成对终端用户本地声信号的采集、分析和储存工作，同时在用户授权允许和通讯条件允许下将部分数据上传至服务器端为获得更大范围的声信号特性提供数据分享并可接受服务器端运算得到的更大区域声性能特性数据，包括以下步骤在声信号采集模块中利用移动便携式设备的麦克风硬件和相应的驱动程序完成对终端周围声音信号的采集工作；在预处理模块中，根据各种移动便携式设备中使用麦克风的型号不同，依据麦克风的灵敏度和频率特性对采集到的声音信号进行补偿和修正，形成预处理声信号并传送给终端信号处理模块进行运算；根据用户控制信号对采集的原始声信号进行压缩，并将压缩后声信号传送给终端数据储存模块进行储存；根据终端校准模块给出的校准信号对终端处理子系统设定校准数据；在终端信号处理模块作用中对输入的预处理声信号根据用户控制信号进行运算得出本地声特性指标，通过终端数据储存模块进行保存、通过终端显示模块将结果显示或者发送给终端数据融合/解算模块做进一步数据处理；在终端显示模块中利用移动便携式设备中的显示屏显示本地声特性指标； 在终端数据储存模块中利用移动便携式设备中的储存介质，根据用户储存控制信号选择对压缩后声信号和声特性处理结果进行保存；在终端数据融合/解算模块中在终端用户授权允许和通讯条件允许下，完成对上传本地的本地声特性指标和终端位置和时间信息的融合和打包，同时对来自与服务器端的回传数据进行解算并将终端周围更大区域的终端声特性指标传送给所述终端显示模块进行显示；在终端信息模块中在终端用户授权允许和通讯条件允许下，利用移动便携式设备现有的硬件资源，将此时终端的位置信号和时间信息传送给终端数据融合/解算模块；在通讯模块中在终端用户授权允许和通讯条件允许下，完成终端数据和服务器端数据的双向传递工作；由终端校准模块根据校准信号对终端处理子系统进行声测量校准，使其可以更加准确的对声音进行测量。
7.根据权利要求6所述的用于移动便携式设备的声信号处理系统的处理方法，其特征在于所述步骤Sl还包括在所述终端信号处理模块的倍频程分析模块中根据预处理声信号进行倍频程运算，并将处理结果作为运算本地声特性指标进行输出，其中倍频程分析模块用于实现1、1/3、1/6、1/12、1/24、1/48、1/96倍频程及FFT频谱分析，时间计权模土夬、频率计权模块和能量计算模块参照IEC61672-ianternational Electrotechnical Commission 61672-1，国际电工委员会第61672-1号标准)执行得到的声特性离散数据结果，并加入到所述本地声特性指标中进行输出，特殊计权模块用于根据用户特殊需要而对所述本地声特性指标进行补偿。
8.根据权利要求5所述的用于移动便携式设备的声信号处理系统的处理方法，其特征在于所述步骤S2中，所述服务器端处理子系统解包来自各个位于不同位置终端上传的信息，包括以下步骤在服务器端数据融合/解算模块中完成对各个终端用户上传数据的解包任务和服务器端最终计算结果的打包压缩任务；在服务器数端信号处理模块中根据各个离散终端提供的声信息，结合服务器端校准模块和地理信息系统模块，完成对各个终端用户所在更大区域的声特性融合与预测，并回传给服务器端数据融合/解算模块；在服务器端显示模块结合区域声特性指标和地理特性信息进行显示； 在服务器端校准模块中利用现有社会公共资源，包括标准噪声检测站，为整个测量系统提供可靠而准确的分布声信息，该模块依靠精密专业的声采集和分析系统，对周围声信号进行准确的测量并将此数据回传至服务器端信号处理模块以供其在这些精确测试系统所在位置处校准声信号数据使整个预测更加准确；在地理信息系统模块中提供地理信息系统数据，使其可以根据不同的地形地貌和地上建筑物更加准确的预测声压；在服务器端数据储存模块中完成服务器端区域声信号特性压缩数据的保存。
9.根据权利要求8所述的用于移动便携式设备的声信号处理系统的处理方法，其特征在于所述步骤S2还包括所述服务器端信号处理模块中的声压预测模块完成所述更大区域的声场特性融合与预测的工作，特殊数据处理和预警模块可根据计算得到的区域声性能结果根据之前设定的门限预警高声压区域，起到实时监测和预警各类灾害的作用，同时可以根据用户提供的猝发高声压信号数据及地点时间信息定位出具体发生高声压所在区域， 完成对社会事件和监控和预警，并将这些处理数据经过数据压缩模块打包压缩成服务器端区域声信号特性压缩数据发送给服务器端数据存储模块进行保存，同时就将包括完整信息的服务器端区域声信号特性数据直接发送给服务器端显示模块进行显示，并将终端用户关注的数据经过数据链回传给终端用户。
全文摘要
一种用于移动便携式设备的声信号处理系统及其处理方法，利用现有移动便携式设备上具有的麦克风采集当前移动设备周围声音信号和运算单元计算此时环境的多项声特性指标，通过显示屏将各种分析结果和图形显示，并针对分析结果给出用户建议。如果移动便携式设备具有通讯网络，则本发明还能够将分析结果和此时移动设备所处的方位传送给服务器，后者可以利用各个用户回传的数据结合地理信息系统预测并绘制出更大区域内的声分布图，并可以将汇总结果回传给各个用户供其使用，为大区域噪声实时监测、分析和预警。
文档编号H04M1/725GK102158470SQ20111003268
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者杨益, 韦峻峰 申请人:韦峻峰