一种声音信号处理方法及装置与流程

本发明涉及声音信号处理，特别是涉及一种声音信号处理方法及装置。

背景技术：

1、咳嗽(cough)是一种呼吸道常见症状，由于气管、支气管黏膜或胸膜受炎症、异物、物理或化学性刺激引起，表现先是声门关闭、呼吸机收缩、肺内压升高，然后声门张开，肺内空气喷射而出，通常伴随声音。咳嗽具有清除呼吸道异物和分泌物的保护性作用。如果咳嗽不停，由急性转为慢性，常给患者带来很大的痛苦，如胸闷、咽痒、喘气等。咳嗽可伴随咳痰。

2、咳嗽中蕴含有大量的人体生理信息，确定咳嗽事件的频率及咳嗽事件的能量，可以为咳嗽检测设备的制备提供可靠的数据依据。但是，目前人们只能够采集到咳嗽的声音数据，而无法得到该数据中包含的咳嗽事件的数量，也无法分析这些咳嗽事件的强弱，因此，如何精确确定咳嗽数据中的咳嗽事件数量及确定其强度是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种声音信号处理方法及装置，能够精确确定咳嗽数据中的咳嗽事件数量及确定其强度。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种声音信号处理方法，包括：

4、获取咳嗽信号；

5、对所述咳嗽信号进行降噪处理，得到降噪后的咳嗽信号；

6、确定降噪后的咳嗽信号的短时能量得到短时能量信号，并基于所述短时能量信号生成短时能量图；

7、确定所述短时能量图中每一短时能量信号的目标开始点和目标结束点；

8、将所述短时能量信号的目标开始点和目标结束点反馈至降噪后的咳嗽信号上，得到咳嗽事件；

9、对咳嗽事件进行数量统计，得到咳嗽事件的数量；

10、确定每个咳嗽事件的能量得到每个咳嗽事件对应的能量值。

11、优选地，所述确定降噪后的咳嗽信号的短时能量得到短时能量信号，并基于所述短时能量信号生成短时能量图，具体包括：

12、确定降噪后的咳嗽信号的采样频率，并基于所述采样频率得到目标频率；所述目标频率小于所述采样频率；

13、基于所述目标频率对降噪后的咳嗽信号进行降采样，得到降采样后的咳嗽信号；

14、获取分帧窗函数；

15、基于所述分帧窗函数和预设帧移对降采样后的咳嗽信号进行分帧处理，得到多个帧数据；其中，每一帧数据中的数据量与预设帧长值相等；

16、基于帧数据的帧数、帧数据的帧长、帧数据的帧移和所述目标频率确定各帧数据对应的时间；

17、对帧数据中的每一数据进行幅值平方求和，得到每帧数据对应的能量；

18、基于每帧数据对应的能量生成能量集合，并基于所述能量集合得到所述短时能量信号；

19、基于各帧数据对应的时间和所述短时能量信号生成所述短时能量图。

20、优选地，所述确定所述短时能量图中每一短时能量信号的目标开始点和目标结束点，具体包括：

21、获取初始阈值；

22、对所述短时能量信号中大于所述初始阈值的峰值进行检测，得到峰值点；

23、判断所述峰值点中相邻的两个峰值点是否属于同一咳嗽事件，得到第一判断结果；

24、当所述第一判断结果为所述峰值点中相邻的两个峰值点属于同一咳嗽事件，则舍弃相邻的两个峰值点中值小的峰值点得到更新峰值点；当所述第一判断结果为所述峰值点中相邻的两个峰值点不属于同一咳嗽事件，则将相邻的两个峰值点均作为更新峰值点；

25、以每一所述更新峰值点为基础，按预设方向和预设时间步长查找每一所述更新峰值点的起始点和结束点；所述起始点和所述结束点均为所述更新峰值点的斜率的绝对值最小的点；

26、基于所述起始点确定所述短时能量图中每一短时能量信号的目标开始点，并基于所述结束点确定所述短时能量图中每一短时能量信号的目标结束点。

27、优选地，所述将所述短时能量信号的目标开始点和目标结束点反馈至降噪后的咳嗽信号上，得到咳嗽事件，具体包括：

28、确定短时能量的目标开始点和目标结束点分别对应的开始时间点和结束时间点；

29、按预设方向，将距当前开始时间点第一预设长度的点确定为咳嗽事件的初始点；

30、判断当前结束时间点和下一个开始时间点之间的时间长度是否大于三倍的第一预设长度，得到第二判断结果；所述下一个开始时间点为与当前开始时间点相邻的开始时间点；

31、若所述第二判断结果为大于，则按预设方向，将距当前结束时间点第二预设长度的点确定为当前咳嗽事件的终止点；所述当前咳嗽事件的终止点作为下一咳嗽时间的初始点；

32、若所述第二判断结果为小于，则确定当前结束时间点和下一开始时间点之间的中点为当前咳嗽事件的终止点。

33、优选地，所述确定每个咳嗽事件的能量得到每个咳嗽事件对应的能量值，具体包括：

34、确定所述咳嗽信号的时间长度；

35、根据所述时间长度和所述咳嗽事件的数量确定目标单位时间内的咳嗽数量；

36、基于所述目标单位时间内的咳嗽数量对每个咳嗽事件中包含的点进行累积平方求和，得到所述每个咳嗽事件对应的能量值。

37、优选地，所述获取咳嗽信号，之前还包括：

38、确定待采集的咳嗽类型，基于所述咳嗽类型在目标场所确定待采集人群；

39、获取所述待采集人群的基本信息，并设定筛选条件；

40、基于设定的所述筛选条件和所述基本信息对所述待采集人群进行筛选，得到待采集对象；

41、确定采样时长和采样地点，并在所述采样地点判断是否对所述待采集对象进行数据采集，得到第三判断结果；

42、当所述第三判断结果为对所述待采集对象进行数据采集，则通过声音采集设备对所述待采集对象进行咳嗽信号的采集，得到所述咳嗽信号；

43、当所述第三判断结果为不对所述待采集对象进行数据采集，则提醒所述待采集对象进行位置调整，位置调整完成后，通过所述声音采集设备对所述待采集对象进行咳嗽信号的采集，得到所述咳嗽信号。

44、优选地，所述对所述咳嗽信号进行降噪处理，得到降噪后的咳嗽信号，具体包括：

45、选取小波包分解的类型，并确定所述咳嗽信号的采样频率；

46、根据所述咳嗽信号的采样频率确定小波包的分解层数；

47、基于所述小波包分解的类型、所述咳嗽信号的采样频率和所述小波包的分解层数对所述咳嗽信号进行小波包分解得到分解后的咳嗽信号；

48、确定咳嗽的频率范围，并基于所述频率范围对分解后的咳嗽信号进行重构得到重构后的信号，确定重构后的信号为降噪后的咳嗽信号。

49、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

50、本发明提供的声音信号处理方法，先对获取的咳嗽信号进行降噪处理得到降噪后的咳嗽信号，接着，确定降噪后的咳嗽信号的短时能量得到短时能量信号，并基于短时能量信号生成短时能量图；然后，在确定短时能量图中每一短时能量信号的目标开始点和目标结束点后，基于确定的目标开始点和目标结束点反馈至降噪后的咳嗽信号上，得到咳嗽事件；最后，对咳嗽事件进行数量统计得到咳嗽事件的数量，并确定每个咳嗽事件的能量得到每个咳嗽事件对应的能量值，以实现精确确定咳嗽数据中的咳嗽事件数量及确定其强度的目的。

51、本发明还提供了一种声音信号处理装置，该装置包括：

52、声音采集设备，用于采集咳嗽信号；

53、存储设备，用于存储计算机控制程序；

54、处理设备，分别与所述声音采集设备和所述存储设备连接，用于基于所述咳嗽信号调取并执行所述计算机控制程序，以实施上述提供的声音信号处理方法，得到咳嗽事件的数量和能量值。

55、优选地，所述处理设备包括：

56、咳嗽信号获取模块，用于获取咳嗽信号；

57、降噪处理模块，用于对所述咳嗽信号进行降噪处理，得到降噪后的咳嗽信号；

58、短时能量图生成模块，用于确定降噪后的咳嗽信号的短时能量得到短时能量信号，并基于所述短时能量信号生成短时能量图；

59、目标开始结束点确定模块，用于确定所述短时能量图中每一短时能量信号的目标开始点和目标结束点；

60、咳嗽事件确定模块，用于将所述短时能量信号的目标开始点和目标结束点反馈至降噪后的咳嗽信号上，得到咳嗽事件；

61、咳嗽事件数量确定模块，用于对咳嗽事件进行数量统计，得到咳嗽事件的数量；

62、能量值确定模块，用于确定每个咳嗽事件的能量得到每个咳嗽事件对应的能量值。

63、优选地，所述存储设备为计算机可读存储介质。

64、因本发明提供的声音信号处理装置达到的技术效果与本发明上述提供的声音信号处理方法达到的技术效果相同，故在此不再进行赘述。