一种尖锐声音检测方法和系统与流程

本发明涉及声音信号处理领域，具体涉及一种尖锐声音检测方法和系统。

（二）

背景技术：

在日常生活中，有些突发事件会产生尖锐声音，对其进行检测分析可以推送报警信息给用户，可以有效预防异常事件。例如，ATM自助银行内客户被抢劫时、宾馆内客户遭遇人身伤害时发出的尖叫呼喊声，均可通过尖锐声检测手段进行实时检测报警，从而降低用户人身安全威胁和减少财产损失。常规尖锐声检测的方法是对声音信号进行特征提取，训练模型，模型匹配，但是此类方法复杂度较高，很难集成到小资源嵌入式设备中。尖锐声音区别于普通说话声主要为能量较大和频率较高，同时平稳状态相对普通说话声持续时间更长，本发明充分利用尖锐声特点，完全在时域进行处理，且复杂度较低。

生成声音分类器和检测异常声音的方法和设备及监视系统CN201210093171.4，其采用频域变换提取特征值和设计分类器为基础，其复杂度较高，在资源紧张的嵌入式设备中很难集成；且其训练模型需要大量数据，不同类型异常声音需要单独训练，设备集成工作量较大。

（三）

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足之处，提供一种尖锐声音检测方法和系统，该方法及系统通过对时域信号的处理来检测尖锐声音，例如碎玻璃，尖叫等声音均可触发尖锐声报警，简单方便。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种尖锐声音检测系统，包括通用模块，该通用模块包括：

分帧模块：对声音信号s(n)进行分帧，分帧后信号用frame(n)表示；

帧信号RMS能量模块：计算一帧信号RMS值，记为frame_energy，

其特殊之处在于：还包括：

背景噪声超时未更新检测模块：设置计时器，若超过一定时间timeout_th还未更新背景噪声，则强制把当前帧信号RMS能量更新为背景噪声能量；

背景噪声判定模块：通过计算背景噪声缓冲区均值估计背景噪声，通过当前帧信号RMS能量与估计的背景噪声做差，差值大于一定门限则认为当前帧为异常声音信号帧；否则为背景噪声帧；

更新背景噪声能量模块：当前帧为背景噪声帧，则将当前帧信号RMS能量更新到背景噪声缓冲区中；

削波偏移模块：把背景噪声缓冲区均值取指数，变换到采样点幅值数值，再加上一个固定偏移值zcr_shift_fix，得到削波偏移值zcr_shift；

削波过零率模块：对帧信号frame(n)以削波偏移量zcr_shift进行削波处理，得到削波信号frame_clip(n)，然后求削波信号frame_clip(n)的过零率，得到削波过零率zcr_clip；

均值方差模块：把当前帧计算的削波过零率zcr_clip更新到削波过零率缓冲区zcr_clip_buf中，并计算其均值zcr_mean、方差zcr_var；

宽窄条件判别模块：根据当前帧信号RMS能量值大小区分为宽/窄条件进一步判别，若当前帧信号RMS能量大于门限zcr_energy_th，则进行宽条件判别，对应判别条件相对宽松；否则进行窄条件判别，对应判别条件相对严格；

宽条件判别模块：若zcr_mean> zcr_mean_th1，zcr_var<zcr_var_th1，signal_energy-bg_energy_avg>zcr_energy_diff_th1，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，否则t_count1=0，其中，signal_energy为当前帧信号RMS能量，bg_energy_avg为背景噪声缓冲区均值，zcr_energy_diff_th为差值门限，t_count1为陡升连续帧计数器；

窄条件判别模块：若zcr_mean>zcr_mean_th2，zcr_var<zcr_var_th2，signal_energy - bg_energy_avg > zcr_energy_diff_th2，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，否则t_count1=0；

尖锐声连续帧判别模块：若t_count1 > t_count_th1，则认为已经有连续t_count1帧的信号为尖锐声信号，可以判断有尖锐声情况；

输出尖锐声报警信号模块：输出尖锐声报警信号。

其中，背景噪声判定模块：判定当前帧是背景噪声还是异常声音信号时，若frame_energy-bg_energy_avg>bg_update_th，则bg_flag=0，表示当前帧信号不是背景噪声，否则bg_flag=1，表示当前帧信号为背景噪声。

一种尖锐声音检测方法，包括以下步骤：

S101：获取音频流数据s(n)；

S102：对声音信号s(n)进行分帧， 分帧后信号为frame(n)；

S103：帧信号RMS能量，计算一帧信号RMS值，通过计算帧信号frame(n)的RMS激励平均值，在量化位数上归一化，并且取对数，即可得到帧信号RMS能量，记为frame_energy；

S104：设置计时器，若超过一定时间timeout_th还未更新背景噪声，则强制把当前帧信号RMS能量更新为背景噪声能量；

S105：背景噪声判定，通过计算背景噪声缓冲区均值估计背景噪声，通过当前帧信号RMS能量与估计的背景噪声做差，差值大于一定门限则认为当前帧为异常声音信号帧，否则为背景噪声帧，当前帧信号不是背景噪声，执行S106；当前帧信号为背景噪声，执行S114；

S114：当前帧信号为背景噪声，则将当前帧信号RMS能量更新到背景噪声缓冲区中，下一步跳转至S115；

S106：削波偏移：把背景噪声缓冲区均值取指数，变换到采样点幅值数值，再加上一个固定偏移值zcr_shift_fix，即可得到削波偏移值zcr_shift，此步骤可以看作202 帧信号RMS能量的逆运算，

下一步执行S107；

S107：对帧信号frame(n)以削波偏移量zcr_shift进行削波处理，得到削波信号frame_clip(n)，然后求削波信号frame_clip(n)的过零率，即可得到削波过零率zcr_clip，

下一步执行S108；

S108：均值方差：把当前帧计算的削波过零率zcr_clip更新到削波过零率缓冲区zcr_clip_buf中，并计算其均值zcr_mean、方差zcr_var，

下一步执行S109；

S109：宽窄条件判别，根据当前帧信号RMS能量值大小区分为宽/窄条件进一步判别，若当前帧信号RMS能量大于门限zcr_energy_th，则进行宽条件判别，跳转至S110；否则进行窄条件判别，跳转至S111；

S110：宽条件判别，若zcr_mean>zcr_mean_th1，zcr_var<zcr_var_th1，signal_energy-bg_energy_avg>zcr_energy_diff_th1，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115；

S111：窄条件判别，若zcr_mean>zcr_mean_th2，zcr_var<zcr_var_th2，signal_energy - bg_energy_avg > zcr_energy_diff_th2，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115；

S112：尖锐声连续帧判别：若t_count1 > t_count_th1，则认为已经有连续t_count1帧的信号为尖锐声信号，可以判断有尖锐声情况，下一步执行S113，否则执行S115；

S113：输出尖锐声报警信号，

下一步执行S115；

S115：结束，当前帧信号处理结束，转至下一帧处理。

其中，

步骤S102中，对声音信号s(n)进行分帧时，分帧采用10-30ms作为帧长，帧移为0，

步骤S103中，量化位数dig_bit=8-32，

步骤S104中，若超过timeout_th=1-1000还未更新背景噪声，则强制把当前帧信号RMS能量更新为背景噪声。

步骤S105中， bg_update_th=0.1-20（dbfs）。

步骤S114中，背景噪声缓冲区长度bg_buf_len=1-50。

步骤S106中，固定偏移值zcr_shift_fix=50-500。

步骤S109中，门限zcr_energy_th=60-95。

步骤S110中，zcr_mean_th1=0.2-0.4，zcr_var_th1=0.015-0.025，zcr_energy_diff_th1=6-12。

步骤S111中，zcr_mean_th2=0.35-0.42，zcr_var_th2=0.005-0.015，zcr_energy_diff_th2=13-20。

步骤S112中， t_count_th1=1-20。

本发明的有益效果：

本发明全部处理过程在时域，相比现有技术的频域处理，运算量小，复杂度低，可以有效集成到大多数嵌入式设备，应用范围广；

本发明将背景噪声和声音信号能量简单分离，只对非背景噪声信号进行尖锐声检测，大大降低了误报率，同时采用多级判别方法、宽窄条件判别方法提高检测准确性；

本发明提出的时域削波过零率尖锐声检测算法，结合其均值、方差、能量综合判决，算法简单实用，实时性高，可以有效检测玻璃破碎，尖叫，警报等尖锐声音。

（四）附图说明

附图1为本发明流程图；

附图2为本发明的结构框图，

图中， 201分帧模块，202帧信号RMS能量模块，203背景噪声超时未更新检测模块，204背景噪声判定模块，205更新背景噪声能量模块，206削波偏移模块，207削波过零率模块，208均值方差模块，209宽窄条件判别模块，210宽条件判别模块，211窄条件判别模块，212尖锐声连续帧判别模块，213输出尖锐声报警信号模块。

（五）具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不限于这些实施例。

实施例1

本发明模块全部在时域处理，不涉及频域变换，相对复杂度低，运算速度快，主要有：

分帧模块201：声音信号s(n)包含语音信号，由于语音信号具有10ms-30ms的短时平稳性，所以分帧采用20ms作为帧长，帧移为0，分帧后信号用frame(n)表示，因为处理完全是时域处理，所以使用矩形窗分帧即可。

帧信号RMS能量模块202：计算一帧信号RMS值，通过计算帧信号frame(n)的RMS激励平均值，在量化位数上归一化，并且取对数，即可得到帧信号RMS能量，记为frame_energy。

背景噪声超时未更新检测模块203：若长时间未更新背景噪声，可能由于背景噪声误判为异常声音信号导致无法更新背景噪声，所以需要设置一个计时器，若超过一定时间timeout_th，则强制把当前帧信号RMS能量更新为背景噪声能量。

背景噪声判定模块204：此模块主要功能是判定当前帧是背景噪声还是异常声音信号，方法为通过计算背景噪声缓冲区均值估计背景噪声，通过当前帧信号RMS能量与估计的背景噪声做差，差值大于一定门限则认为当前帧为异常声音信号帧，否则为背景噪声帧。具体公式如下：

如果 frame_energy-bg_energy_avg>bg_update_th，则bg_flag=0，表示当前帧信号不是背景噪声，否则bg_flag=1，表示当前帧信号为背景噪声。其中bg_energy_avg表示背景噪声缓冲区均值，bg_update_th表示门限值。

更新背景噪声能量模块205：如果bg_flag=1，则将当前帧信号RMS能量更新到背景噪声缓冲区中。

削波偏移模块206：为了计算更准确的过零率，把背景噪声缓冲区均值取指数，变换到采样点幅值数值，再加上一个固定偏移值zcr_shift_fix，即可得到削波偏移值zcr_shift，此步骤可以看作帧信号RMS能量的逆运算。

削波过零率模块207：过零率表示一帧声音信号中波形穿过零电平的次数，过零率在一定程度上可以反应声音信号在频域的能量分布最大值；削波过零率为削波信号的过零率，并且在帧长N上进行归一化处理，具体的，对帧信号frame(n)以削波偏移量zcr_shift进行削波处理，得到削波信号frame_clip(n)，然后求削波信号frame_clip(n)的过零率，即可得到削波过零率zcr_clip。

均值方差模块208：把当前帧计算的削波过零率zcr_clip更新到削波过零率缓冲区zcr_clip_buf中，并计算其均值zcr_mean、方差zcr_var。

宽窄条件判别模块209：根据当前帧信号RMS能量值大小区分为宽/窄条件进一步判别，若当前帧信号RMS能量大于门限zcr_energy_th，则进行宽条件判别，对应判别条件相对宽松；否则进行窄条件判别，对应判别条件相对严格。

宽条件判别模块210：宽条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th1，zcr_var<zcr_var_th1，signal_energy-bg_energy_avg>zcr_energy_diff_th1，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，否则t_count1=0。

窄条件判别模块211：窄条件判别方法主要有三部分共同作用，只不过三个条件门限值zcr_mean_th2、zcr_var_th2、zcr_energy_diff_th2比zcr_mean_th1、zcr_var_th1、zcr_energy_diff_th1更加严格，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th2，zcr_var<zcr_var_th2，signal_energy - bg_energy_avg > zcr_energy_diff_th2，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，否则t_count1=0。

尖锐声连续帧判别模块212：若t_count1 > t_count_th1，则认为已经有连续t_count1帧的信号为尖锐声信号，可以判断有尖锐声情况。

输出尖锐声报警信号模块213：输出尖锐声报警信号。

本发明具体实施例，采样率8kHz，16bit量化，声音信号帧长20ms，即160个采样点。

S101：通常在此步骤获取音频流数据s(n)；下一步执行S102。

S102：分帧，采用20ms作为帧长，帧移为0，帧长N=160，使用矩形窗分帧，分帧后信号为frame(n)。

下一步执行S103。

S103：帧信号RMS能量，计算一帧信号RMS值，通过计算帧信号frame(n)的RMS激励平均值，量化位数16，进行归一化，并且取对数，即可得到帧信号RMS能量，记为frame_energy。

下一步执行S104。

S104：背景噪声超时未更新检测，若长时间未更新背景噪声，可能由于背景噪声误判为异常声音信号导致无法更新背景噪声，所以需要设置一个计时器，若超过帧数timeout_th=500（500帧为10秒）还未更新背景噪声，则跳转到S114，否则执行S105。

S105：背景噪声判定，此模块主要功能是判定当前帧是背景噪声还是异常声音信号，方法为通过计算背景噪声缓冲区均值估计背景噪声，通过当前帧信号RMS能量与估计的背景噪声做差，差值大于一定门限则认为当前帧为异常声音信号帧，否则为背景噪声帧。具体的：如果 frame_energy-bg_energy_avg>bg_update_th，则bg_flag=0，表示当前帧信号不是背景噪声，执行S106；否则bg_flag=1，表示当前帧信号为背景噪声，执行S114；，在本实施例中取bg_update_th=3（dbfs），bg_energy_avg表示背景噪声缓冲区均值，frame_energy为帧信号RMS能量。

S114：更新背景噪声能量：如果bg_flag=1，则将当前帧信号RMS能量更新到背景噪声缓冲区中，在本实施例中，背景噪声缓冲区长度bg_buf_len=5。

下一步跳转至S115。

S106：削波偏移：为了计算更准确的过零率，把背景噪声缓冲区均值取指数，变换到采样点幅值数值，再加上一个固定偏移值zcr_shift_fix，即可得到削波偏移值zcr_shift，此步骤可以看作202 帧信号RMS能量的逆运算。在本实施例中固定偏移值zcr_shift_fix=100。

下一步执行S107。

S107：削波过零率：过零率表示一帧声音信号中波形穿过零电平的次数，过零率在一定程度上可以反应声音信号在频域的能量分布最大值；削波过零率为削波信号的过零率，并且在帧长N=160上进行归一化处理，具体的，对帧信号frame(n)以削波偏移量zcr_shift进行削波处理，得到削波信号frame_clip(n)，然后求削波信号frame_clip(n)的过零率，即可得到削波过零率zcr_clip。

下一步执行S108。

S108：均值方差：把当前帧计算的削波过零率zcr_clip更新到削波过零率缓冲区zcr_clip_buf中，并计算其均值zcr_mean、方差zcr_var。

下一步执行S109。

S109：宽窄条件判别，根据当前帧信号RMS能量值大小区分为宽/窄条件进一步判别，若当前帧信号RMS能量大于门限zcr_energy_th=93，则进行宽条件判别，跳转至S110，对应判别条件相对宽松；否则进行窄条件判别，跳转至S111，对应判别条件相对严格。

S110：宽条件判别，宽条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th1，zcr_var<zcr_var_th1，signal_energy-bg_energy_avg>zcr_energy_diff_th1，其中zcr_mean_th1=0.3，zcr_var_th1=0.02，zcr_energy_diff_th1=10，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S111：窄条件判别，窄条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th2，zcr_var<zcr_var_th2，signal_energy - bg_energy_avg > zcr_energy_diff_th2，其中zcr_mean_th2=0.38，zcr_var_th2=0.01，zcr_energy_diff_th2=15，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S112：尖锐声连续帧判别：若t_count1 > t_count_th1，则认为已经有连续t_count1帧的信号为尖锐声信号，可以判断有尖锐声情况，下一步执行S113，否则执行S115。其中t_count_th1=5。

S113：输出尖锐声报警信号，可以是高低电平信号，也可以是标志位。

下一步执行S115。

S115：结束，当前帧信号处理结束，可以转至下一帧处理。

实施例2

本发明具体实施例，采样率11.025 kHz，8bit量化，声音信号帧长10ms，即110个采样点。

S101：通常在此步骤获取音频流数据s(n)；下一步执行S102。

S102：分帧，采用10ms作为帧长，帧移为0，帧长N=110，使用矩形窗分帧，分帧后信号为frame(n)。

下一步执行S103。

S103：帧信号RMS能量，计算一帧信号RMS值，通过计算帧信号frame(n)的RMS激励平均值，量化位数8，进行归一化，并且取对数，即可得到帧信号RMS能量，记为frame_energy。

下一步执行S104。

S104：背景噪声超时未更新检测，若长时间未更新背景噪声，可能由于背景噪声误判为异常声音信号导致无法更新背景噪声，所以需要设置一个计时器，若超过帧数timeout_th=450（450帧为4.5秒）还未更新背景噪声，则跳转到S114，否则执行S105。

S105：背景噪声判定，此模块主要功能是判定当前帧是背景噪声还是异常声音信号，方法为通过计算背景噪声缓冲区均值估计背景噪声，通过当前帧信号RMS能量与估计的背景噪声做差，差值大于一定门限则认为当前帧为异常声音信号帧，否则为背景噪声帧。具体的：如果 frame_energy-bg_energy_avg>bg_update_th，则bg_flag=0，表示当前帧信号不是背景噪声，执行S106；否则bg_flag=1，表示当前帧信号为背景噪声，执行S114；，在本实施例中取bg_update_th=2（dbfs），bg_energy_avg表示背景噪声缓冲区均值，frame_energy为帧信号RMS能量。

S114：更新背景噪声能量：如果bg_flag=1，则将当前帧信号RMS能量更新到背景噪声缓冲区中，在本实施例中，背景噪声缓冲区长度bg_buf_len=3。

下一步跳转至S115。

S106：削波偏移：为了计算更准确的过零率，把背景噪声缓冲区均值取指数，变换到采样点幅值数值，再加上一个固定偏移值zcr_shift_fix，即可得到削波偏移值zcr_shift，此步骤可以看作202 帧信号RMS能量的逆运算。在本实施例中固定偏移值zcr_shift_fix=90。

下一步执行S107。

S107：削波过零率：过零率表示一帧声音信号中波形穿过零电平的次数，过零率在一定程度上可以反应声音信号在频域的能量分布最大值；削波过零率为削波信号的过零率，并且在帧长N=110上进行归一化处理，具体的，对帧信号frame(n)以削波偏移量zcr_shift进行削波处理，得到削波信号frame_clip(n)，然后求削波信号frame_clip(n)的过零率，即可得到削波过零率zcr_clip。

下一步执行S108。

S108：均值方差：把当前帧计算的削波过零率zcr_clip更新到削波过零率缓冲区zcr_clip_buf中，并计算其均值zcr_mean、方差zcr_var。

下一步执行S109。

S109：宽窄条件判别，根据当前帧信号RMS能量值大小区分为宽/窄条件进一步判别，若当前帧信号RMS能量大于门限zcr_energy_th=90，则进行宽条件判别，跳转至S110，对应判别条件相对宽松；否则进行窄条件判别，跳转至S111，对应判别条件相对严格。

S110：宽条件判别，宽条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th1，zcr_var<zcr_var_th1，signal_energy-bg_energy_avg>zcr_energy_diff_th1，其中zcr_mean_th1=0.2，zcr_var_th1=0.015，zcr_energy_diff_th1=8，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S111：窄条件判别，窄条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th2，zcr_var<zcr_var_th2，signal_energy - bg_energy_avg > zcr_energy_diff_th2，其中zcr_mean_th2=0.35，zcr_var_th2=0.005，zcr_energy_diff_th2=13，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S112：尖锐声连续帧判别：若t_count1 > t_count_th1，则认为已经有连续t_count1帧的信号为尖锐声信号，可以判断有尖锐声情况，下一步执行S113，否则执行S115。其中t_count_th1=3。

S113：输出尖锐声报警信号，可以是高低电平信号，也可以是标志位。

下一步执行S115。

S115：结束，当前帧信号处理结束，可以转至下一帧处理。

其他与实施例1相同。

实施例3

采样率8kHz，24bit量化，声音信号帧长30ms，即240个采样点。

S101：通常在此步骤获取音频流数据s(n)；下一步执行S102。

S102：分帧，采用30ms作为帧长，帧移为0，帧长N=240，使用矩形窗分帧，分帧后信号为frame(n)。

下一步执行S103。

S103：帧信号RMS能量，计算一帧信号RMS值，通过计算帧信号frame(n)的RMS激励平均值，量化位数24，进行归一化，并且取对数，即可得到帧信号RMS能量，记为frame_energy。

下一步执行S104。

S104：背景噪声超时未更新检测，若长时间未更新背景噪声，可能由于背景噪声误判为异常声音信号导致无法更新背景噪声，所以需要设置一个计时器，若超过帧数timeout_th=400（400帧为12秒）还未更新背景噪声，则跳转到S114，否则执行S105。

S105：背景噪声判定，此模块主要功能是判定当前帧是背景噪声还是异常声音信号，方法为通过计算背景噪声缓冲区均值估计背景噪声，通过当前帧信号RMS能量与估计的背景噪声做差，差值大于一定门限则认为当前帧为异常声音信号帧，否则为背景噪声帧。具体的：如果 frame_energy-bg_energy_avg>bg_update_th，则bg_flag=0，表示当前帧信号不是背景噪声，执行S106；否则bg_flag=1，表示当前帧信号为背景噪声，执行S114；，在本实施例中取bg_update_th=5（dbfs），bg_energy_avg表示背景噪声缓冲区均值，frame_energy为帧信号RMS能量。

S114：更新背景噪声能量：如果bg_flag=1，则将当前帧信号RMS能量更新到背景噪声缓冲区中，在本实施例中，背景噪声缓冲区长度bg_buf_len=7。

下一步跳转至S115。

S106：削波偏移：为了计算更准确的过零率，把背景噪声缓冲区均值取指数，变换到采样点幅值数值，再加上一个固定偏移值zcr_shift_fix，即可得到削波偏移值zcr_shift，此步骤可以看作202 帧信号RMS能量的逆运算。在本实施例中固定偏移值zcr_shift_fix=110。

下一步执行S107。

S107：削波过零率：过零率表示一帧声音信号中波形穿过零电平的次数，过零率在一定程度上可以反应声音信号在频域的能量分布最大值；削波过零率为削波信号的过零率，并且在帧长N=240上进行归一化处理，具体的，对帧信号frame(n)以削波偏移量zcr_shift进行削波处理，得到削波信号frame_clip(n)，然后求削波信号frame_clip(n)的过零率，即可得到削波过零率zcr_clip。

下一步执行S108。

S108：均值方差：把当前帧计算的削波过零率zcr_clip更新到削波过零率缓冲区zcr_clip_buf中，并计算其均值zcr_mean、方差zcr_var。

下一步执行S109。

S109：宽窄条件判别，根据当前帧信号RMS能量值大小区分为宽/窄条件进一步判别，若当前帧信号RMS能量大于门限zcr_energy_th=95，则进行宽条件判别，跳转至S110，对应判别条件相对宽松；否则进行窄条件判别，跳转至S111，对应判别条件相对严格。

S110：宽条件判别，宽条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th1，zcr_var<zcr_var_th1，signal_energy-bg_energy_avg>zcr_energy_diff_th1，其中zcr_mean_th1=0.4，zcr_var_th1=0.025，zcr_energy_diff_th1=12，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S111：窄条件判别，窄条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th2，zcr_var<zcr_var_th2，signal_energy - bg_energy_avg > zcr_energy_diff_th2，其中zcr_mean_th2=0.42，zcr_var_th2=0.015，zcr_energy_diff_th2=17，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S112：尖锐声连续帧判别：若t_count1 > t_count_th1，则认为已经有连续t_count1帧的信号为尖锐声信号，可以判断有尖锐声情况，下一步执行S113，否则执行S115。其中t_count_th1=7。

S113：输出尖锐声报警信号，可以是高低电平信号，也可以是标志位。

下一步执行S115。

S115：结束，当前帧信号处理结束，可以转至下一帧处理。

其他与实施例1相同。

实施例4

采样率8kHz，32bit量化，声音信号帧长30ms，即240个采样点。

S101：通常在此步骤获取音频流数据s(n)；下一步执行S102。

S102：分帧，采用30ms作为帧长，帧移为0，帧长N=240，使用矩形窗分帧，分帧后信号为frame(n)。

下一步执行S103。

S103：帧信号RMS能量，计算一帧信号RMS值，通过计算帧信号frame(n)的RMS激励平均值，量化位数32，进行归一化，并且取对数，即可得到帧信号RMS能量，记为frame_energy。

下一步执行S104。

S104：背景噪声超时未更新检测，若长时间未更新背景噪声，可能由于背景噪声误判为异常声音信号导致无法更新背景噪声，所以需要设置一个计时器，若超过帧数timeout_th=1000（1000帧为30秒）还未更新背景噪声，则跳转到S114，否则执行S105。

S105：背景噪声判定，此模块主要功能是判定当前帧是背景噪声还是异常声音信号，方法为通过计算背景噪声缓冲区均值估计背景噪声，通过当前帧信号RMS能量与估计的背景噪声做差，差值大于一定门限则认为当前帧为异常声音信号帧，否则为背景噪声帧。具体的：如果 frame_energy-bg_energy_avg>bg_update_th，则bg_flag=0，表示当前帧信号不是背景噪声，执行S106；否则bg_flag=1，表示当前帧信号为背景噪声，执行S114；，在本实施例中取bg_update_th=20（dbfs），bg_energy_avg表示背景噪声缓冲区均值，frame_energy为帧信号RMS能量。

S114：更新背景噪声能量：如果bg_flag=1，则将当前帧信号RMS能量更新到背景噪声缓冲区中，在本实施例中，背景噪声缓冲区长度bg_buf_len=50。

下一步跳转至S115。

S106：削波偏移：为了计算更准确的过零率，把背景噪声缓冲区均值取指数，变换到采样点幅值数值，再加上一个固定偏移值zcr_shift_fix，即可得到削波偏移值zcr_shift，此步骤可以看作202 帧信号RMS能量的逆运算。在本实施例中固定偏移值zcr_shift_fix=500。

下一步执行S107。

S107：削波过零率：过零率表示一帧声音信号中波形穿过零电平的次数，过零率在一定程度上可以反应声音信号在频域的能量分布最大值；削波过零率为削波信号的过零率，并且在帧长N=240上进行归一化处理，具体的，对帧信号frame(n)以削波偏移量zcr_shift进行削波处理，得到削波信号frame_clip(n)，然后求削波信号frame_clip(n)的过零率，即可得到削波过零率zcr_clip。

下一步执行S108。

S108：均值方差：把当前帧计算的削波过零率zcr_clip更新到削波过零率缓冲区zcr_clip_buf中，并计算其均值zcr_mean、方差zcr_var。

下一步执行S109。

S109：宽窄条件判别，根据当前帧信号RMS能量值大小区分为宽/窄条件进一步判别，若当前帧信号RMS能量大于门限zcr_energy_th=95，则进行宽条件判别，跳转至S110，对应判别条件相对宽松；否则进行窄条件判别，跳转至S111，对应判别条件相对严格。

S110：宽条件判别，宽条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th1，zcr_var<zcr_var_th1，signal_energy-bg_energy_avg>zcr_energy_diff_th1，其中zcr_mean_th1=0.4，zcr_var_th1=0.025，zcr_energy_diff_th1=12，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S111：窄条件判别，窄条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th2，zcr_var<zcr_var_th2，signal_energy - bg_energy_avg > zcr_energy_diff_th2，其中zcr_mean_th2=0.42，zcr_var_th2=0.015，zcr_energy_diff_th2=20，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S112：尖锐声连续帧判别：若t_count1 > t_count_th1，则认为已经有连续t_count1帧的信号为尖锐声信号，可以判断有尖锐声情况，下一步执行S113，否则执行S115。其中t_count_th1=20。

S113：输出尖锐声报警信号，可以是高低电平信号，也可以是标志位。

下一步执行S115。

S115：结束，当前帧信号处理结束，可以转至下一帧处理。

其他与实施例1相同。

实施例5

本发明具体实施例，采样率11.025 kHz，16bit量化，声音信号帧长20ms，即220个采样点。

S101：通常在此步骤获取音频流数据s(n)；下一步执行S102。

S102：分帧，采用20ms作为帧长，帧移为0，帧长N=220，使用矩形窗分帧，分帧后信号为frame(n)。

下一步执行S103。

S103：帧信号RMS能量，计算一帧信号RMS值，通过计算帧信号frame(n)的RMS激励平均值，量化位数16，进行归一化，并且取对数，即可得到帧信号RMS能量，记为frame_energy。

下一步执行S104。

S104：背景噪声超时未更新检测，若长时间未更新背景噪声，可能由于背景噪声误判为异常声音信号导致无法更新背景噪声，所以需要设置一个计时器，若超过帧数timeout_th=1（1帧为0.02秒）还未更新背景噪声，则跳转到S114，否则执行S105。

S105：背景噪声判定，此模块主要功能是判定当前帧是背景噪声还是异常声音信号，方法为通过计算背景噪声缓冲区均值估计背景噪声，通过当前帧信号RMS能量与估计的背景噪声做差，差值大于一定门限则认为当前帧为异常声音信号帧，否则为背景噪声帧。具体的：如果 frame_energy-bg_energy_avg>bg_update_th，则bg_flag=0，表示当前帧信号不是背景噪声，执行S106；否则bg_flag=1，表示当前帧信号为背景噪声，执行S114；，在本实施例中取bg_update_th=0.1（dbfs），bg_energy_avg表示背景噪声缓冲区均值，frame_energy为帧信号RMS能量。

S114：更新背景噪声能量：如果bg_flag=1，则将当前帧信号RMS能量更新到背景噪声缓冲区中，在本实施例中，背景噪声缓冲区长度bg_buf_len=1。

下一步跳转至S115。

S106：削波偏移：为了计算更准确的过零率，把背景噪声缓冲区均值取指数，变换到采样点幅值数值，再加上一个固定偏移值zcr_shift_fix，即可得到削波偏移值zcr_shift，此步骤可以看作202 帧信号RMS能量的逆运算。在本实施例中固定偏移值zcr_shift_fix=50。

下一步执行S107。

S107：削波过零率：过零率表示一帧声音信号中波形穿过零电平的次数，过零率在一定程度上可以反应声音信号在频域的能量分布最大值；削波过零率为削波信号的过零率，并且在帧长N=220上进行归一化处理，具体的，对帧信号frame(n)以削波偏移量zcr_shift进行削波处理，得到削波信号frame_clip(n)，然后求削波信号frame_clip(n)的过零率，即可得到削波过零率zcr_clip。

下一步执行S108。

S108：均值方差：把当前帧计算的削波过零率zcr_clip更新到削波过零率缓冲区zcr_clip_buf中，并计算其均值zcr_mean、方差zcr_var。

下一步执行S109。

S109：宽窄条件判别，根据当前帧信号RMS能量值大小区分为宽/窄条件进一步判别，若当前帧信号RMS能量大于门限zcr_energy_th=60，则进行宽条件判别，跳转至S110，对应判别条件相对宽松；否则进行窄条件判别，跳转至S111，对应判别条件相对严格。

S110：宽条件判别，宽条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th1，zcr_var<zcr_var_th1，signal_energy-bg_energy_avg>zcr_energy_diff_th1，其中zcr_mean_th1=0.2，zcr_var_th1=0.02，zcr_energy_diff_th1=6，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S111：窄条件判别，窄条件判别方法主要有三部分共同作用，具体的，若zcr_mean>zcr_mean_th2，zcr_var<zcr_var_th2，signal_energy - bg_energy_avg > zcr_energy_diff_th2，其中zcr_mean_th2=0.40，zcr_var_th2=0.01，zcr_energy_diff_th2=17，以上三个条件同时满足则t_count1=t_count1+1，执行S112；否则t_count1=0，跳转至S115。

S112：尖锐声连续帧判别：若t_count1 > t_count_th1，则认为已经有连续t_count1帧的信号为尖锐声信号，可以判断有尖锐声情况，下一步执行S113，否则执行S115。其中t_count_th1=1。

S113：输出尖锐声报警信号，可以是高低电平信号，也可以是标志位。

下一步执行S115。

S115：结束，当前帧信号处理结束，可以转至下一帧处理。

其他与实施例1相同。