基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制方法、系统及介质与流程

本发明涉及航空通信，具体涉及基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制方法、系统及介质。

背景技术：

1、为了让飞行员确认说出的话音已被麦克风采集，民航客机驾驶舱音频系统通常具有侧音(自听音)功能，将麦克风采集到的声音通过驾驶舱里的扬声器播放出来。驾驶舱麦克风、音频设备内部的功放、扬声器和驾驶舱空间环境(声场)构成一个典型的生反馈系统，由于驾驶舱的狭小、密闭，扬声器与麦克风距离通常很近，因此极易产生“啸叫”现象。

2、啸叫的发生严重影响了机载音频系统的可用性，影响飞行员的正常操作，对飞行安全造成严重影响。大功率的啸叫音甚至有可能会烧毁音频系统的功放和扬声器。因此，防啸叫是民用飞机驾驶舱音频系统设计中的一项非常重要的考虑因素。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：扬声器到麦克风的声音传播主径和副径(声音传播最短和次短的直视径)导致飞机驾驶舱啸叫影响较大，本发明目的在于提供基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制方法、系统及介质，在侧音激活前估计出麦克风在不同位置点的声音传播主径时延和副径时延，然后调用适当的防啸叫自适应滤波器对麦克风输入信号进行滤波处理，以抑制啸叫的产生。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本方案提供基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制方法，包括：

4、步骤一：在地面维护过程，估计出麦克风在不同位置点声音传播的主径时延和副径时延，由各位置点的主径时延和副径时延构成时延库，并训练出各位置点对应的防啸叫自适应滤波器；

5、步骤二：在飞机飞行过程，基于机载设备的音频数据估计出声音传播的主径时延i1和副径时延i2，在时延库中搜索出与主径时延i1和副径时延i2最接近的位置点j，调取位置点j对应的防啸叫自适应滤波器对麦克风输入信号进行滤波。

6、本方案工作原理：扬声器到麦克风的声音传播主径和副径(声音传播最短和次短的直视径)导致飞机驾驶舱啸叫影响较大，并且主副径时延可以携带一些声场环境信息(例如，根据麦克风与两个扬声器之间的距离可以大概估计出麦克风分布的位置)，本发明目的在于提供基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制方法，在侧音激活前估计出麦克风在不同位置点的声音传播主径时延和副径时延，然后调用适当的防啸叫自适应滤波器对麦克风输入信号进行滤波处理，以抑制啸叫的产生。

7、民用飞机驾驶舱吊顶上左右两侧各有一个扬声器，一些机型会让两个扬声器同时播放麦克风采集到的话音。在研究中，我们发现：啸叫的特性主要由左右两侧扬声器到麦克风的两条直视径决定，即麦克风接收到的最短(第一径)和次最短(第二径)两条声音传播路径；并且由于飞行员在驾驶舱内的活动范围有限，主副径长度可以反映出麦克风的位置信息，以及声场环境信息。为此，本方案提出一种啸叫抑制方法：在侧音激活前通过音频系统播放的其他声音对主径长度进行估计，然后调用适当的防啸叫滤波对麦克风输入信号进行滤波处理。其中用到的防啸叫滤波器是飞行前在地面维护时通过自适应滤波算法训练出来的。

8、现有的一些啸叫抑制技术：例如，驾驶舱扬声器的位置进行重新布局设计、安装隔音吸音材料以及降低麦克风灵敏度和扬声器音量等措施，能够在一定程度上改善啸叫，但无法从根本上抑制，并且会降低侧音音质，影响飞行员的使用体验；移相法对啸叫的抑制能力有限，并且移相值需要针对声场进行特定而精细的调节；陷波器抑制法依赖于高准确度的啸叫检测和啸叫频率估计，因而对计算处理单元的性能要求也会提高。

9、相较于一维分析，二维分析增加的一个时延维度可以携带更多的声场环境信息，可以让防啸叫系统更加精准地感知声场环境，选择更具有针对性的防啸叫滤波器，提高防啸叫滤波器的使用效果。

10、进一步优化方案为，估计出麦克风在不同位置点声音传播的主径时延和副径时延，包括方法：

11、在驾驶舱的空间区域内选择k个位置点；

12、将麦克风分别放置在k个位置点上进行声音传播主径时延和声音传播副径时延估计：

13、在第k个位置点上,播放第一训练序列，基于交叉频谱分析方法计算出主径时延τ1和副径时延径τ2。

14、进一步优化方案为，所述训练出各位置点对应的防啸叫自适应滤波器，包括方法：

15、在第k个位置点上，播放第二训练序列，基于lms算法训练出第k个位置点对应的防啸叫滤波器系数fir(k)并保存。

16、进一步优化方案为，所述基于交叉频谱分析方法计算出声音传播的主径时延τ1和副径时延τ2，包括方法：

17、计算扬声器播放声音序列x(t)与麦克风接收声音序列y(t)之间的互相关向量rxy和扬声器播放声音序列x(t)的自相关向量rxx，互相关向量rxy和自相关向量rxx均为长度为n的列向量，第τ个元素分别为

18、

19、对互相关向量rxy和自相关向量rxx分别进行n点离散傅里叶变换得到向量sxy和向量sxx；将向量sxy与向量sxx逐元素相除得到向量h，其向量h的第τ个元素为：

20、h(τ)＝sxy(τ)/sxx(τ)；

21、构建矩阵a＝fh(hhh)f，矩阵a的对角元等于矩阵hhh的特征值，其中f是dft矩阵；

22、求矩阵a的每一个对角元aττ的模值，并对模值进行峰值搜索，找到最大的两个峰值所在的位置即为声音传播的主径时延τ1,k和副径时延τ2,k。

23、进一步优化方案为，所述第一训练序列为自相关值在零延迟位置点较高而在其他位置点较低的序列。

24、进一步优化方案为，所述第二训练序列为高斯随机序列。

25、进一步优化方案为，步骤二包括以下子步骤：

26、s21，基于交叉频谱分析方法计算出声音传播的主径时延τ1和副径时延τ2；

27、s22，在时延库中搜索与(τ1，τ2)欧氏距离最近的位置点i*：

28、

29、s23，调用位置点i*对应的防啸叫自适应滤波器。

30、进一步优化方案为，步骤二还包括：

31、获取麦克风的音频数据，用防啸叫自适应滤波器对音频数据进行滤波处理，播放滤波处理后的音频数据。

32、本方案还提供基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制系统，用于实现上述的基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制方法，包括：

33、估计训练模块，用于在地面维护过程，估计出麦克风在不同位置点声音传播的主径时延和副径时延，由各位置点的主径时延和副径时延构成时延库，并训练出各位置点对应的防啸叫自适应滤波器；

34、防啸叫模块，用于在飞机飞行过程，基于机载设备的音频数据估计出声音传播的主径时延i1和副径时延i2，在时延库中搜索出与主径时延i1和副径时延i2最接近的位置点j，调取位置点j对应的防啸叫自适应滤波器对麦克风输入信号进行滤波。

35、进一步优化方案为，所述防啸叫模块包括：

36、a/d转换单元、音频缓冲区、时延计算单元、选择开关、滤波选择单元和防啸叫滤波单元、d/a转换单元和功率放大器；

37、所述麦克风接入a/d转换单元后连接防啸叫滤波单元，所述防啸叫滤波单元连接至选择开关的第一不动端；

38、所述机载设备接入音频缓冲区，音频缓冲区连接时延计算单元，时延计算单元输出至滤波选择单元，滤波选择单元连接防啸叫滤波单元；

39、所述音频缓冲区还连接至选择开关的第二不动端，选择开关的动端连接d/a转换单元，d/a转换单元连接功率放大后输出至扬声器。

40、本方案还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如上述的基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制方法。

41、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

42、本发明提供的基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制方法、系统及介质；在侧音激活前估计出麦克风在不同位置点的声音传播主径时延和副径时延，然后调用适当的防啸叫自适应滤波器对麦克风输入信号进行滤波处理，以抑制啸叫的产生。

43、本发明提供的基于主副径时延的飞机音频啸叫抑制方法、系统及介质；在飞行时通过计算主副径时延感知声场特征以调用预先训练好的抗啸叫滤波器，可以避免飞行时训练滤波器的算法开销，并且可以避免因播放训练声音而对飞行员造成影响。本发明以较低的实现复杂度，获得了较好的啸叫预防效果。