行人警示系统音效合成方法及装置与流程

本发明涉及车辆控制领域，尤其涉及一种行人警示系统音效合成方法及装置。

背景技术：

纯电动汽车及混合动力车辆在低速行驶时均以电机作为动力输出，噪声较传统发动机更为安静，导致车辆与行人发生交通事故的概率高于传统的燃油车辆。因此，近年来国际上的研究一致倾向于在安静行驶的车辆上配备一种能够在低速时发出警示音的系统，来减小车辆与行人发生交通事故的概率。

现有技术中，通常在车辆上安装行人警示系统来发出警示音。现有的行人警示系统通常包括行人警示控制器以及电子稳定系统(electronicstabilityprogram，esp)。行人警示控制器采集esp发出的车速信号，并输出单一警示音的声音，以提醒行人注意避让。

但是，现有技术中的行人警示系统的警示效果较差。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是如何提高行人警示系统的警示效果。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种行人警示系统音效合成方法，包括：获取车辆的工作状态；选取与所获取的所述车辆的工作状态对应的音源输入信号；对所述音源输入信号进行截取处理，并获取截取的音源输入信号的复频谱；将所述截取的音源输入信号的复频谱进行降噪及滤波处理，对得到的滤波处理结果进行快速傅里叶逆变换；将快速傅里叶逆变换得到的结果进行混音处理，得到合成的音源输出信号。

可选的，所述获取车辆的工作状态包括：获取所述车辆上的动力电源所处档位；当所述动力电源处于on档时，获取所述车辆的当前行驶速度、档位信号、加速踏板开度信号以及制动踏板开度信号；根据所述当前行驶速度、所述档位信号、所述加速踏板开度信号以及所述制动踏板开度信号获取所述车辆的工作状态。

可选的，采用如下公式对所述音源输入信号进行截取处理，xc(t)＝u(t)×x(t)；其中，xc(t)为所述截取的音源输入信号，x(t)为与所述车辆的工作状态对应的音源输入信号，u(t)为窗函数，且u(t)与所述车辆的工作状态相关。

可选的，采用如下公式获取截取的音频输入信号的复频谱：其中，xc(f)为所述截取的音频输入信号的复频谱，c为音频帧数，h为跳跃长度，ωf为离散弧度频率且ωf＝2πf/n，n为快速傅里叶变换长度，t为窗函数的点数。

可选的，所述将所述截取的音源输入信号的复频谱进行降噪及滤波处理包括：将xc(f)保持短时相位不变，对短时幅值小于第一预设值的幅值进行衰减处理，保持短时幅值高于第二预设值的幅值，并将经过短时幅值处理之后的复频谱经过窗函数设计法得到的滤波器进行滤波处理。

可选的，采用如下公式对得到的滤波处理结果进行快速傅里叶逆变换：其中，yc(f)为所述滤波处理结果，yc(t)为快速傅里叶逆变换的结果。

可选的，采用如下公式将快速傅里叶逆变换得到的结果进行混音处理：其中，y(t)为所述合成的音源输出信号。

本发明实施例提供了一种行人警示系统音效合成装置，包括：工作状态获取单元，用于获取车辆的工作状态；选取单元，用于选取与所获取的所述车辆的工作状态对应的音源输入信号；截取单元，用于对所述音源输入信号进行截取处理；复频谱获取单元，用于获取所述截取单元截取的音源输入信号的复频谱；降噪及滤波处理单元，用于将所述截取的音源输入信号的复频谱进行降噪及滤波处理；快速傅里叶逆变换运算单元，用于对所述降噪及滤波处理单元得到的滤波处理结果进行快速傅里叶逆变换；混音单元，用于将快速傅里叶逆变换得到的结果进行混音处理，得到合成的音源输出信号。

可选的，所述工作状态获取单元用于：获取所述车辆上的点火开关所处档位；当所述点火开关处于on档时，获取所述车辆的当前行驶速度、档位信号、加速踏板开度信号以及制动踏板开度信号；根据所述当前行驶速度、所述档位信号、所述加速踏板开度信号以及所述制动踏板开度信号获取所述车辆的工作状态。

可选的，所述截取单元用于：采用如下公式对所述音源输入信号进行截取处理：xc(t)＝u(t)×x(t)；其中，xc(t)为所述截取的音源输入信号，x(t)为与所述车辆的工作状态对应的音源输入信号，u(t)为窗函数，且u(t)与所述车辆的工作状态相关。

可选的，所述复频谱获取单元用于：采用如下公式获取截取的音频输入信号的复频谱：其中，xc(f)为所述截取的音频输入信号的复频谱，c为音频帧数，h为跳跃长度，ωf为离散弧度频率且ωf＝2πf/n，n为快速傅里叶变换长度，t为窗函数的点数。

可选的，所述降噪及滤波处理单元用于：将xc(f)保持短时相位不变，对短时幅值小于第一预设值的幅值进行衰减处理，保持短时幅值高于第二预设值的幅值，并将经过短时幅值处理之后的复频谱经过窗函数设计法得到的滤波器进行滤波处理。

可选的，所述快速傅里叶逆变换运算单元用于：采用如下公式对得到的滤波处理结果进行快速傅里叶逆变换：其中，yc(f)为所述滤波处理结果，yc(t)为快速傅里叶逆变换的结果。

可选的，所述混音单元用于：采用如下公式将快速傅里叶逆变换得到的结果进行混音处理：其中，y(t)为所述合成的音源输出信号。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

在获取到车辆的工作状态后，选取与车辆的工作状态对应的音源输入信号，不同的工作状态对应不同的音源输入信号。将选取的音源输入信号进行一系列的处理之后，得到合成的音源输出信号。针对不同的工作状态，均能够实时合成与之对应的提示音。由于不同的工作状态对应的音源输入信号不同，因此合成的提示音也各不相同，也即不同的工作状态下输出的行人警示音也不同，从而可以更好地提醒行人避让，提高行人警示系统的警示效果。

附图说明

图1是现有的一种行人警示系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中的一种行人警示系统音效合成方法的流程图；

图3是本发明实施例中的一种行人警示系统音效合成装置的结构示意图。

具体实施方式

相关研究资料表明，电动车与传统内燃机汽车在超过20km/h速度行驶时，车辆轮胎和空气气流能够产生人耳辨识的胎噪与路噪，且这两种车辆行驶噪声的音量大小相当。在车辆行驶速度小于20km/h时，电动车发出的噪声较低，对于行人，尤其是视力障碍者、儿童以及老年人，很难察觉到有车辆靠近经过。混合动力车辆在以纯电动模式行驶时，较传统的内燃机汽车行驶造成的行人事故比例高出约20％。

现有技术中，通常在车辆上安装行人警示系统来发出警示音。参照图1，给出了现有的一种行人警示系统的结构示意图。行人警示系统包括行人警示控制器101以及esp102。行人警示控制器101采集esp102发出的车速信号，并输出警示音，以提醒行人注意避让。

然而，现有的行人警示系统只能输出单一的警示音，且警示音的音量固定，对行人的警示效果较差。

在本发明实施例中，在获取到车辆的工作状态后，选取与车辆的工作状态对应的音源输入信号，不同的工作状态对应不同的音源输入信号。将选取的音源输入信号进行一系列的处理之后，得到合成的音源输出信号。针对不同的工作状态，均能够实时合成与之对应的提示音。由于不同的工作状态对应的音源输入信号不同，因此合成的提示音也各不相同，也即不同的工作状态下输出的行人警示音也不同，从而可以更好地提醒行人避让，提高行人警示系统的警示效果。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参照图2，给出了本发明实施例中的一种行人警示系统音效合成方法，以下通过具体步骤进行详细说明。

步骤s201，获取车辆的工作状态。

在实际应用中，车辆的工作状态可以包括未启动状态、启动状态以及行驶状态，其中行驶状态又可以包括加速行驶状态、减速行驶状态、怠速状态、倒车状态等。

在本发明实施例中，可以采用如下步骤获取车辆的工作状态：先获取车辆上的动力电池的工作状态，也即获取动力电池所处档位。当动力电池的档位处于acc档位时，可以判定车辆当前处于未启动状态，则无需执行后续步骤；当动力电池的档位处于on档时，获取车辆的当前行驶速度、档位信号、加速踏板开度信号以及制动踏板开度信号，从而可以获取车辆的工作状态。

例如，车辆的当前行驶速度为50km/h，且检测到驾驶员踩踏加速踏板时，可以判定车辆处于加速行驶状态。又如，车辆的当前行驶速度为40km/h，且检测到驾驶员踩踏制动踏板时，可以判定车辆处于减速行驶状态。

步骤s202，选取与所获取的所述车辆的工作状态对应的音源输入信号。

在具体实施中，在车辆中可以预先存储与车辆的工作状态对应的音源输入信号。音源输入信号与车辆的工作状态是一一对应的关系，可以映射表的形式存储在车辆中。

不同的车辆的工作状态对应的音源输入信号不同。例如，当车辆加速时对应的音源输入信号与车辆减速时对应的音源输入信号不同。两个信号不同可以是指二者之间的音量不同，也可以是二者之间的频率不同，还可以是二者之间的音量及频率均不相同。

在通过步骤s201获取到车辆的工作状态后，即可从映射表中获取到对应的音源输入信号。在获取到与车辆的工作状态对应的音源输入信号后，执行步骤s203。

在实际应用中，可以预先从车辆发动机的原始声源中，提取出不同工作状态下车辆发动机的声音，例如发动机启动时的启动声音、怠速时的怠速声音、加速行驶时的加速声音、减速行驶时的减速声音、全功率行驶时的全功率声音以及滑行时的滑行声音等。在提取出上述不同工作状态下发动机的声音之后，可以对这些声音进行离散采样，得到离散的音源输入信号。

步骤s203，对所述音源输入信号进行截取处理。

在具体实施中，音源输入信号是一个时域无限的离散信号。因此，在对音源输入信号进行处理时，需要截取其中的一段进行处理。

在本发明实施例中，可以通过窗函数对离散的音源输入信号进行截取处理。经过窗函数进行截取处理获取到的音源输入信号如公式(1)所示：

xc(t)＝u(t)×x(t)；(1)

其中，xc(t)为所述截取的音源输入信号，x(t)为与所述车辆的工作状态对应的音源输入信号，u(t)为所述窗函数，且u(t)与所述车辆的工作状态相关。

在实际应用中，u(t)可以为矩形窗，也可以为hamming窗、blackman窗或者kaiser窗中的任一种，还可以为其他类型的窗函数，此处不一一赘述。

步骤s204，获取截取的音源输入信号的复频谱。

在具体实施中，在获取到截取的音源输入信号后，可以获取音源输入信号的复频谱，以获取音源输入信号的频域。

在本发明实施例中，可以采用短时傅里叶变换(short-timefouriertransform，stft)来获取截取的音源输入信号的复频谱。参照公式(2)，截取的音源输入信号的复频谱为：

其中，xc(f)为所述截取的音频输入信号的复频谱，c为音频帧数，h为跳跃长度，ωf为离散弧度频率且ωf＝2πf/n，n为快速傅里叶变换长度，t为窗函数的点数。

步骤s205，将所述截取的音源输入信号的复频谱进行降噪及滤波处理。

在具体实施中，在获取到截取的音源输入信号的复频谱xc(f)后，可以在频域上对xc(f)进行修改。在频域上对xc(f)进行修改可以包括在频域上对xc(f)进行降噪处理以及滤波处理。对xc(f)进行降噪处理的目的是将混杂在xc(t)中的不期望噪声进行衰减处理，减小不期望噪声对xc(t)的影响。

在本发明实施例中，可以采用非线性频偏衰减方法对xc(f)进行处理。保持xc(f)的短时相位不变，对短时幅值小于第一预设值的幅值进行低值衰减，保持短时幅值高于第二预设值的幅值，且第一预设值小于第二预设值。

在采用非线性频偏衰减方法时，在每一个频率索引上完成一次非线性操作，在不同的频率通道中设置了一组噪声门，将xc(f)的短时幅值通过一个非线性函数f(x)的噪声门，则输出的信号的幅值：也即降噪后的幅值|xc,d(f)|＝f(|xc(f)|)。

在本发明一实施例中，非线性函数f(x)＝x²/(x+δ)，在本发明另一实施例中，非线性函数f(x)＝x/(x+δ)。可以根据实际应用场景设置δ，例如，设置δ＝0.01。

在完成降噪处理后，还需要对降噪处理的结果进行滤波处理，得到滤波处理后的结果yc(f)。在本发明实施例中，可以将降噪处理的结果经过预设的滤波器完成滤波处理。预设的滤波器可以是采用窗函数设计法生成的，也可以采用现有的高通滤波器、低通滤波器以及带通滤波器中的一种或多种的组合。

步骤s206，对得到的滤波处理结果进行快速傅里叶逆变换。

在具体实施中，在获取到yc(f)后，可以将yc(f)从频域信号转换至频域信号。在本发明一实施例中，对滤波结果yc(f)进行快速傅里叶逆变换，参照公式(3)：

其中，yc(t)为快速傅里叶逆变换的结果。

步骤s207，将快速傅里叶逆变换得到的结果进行混音处理。

在本发明实施例中，在将yc(f)经过快速傅里叶逆变换之后，可以对得到的结果进行混音处理，采用如下公式(4)将yc(t)进行混音处理：

其中，y(t)为所述合成的音源输出信号。

在具体实施中，混音处理后即可得到合成的音源输出信号。在获取到合成的音源输出信号后，可以将音源输出信号通过硬线发送给扬声器。扬声器在接收到音源输出信号后，可以播放所述音源输出信号，从而达到警示行人的目的。

现有技术中，行人警示系统只能输出单一警示音，且输出的警示音音量不变，因此警示效果较差。

在本发明实施例中，在获取到车辆的工作状态后，选取与车辆的工作状态对应的音源输入信号。将选取的音源输入信号进行一系列的处理之后，得到合成的音源输出信号。针对不同的工作状态，均能够实时合成与之对应的提示音，不同的工作状态合成的提示音各不相同，也即不同的工作状态下输出的行人警示音也不同。由此可见，本发明实施例中的行人警示系统音效合成方法可以更好地提醒行人避让，有效提高行人警示系统的警示效果。

参照图3，给出了本发明实施例中的一种行人警示系统音效合成装置，包括：工作状态获取单元301、选取单元302、截取单元303、复频谱获取单元304、降噪及滤波处理单元305、快速傅里叶逆变换运算单元306以及混音单元307，其中：

工作状态获取单元301，用于获取车辆的工作状态；

选取单元302，用于选取与所获取的所述车辆的工作状态对应的音源输入信号；

截取单元303，用于对所述音源输入信号进行截取处理；

复频谱获取单元304，用于获取所述截取单元303截取的音源输入信号的复频谱；

降噪及滤波处理单元305，用于将所述截取的音源输入信号的复频谱进行降噪及滤波处理；

快速傅里叶逆变换运算单元306，用于对所述降噪及滤波处理单元305得到的滤波处理结果进行快速傅里叶逆变换；

混音单元307，用于将快速傅里叶逆变换得到的结果进行混音处理，得到合成的音源输出信号。

在具体实施中，所述工作状态获取单元301可以用于：获取所述车辆上的点火开关所处档位；当所述点火开关处于on档时，获取所述车辆的当前行驶速度、档位信号、加速踏板开度信号以及制动踏板开度信号；根据所述当前行驶速度、所述档位信号、所述加速踏板开度信号以及所述制动踏板开度信号获取所述车辆的工作状态。

在具体实施中，所述截取单元303可以用于：采用如下公式对所述音源输入信号进行截取处理：xc(t)＝u(t)×x(t)，其中，xc(t)为所述截取的音源输入信号，x(t)为与所述车辆的工作状态对应的音源输入信号，u(t)为所述窗函数，且u(t)与所述车辆的工作状态相关。

在具体实施中，所述复频谱获取单元304可以用于：采用如下公式获取截取的音频输入信号的复频谱：其中，xc(f)为所述截取的音频输入信号的复频谱，c为音频帧数，h为跳跃长度，ωf为离散弧度频率且ωf＝2πf/n，n为快速傅里叶变换长度，t为窗函数的点数。

在具体实施中，所述降噪及滤波处理单元305可以用于：将xc(f)保持短时相位不变，对短时幅值小于第一预设值的幅值进行衰减处理，保持短时幅值高于第二预设值的幅值，并将经过短时幅值处理之后的复频谱经过窗函数设计法得到的滤波器进行滤波处理。

在具体实施中，所述快速傅里叶逆变换运算单元306可以用于：采用如下公式对得到的滤波处理结果进行快速傅里叶逆变换：其中，yc(f)为所述滤波处理结果，yc(t)为快速傅里叶逆变换的结果。

在具体实施中，所述混音单元307可以用于：采用如下公式将快速傅里叶逆变换得到的结果进行混音处理：其中，y(t)为所述合成的音源输出信号。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：rom、ram、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。