本发明属于声音识别辅助驾驶领域，具体涉及一种基于行车环境声音识别和定位的辅助驾驶系统。
背景技术：
目前汽车的辅助驾驶技术发展迅速，先进驾驶辅助系统(advanceddriverassistancesystem，简称adas)在汽车上得到了越来越广泛的应用。由于汽车数量的不断增加，驾驶员所面临的驾驶环境也越来越复杂。
现如今在行车时，经常会遇到驾驶员由于注意力不集中而忽视车外一些关键的声音，例如警车、救护车、消防车的警笛声或是其他车辆的喇叭声，导致驾驶员未作出及时反映，造成阻碍特种车辆的通行或是影响其他车辆的驾驶。
目前的adas系统中主要利用雷达或是摄像头捕捉周围行车环境中的重要信息，进行相关处理并提醒或辅助驾驶员的驾驶行为，增加汽车驾驶的舒适性和安全性。但是基于声传感器进行环境识别辅助驾驶的系统研究很少，特别是针对环境中特种声音的识别进而辅助驾驶的系统，存在很大的研究空间。
当驾驶员遇到周围存在特种车辆而未及时让行，阻碍特种车辆的救援；或是等待红绿灯时未及时启动，影响后车的通行；或是变道时对后车观察不仔细，影响双方的安全驾驶，若能通过声音识别装置识别上述特种车辆的警笛声，后车提示的喇叭声，进而提醒驾驶员，辅助其驾驶行为，消除驾驶员由于注意力不集中而忽视这些关键的环境声音对行车造成的影响，可以极大提高驾驶的安全性，也让驾驶员可以更加全面的了解周围的驾驶环境。
技术实现要素：
本发明提出的基于行车环境特种声音识别和定位的辅助驾驶系统，能够准确识别日常行车环境中几种关键的环境声音，并提醒驾驶员，辅助其驾驶行为，增加行车的安全性。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种基于行车环境声音识别和定位的辅助驾驶系统，其特征在于，包括：
声音采集模块，用于采集行车时的环境声音，并将采集到的声音输入预处理模块进行处理；
预处理模块，用于对采集的声音信号进行去噪、端点检测、分帧、加窗处理，并将预处理后的信号输入到识别模块进行实时的识别；
声音识别模块，包括重要行车环境声音数据库和模式匹配单元，所述声音数据库中存储有行车环境声音，模式匹配单元能够对声音进行特征参数提取，并与声音数据库中的数据进行模式匹配，得到识别结果；
ecu电子控制模块，根据识别结果控制声源定位模块进行声源方向的定位；声源定位模块，用于判断声音源头与车辆的相对位置方向，并将定位结果反馈给ecu电子控制模块；
结果输出模块，用于输出声音识别结果及定位结果。
上述方案中，所述声音采集模块包括安装在车身周围的、呈阵列排列的10个声传感器，所述声传感器顶部装有消音棉。
上述方案中，预处理模块可对采集的声音信号采用小波阈值的方法进行去噪。
上述方案中，所述声音数据库中包含警车、救护车和消防车的警笛声，以及汽车的喇叭声；模式匹配单元所提取的声音特征参数是梅尔频率倒谱系数，所述模式匹配环节采用基于支持向量机svm的算法实现。
上述方案中，声源定位模块是基于声传感器阵列法判断声音方向，根据声传感器阵列采集到同一声音的时间差和相位差，判断声源在以汽车为中心的三维空间中组成圆形中的具体方位。
上述方案中，所述结果输出模块为声音提示模块或显示模块。
上述方案中，所述显示模块为hud抬头显示模块，hud抬头显示模块受ecu控制，能够将声音识别和声源定位的结果投影在前挡风玻璃上。
上述方案中，若检测到目标声音，则ecu电子控制模块控制声源定位模块工作，但如果得到的识别结果为喇叭声，先要对比10个声传感器采集到此喇叭声的最大分贝值，若最大分贝值小于40db，则ecu电子控制模块不执行后续步骤，留下分贝值大的喇叭声，并认为其为重要的环境声音。
上述方案中，还包括与ecu相连接的车速传感器和方向盘转角传感器，ecu根据声音识别和定位的结果，结合当前车速和是否处于换道状态，给出驾驶操作的建议，辅助驾驶员进行操作判断。hud抬头显示模块可将当前行车的车速，是否处于换道状态的判断与声音识别和定位的结果结合起来，在投影中给出驾驶操作建议，辅助驾驶员进行操作判断。
上述方案中，所述结果输出模块还包括方向盘振动模块，受ecu控制，当识别出目标行车环境声音时，ecu控制方向盘进行振动，并根据不同识别结果进行不同次数与特性的振动，以提醒驾驶员注意行车环境情况。
本发明的有益效果：
(1)本发明能够实现对日常行车中几种重要的环境声音的识别，并对驾驶员进行提醒，辅助驾驶员的驾驶行为，可以增加行车安全，避免驾驶员由于注意力不集中导致未对特种车辆及时避让，或忽视周围车辆的喇叭声导致阻碍其他车辆的正常通行。
(2)本发明采用的声音特征参数是梅尔频率倒谱系数，能够更好地表征几种重要环境声的特点，且基于支持向量机svm的模式匹配单元能够快速高效地得到识别结果，增加系统的实时性。
(3)本发明采用的声源定位模块可准确定位出目标声音的声源位置，并通过车身周围的6区域划分直观的展示给驾驶员，可以使驾驶员更加直观的了解行车环境，并根据当前车速和是否处于变道状态给予驾驶员相应提示，辅助驾驶员的驾驶操作。
(4)本发明采用的hud抬头显示模块和方向盘振动模块可以在不阻挡驾驶员正常行驶视线和不需要驾驶员转头的情况下使其更直观地了解到相关信息，提高了行车的安全性。
(5)本发明还结合了车辆的行驶状态，当前车速和是否处于换道状态，给出驾驶操作的建议，辅助驾驶员进行操作判断。
(6)当识别出目标行车环境声音时，通过方向盘振动模块控制方向盘进行振动，并根据不同识别结果进行不同次数与特性的振动，以提醒驾驶员注意行车环境情况。
附图说明
图1为本发明所述基于行车环境声音识别和定位的辅助驾驶系统的框架图。
图2为基于行车环境声音识别和定位的辅助驾驶方法的流程图。
图3为hud抬头显示投影的界面样式图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1所示为本发明所述的基于行车环境声音识别和定位的辅助驾驶系统的最佳实施例，包括声音采集模块、预处理模块、声音识别模块、声源定位模块、ecu电子控制模块、hud抬头显示模块、方向盘振动模块、车速传感器模块和方向盘转角传感器模块。
声音采集模块，用于采集行车时的环境声音，并将采集到的声音输入预处理模块进行处理。包括安装在车身周围的、呈阵列排列的10个声传感器，所述声传感器顶部装有消音棉，能有效降低行车中风噪对目标声音的干扰，提高信号的信噪比。
预处理模块，用于对采集的声音信号进行去噪、端点检测、分帧、加窗处理，并将预处理后的信号输入到识别模块进行实时的识别。对采集的声音信号去噪处理采用小波阈值的方法，可有效过滤掉不必要的干扰声音，提高识别精度。
声音识别模块，包括重要行车环境声音数据库和模式匹配单元，所述声音数据库中存储有行车环境声音，包含警车、救护车、消防车的警笛声以及汽车的喇叭声。模式匹配单元能够对声音进行特征参数提取，并与声音数据库中的数据进行模式匹配，得到识别结果。模式匹配单元所提取的声音特征参数是梅尔频率倒谱系数，可有效表征几种重要行车环境声音的特征，达到较高的识别精度。所述模式匹配环节采用基于支持向量机svm的算法实现，快速准确地实现声音的识别。
ecu电子控制模块和声源定位模块间是双向通信的，可根据识别结果控制声源定位模块的运行进行声源方向的定位，以判断声音源头与车辆的相对位置方向，并接受声源定位模块的定位结果。
若检测到目标声音，则ecu电子控制模块控制声源定位模块工作，进行声源方向的定位。但如果得到的识别结果为喇叭声，先要对比10个声传感器采集到此喇叭声的最大分贝值，若最大分贝值小于40db，则ecu电子控制模块不执行后续步骤，这样可以过滤掉远处的低音喇叭声，留下分贝值大的喇叭声，并认为其为重要的环境声音。
声源定位模块是基于声传感器阵列法判断声音方向，根据声传感器阵列采集到同一声音的时间差和相位差，判断声源在以汽车为中心的三维空间中组成圆形中的具体方位。
hud抬头显示模块受ecu控制，ecu控制hud抬头显示模块将声音识别和声源定位的结果以设计好的界面样式投影在前挡风玻璃上，使得驾驶员可以直观了解到驾驶环境的信息，并且不遮挡正常驾驶的视线。将以汽车为中心的圆形划分成6块区域，对应汽车的正前方、左前方、右前方、左后方、右后方和正后方。将识别出的声音的具体方位对应的区域突出显示，直观地展示给驾驶员。图3所示为所述显示模块hud抬头显示模块的显示样例，此时识别出汽车的右后方有救护车的警笛声，对应的右后区域将被突出，提醒驾驶员的注意。此时车速为50km/h，方向盘转角小于2度，ecu给出的驾驶操作建议为：请保持车道，注意避让。
方向盘振动模块受ecu控制，当识别出目标行车环境声音时，ecu控制方向盘进行振动，并根据不同识别结果进行不同次数与特性的振动，以提醒驾驶员注意行车环境情况。
上述方向盘振动模块、hud抬头显示模块均属于结果输出模块，用于输出声音识别结果及定位结果。除上述结果输出方式之外，也可以采用声音提示的方式进行结果提示。或者声音提示与图像呈现、振动同时使用。
车速传感器和方向盘转角传感器与ecu相连接，车速传感器和方向盘转角传感器用于实时检测车辆的行驶状态。ecu根据声音识别和定位的结果，结合当前车速和是否处于换道状态，给出驾驶操作的建议，辅助驾驶员进行操作判断。hud抬头显示模块可将当前行车的车速，是否处于换道状态的判断与声音识别和定位的结果结合起来，在投影中给出驾驶操作建议，辅助驾驶员进行操作判断。
图2给出了本发明技术方案的具体步骤与流程，包括：
(1)通过布置在汽车车身周围的声传感器阵列采集行车时的环境声音。
(2)将采集到的声音输入预处理模块进行处理，包括去噪、端点检测、分帧和加窗。其中去噪方法采用小波阈值去噪加以实现，小波基选择db3小波，分解层数设置为7层，去噪方式选择小波软阈值去噪。
(3)将预处理后的信号输入到识别模块进行实时的识别。声音识别模块包括重要行车环境声音数据库和模式匹配单元。声音数据库中归纳包含了常见的警车、救护车和消防车的警笛声，以及汽车的喇叭声，将这四种声音归纳为行车环境重要声音事件，并作为识别的对象。模式匹配单元可对声音进行特征参数提取，并与声音数据库中的数据进行模式匹配，得到识别结果。所提取的声音特征参数是梅尔频率倒谱系数和经验模态分解能量参数，可有效表征几种重要行车环境声音的特征，达到较高的识别精度。所述模式匹配环节采用基于支持向量机svm的算法实现，可以快速准确地实现声音的识别。
(4)若识别结果得出存在目标的几种关键环境声音之一，则ecu控制声源定位模块进行声源方向的定位。声源定位模块是基于声传感器阵列法判断声音方向的单元。根据声传感器阵列采集到同一声音的时间差和相位差，判断声源在以汽车为中心的三维空间中组成圆形中的具体方位。
ecu电子控制模块和声源定位模块间是双向通信的，可控制声源定位模块的运行并接受声源定位模块的定位结果。若检测到目标声音，则ecu控制声源定位模块工作，但如果得到的识别结果为喇叭声，先要对比10个声传感器采集到此喇叭声的最大分贝值，若最大分贝值小于40db，则ecu不执行后续步骤，这样可以过滤掉远处的低音喇叭声，留下分贝值大的喇叭声，并认为其为重要的环境声音。
(5)声源定位模块将定位结果传输给ecu，ecu控制hud抬头显示模块将识别结果和定位结果一同显示在驾驶员正前方的挡风玻璃上，同时ecu结合车速传感器和方向盘传感器的数据，判断当前车况，在hud抬头显示中给出驾驶操作建议。ecu还控制方向盘振动模块对驾驶员进行提醒，达到辅助驾驶的目的。
所述步骤(5)中，ecu与车速传感器和方向盘转角传感器相连接，根据声音识别和定位的结果，结合当前车速和是否处于换道状态，给出驾驶操作的建议，辅助驾驶员进行操作判断。
ecu综合信息并给出的驾驶操作建议的具体内容如下：
方向盘的振动模式有以下几种：
当识别结果为三种警笛声时，若方向盘转角小于2度，方向盘以弱振动模式振动两次，若方向盘转角大于2度，方向盘以强振动模式振动两次；当识别结果为汽车喇叭声时，若方向盘转角小于2度，方向盘以弱振动模式振动一次，若方向盘转角大于两度，方向盘以强振动模式振动一次。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。