一种基于谱熵的啸叫检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种啸叫检测方法。特别是设及一种基于谱赌的啸叫检测方法。
【背景技术】
[0002] 声反馈现象是指在扩声系统中，麦克风拾音将声信号转变为电信号，经功率放大 器放大输出后，声音通过声场折回到麦克风后再经功率放大器放大输出，如此反复循环形 成正反馈。
[0003] 根据奈奎斯特准则，信号在同时满足相位和增益条件时，会在频点CO 0处产生自激 震荡：
[0004] G(w,t)F(w,t) I > 1
[000引 ZG(w,t)F(w,t) =n23T，n 为整数
[0006] G(w，t)为正向路径传递函数，F(w，t)为反馈路径传递函数。
[0007] 当声场的传递函数满足上述相位和增益条件时，将导致扩声系统输出信号的幅值 不断地增加，进而产生刺耳的啸叫。
[0008] 通过检测声反馈中出现的啸叫频点，进行陷波处理，降低啸叫频点处增益，破坏啸 叫产生的增益条件，从而达到啸叫抑制的目的。啸叫检测是陷波器法的关键，只有及时准确 的检测出啸叫成分的频率，才可准确设计相对应中屯、频率和陷波深度的陷波滤波器。通过 级联陷波器进行滤波，抑制啸叫的发生。
[0009] 图1给出啸叫检测过程。由于啸叫本质是单一频率的正弦信号，在频域存在较大的 频率分量且频域能量有不断增加的一个过程。正是基于此，相关学者提出一系列相应的啸 叫检测算法。主要包括：PAPR(Peak-t〇-Average Power Ratio)、PHPR(F*eak-t〇-化rmonic Power Ratio)、PNPR(Peak-to-Neighboring Power Ratio)、IPMP(Interframe Peak Magnitude Persistence)、IMSD(Interframe Magnitude Slope Deviation)。
[0010] 检测到啸叫成分后，需设计相应的陷波滤波器，降低啸叫频点处增益，破坏啸叫产 生的增益条件，达到抑制啸叫的目的。最常用的陷波滤波器是二阶IIR滤波器，因为IIR滤波 器可W用较少阶数获得较好的选择特性，所用存储单元少，运算次数少，较为经济而且高 效。
[0011] 2阶IIR滤波器的系统函数：
[0013] 目前已有的啸叫检测算法需要动态调整口限并且在不同声场环境下鲁棒性较差。
【发明内容】
[0014] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种在不同的声场环境下均有较好的检测效 果的基于谱赌的啸叫检测方法。
[0015] 本发明所采用的技术方案是:一种基于谱赌的啸叫检测方法，包括如下步骤：
[0016] I)对待检测信号进行分帖加窗；
[0017] 2)对分帖加窗后的信号进行频谱分析；
[0018] 3)划分子带，并计算每个子带的能量；
[0019] 4)谱赌计算
[0020] 根据步骤3)计算的子带能量，相应的概率密度函数和谱赌为
[0023] 其中，Px(i，m)表示第i帖信号的第m个子带的概率密度函数，Hx(i)表示第i帖信号 的谱赌；
[0024] 5)检测判决
[0025] 设置谱赌阔值T0,若当前帖信号的谱赌小于谱赌阔值TO时，则判决为啸叫帖，否则 判决为正常信号帖。
[0026] 步骤1)所述的加窗是加窗函数。
[0027] 步骤2)所述的频谱分析是利用FFT分析计算得到能量谱：
[0030] x(n)为待检测信号，w(n)为所加窗函数，N为进行FFT的数据长度，e为自然底数，j 表示虚数，X(i，k)为第i帖信号的第k个频点的频谱，Rx(i，k)为第i帖信号的第k个频点的能 量谱。
[0031] 步骤3)是根据步骤2)得到的能量谱，将整个频带分为若干个子带，再分别计算每 个子带的能量：
[0033] Sx(i，m)表示在第i帖信号的第m个子带的能量，M表示划分子带的个数，Bm表示第m 个子带对应的所有频点。
[0034] 本发明的一种基于谱赌的啸叫检测方法，克服了现有啸叫检算法需要动态调整口 限并且在不同声场环境下鲁棒性较差的缺点。在不同的声场环境下均有较好的检测效果。 实验结果表明，同基于PAPR的啸叫检测算法相比，基于谱赌的检测算法在保证较高检出率 的同时，还可明显降低虚警率。
【附图说明】
[003引图1是啸叫检测过程不意图；
[0036] 图2a是啸叫信号下基于PAPR的检测效果图；
[0037] 图化是啸叫信号下每帖的PAPRW及PAPR阔值示意图；
[0038] 图2c是啸叫信号下基于谱赌的检测效果图；
[0039] 图2d是啸叫信号下每帖的谱赌W及谱赌阔值示意图；
[0040] 图3a是正常音乐信号下基于PAPR的检测效果图；
[0041 ]图3b是正常音乐信号下每帖的PAPRW及PAPR阔值示意图；
[0042] 图3c是正常音乐信号下基于谱赌的检测效果图；
[0043] 图3d是正常音乐信号下每帖的谱赌W及谱赌阔值示意图；
[0044] 图4是本发明的一种基于谱赌的啸叫检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0045] 下面结合实施例和附图对本发明的一种基于谱赌的啸叫检测方法做出详细说明。
[0046] 本发明的一种基于谱赌的啸叫检测方法，包括如下步骤：
[0047] 1)对待检测信号进行分帖加窗，所述的加窗是加窗函数(例如汉宁窗、海明窗、矩 形窗等）。
[0048] 时域离散信号x(n)是无限长的，用FFT做能量谱估计，必须把x(n)限制在一定的时 间区域之内，即进行数据截断。数据的截断相当于加窗分帖处理，每帖的长度FrameLen,每 帖偏移量化iftLen。同时，为了尽量减小频谱泄露和谱间干扰的影响，不让数据突然截断， 应加缓变的窗(例如汉宁窗、海明窗等），使得加窗后的谱旁瓣能量更小，卷积后造成的泄露 更小。
[0049] 2)对分帖加窗后的信号进行频谱分析，所述的频谱分析是利用FFT分析计算得到 能量谱：
[0051] Rx(i，k)=|X(i，k)|2 k = 0，l，2，...，N-l
[0052] x(n)为待检测信号，w(n)为所加窗函数，N为进行FFT的数据长度，e为自然底数，j 表示虚数，X(i，k)为第i帖信号的第k个频点的频谱，Rx(i，k)为第i帖信号的第k个频点的能 量谱。
[0053] 3)划分子带，并计算每个子带的能量，是根据步骤2)得到的能量谱，将整个频带分 为若干个子带，再分别计算每个子带的能量：
[0054] S、.(/，"〇=完 /?、（/'/：) m = 〇, 1,2，...，M-I
[005引Sx(i，m)表示在第i帖信号的第m个子带的能量，M表示划分子带的个数，Bm表示第m 个子带对应的所有频点。
[0056] 4)谱赌计算
[0057] 根据步骤3)计算的子带能量，相应的概率密度函数和谱赌为
[0060]其中，Px(i，m)表示第i帖信号的第m个子带的概率密度函数，Hx(i)表示第i帖信号 的谱赌。
[0061] 5)检测判决
[0062] 啸叫本质上是单一频率的正弦信号。当出现啸叫成分时，在频域会产生能量较高 的频率分量，此时信号的谱赌较小。因此可设置谱赌阔值T0,若当前帖信号的谱赌小于谱赌 阔值TO时，则判决为啸叫帖，否则判决为正常信号帖。
[0063] 下面给出具体的实例：
[0064] 算法参数设置:帖长度FrameLen = 1024，帖偏移量化if tLen = 512，FFT计算点数N =1024，窗函数w( n)为海明窗，长度1024，划分子带个数M=32，啸叫判决阔值TO = 0.05。
[0065] 选取不同声场环境下的啸叫测试语音，对提出的基于谱赌的啸叫检测算法进行测 试分析，具体实施如下：
[0066] 1、读取啸叫信号和正常音乐信号数据，并进行分帖加窗处理，每帖1024个采样点， 加1024点的海明窗。
[0067] 2、对每帖加窗后的数据进行1024点FFT，计算出每帖数据的能量谱RxQ，k)。
[0068] 3、将整个频带划分成32个子带，并分别统计出每个子带的能量Sx(i，m)。
[0069] 4、根据每个子带的能量，计算出每个子带的概率密度函数PxQ，m)，并根据概率密 度函数计算出当前帖的谱赌Hx(i)。
[0070] 5、根据计算的当前帖的谱赌进行啸叫判决。若HxQKTO,则判决的啸叫帖，否则判 决为正常的语音帖。
【主权项】
1. 一种基于谱赌的啸叫检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 对待检测信号进行分帖加窗； 2) 对分帖加窗后的信号进行频谱分析； 3) 划分子带，并计算每个子带的能量； 4) 谱赌计算 根据步骤3)计算的子带能量，相应的概率密度函数和谱赌为其中，Px(i，m)表示第i帖信号的第m个子带的概率密度函数，Hx(i)表示第i帖信号的谱 赌； 5) 检测判决 设置谱赌阔值T0,若当前帖信号的谱赌小于谱赌阔值TO时，则判决为啸叫帖，否则判决 为正常信号帖。2. 根据权利要求1所述的一种基于谱赌的啸叫检测方法，其特征在于，步骤1)所述的加 窗是加窗函数。3. 根据权利要求1所述的一种基于谱赌的啸叫检测方法，其特征在于，步骤2)所述的频 谱分析是利用FFT分析计算得到能量谱：Rx(i，k)= |X(i，k) |2 k = 0，l，2，...，N-l x(n)为待检测信号，w(n)为所加窗函数，N为进行FFT的数据长度，e为自然底数，j表示 虚数，X(i，k)为第i帖信号的第k个频点的频谱，Rx(i，k)为第i帖信号的第k个频点的能量 谱。4. 根据权利要求1所述的一种基于谱赌的啸叫检测方法，其特征在于，步骤3)是 根据步骤2)得到的能量谱，将整个频带分为若干个子带，再分别计算每个子带的能量： SJi,m)= ^ R,(iA) m=〇 I 2,---,1-1 Sx(i，m)表示在第i帖信号的第m个子带的能量，M表示划分子带的个数，Bm表示第m个子 带对应的所有频点。
【专利摘要】一种基于谱熵的啸叫检测方法，包括：对待检测信号进行分帧加窗；对分帧加窗后的信号进行频谱分析；划分子带，并计算每个子带的能量；谱熵计算；检测判决，设置谱熵阈值，若当前帧信号的谱熵小于谱熵阈值T0时，则判决为啸叫帧，否则判决为正常信号帧。本发明的一种基于谱熵的啸叫检测方法，克服了现有啸叫检算法需要动态调整门限并且在不同声场环境下鲁棒性较差的缺点。在不同的声场环境下均有较好的检测效果。实验结果表明，同基于PAPR的啸叫检测算法相比，基于谱熵的检测算法在保证较高检出率的同时，还可明显降低虚警率。
【IPC分类】H04R29/00
【公开号】CN105516876
【申请号】CN201510909462
【发明人】张涛, 李康康, 张彩霞, 陈有志
【申请人】天津大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月9日