[发明专利]一种基于帧间谱平坦度偏差的啸叫检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种啸叫检测方法。特别是涉及一种基于帧间谱平坦度偏差的啸叫检测方法。

背景技术

1、啸叫产生的原理

啸叫是扩声系统中存在正反馈而产生的振荡。啸叫现象是指在扩声系统中传声器接受声音信号，并将其变为电信号，电信号经过扩声通路的功率放大器放大，然后由扬声器将电信号变成声音信号辐射出去，辐射出来的一部分信号通过各种路径又返回到传声器系统，形成了“扬声器—传声器—放大器—扬声器”这样的正反馈路径，如此反复循环形成正反馈。当振幅平衡条件和相位平衡条件同时满足时即产生振荡，表现为啸叫。

啸叫产生的原理如附图1所示，扩声通路输入信号x(n)由声输入信号s(n)与反馈信号f(n)经传声器拾音获得，由扩声通路中的功率放大器放大，经扬声器系统输出，然后声场反馈路径反射，形成反馈信号f(n)，将再次被传声器拾音而形成闭环系统。

根据奈奎斯特稳定判据，若存在频率ω₀＝2π(f₀/f_s)，f₀表示啸叫频率，f_s表示采样率，使得G(ω)F(ω)满足以下增益和相位条件，会在频点ω₀处产生自激震荡，产生啸叫。

|G(ω₀F(ω₀))|≥1

∠G(ω₀)F(ω₀)＝2πk,k为整数

G(ω)和F(ω)分别表示系统扩声增益和声场反馈路径的频率响应，可通过计算各自的短时离散傅里叶变换获得。

2、陷波器啸叫抑制法原理

基于陷波器的啸叫抑制法应用非常广泛，主要由啸叫检测以及陷波器设计两部分组成。陷波器啸叫抑制法的基本原理是通过准确检测声反馈中出现的啸叫频点并进行陷波处理，降低啸叫频点处增益，破坏啸叫产生的增益条件，达到抑制啸叫的目的。其基本框图如附图2，首先，啸叫检测模块基于一定的特征实时检测输入信号x(n)是否产生啸叫，若判定产生啸叫，则精确计算啸叫频率点，根据啸叫频率设计相应的陷波器，降低该啸叫频点处增益，抑制啸叫。

(1)啸叫检测

啸叫检测是陷波器啸叫抑制算法的关键，决定着算法啸叫抑制的效果。啸叫检测的流程如附图3所示，首先对输入信号进行分帧加窗，并通过短时离散傅里叶变换求得信号功率谱，进行频谱分析；其次确定候选的啸叫频点，通常选择每帧信号功率谱幅值较大的若干个频点作为候选的啸叫频点；然后计算特征参数，分别计算每个候选啸叫频点处的特征值；最后依据设置的检测阈值T进行检测判决。

(2)陷波器的设计

陷波器本质上为带阻滤波器，啸叫频率设计为带阻的中心频率。当检测到啸叫成分并计算出准确的啸叫频率后，就需要设计相应频率的陷波器，来降低啸叫频点处增益，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。IIR滤波器通过牺牲线性相位以获得良好的频率选择特性，IIR滤波器存在输出对输入的反馈，用极少的阶数就可以满足系统的需求，而且IIR滤波器设计具有现成的闭合公式，适合实时设计，以适应可能会随时发生变化的啸叫频率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有更高的检出率，综合检测性能更好的基于帧间谱平坦度偏差的啸叫检测方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于帧间谱平坦度偏差的啸叫检测方法，包括如下步骤：

1)预处理：对输入的待测信号进行分帧加窗；

2)利用离散傅里叶变换计算功率谱；

3)确定候选啸叫频点；

4)计算功率谱的几何平均值和算数平均值；

5)依据功率谱几何平均值GM(i,ω_k0)和功率谱算数平均值AM(i,ω_k0)，计算信号在候选啸叫频点ω_k0处的长时信号谱平坦度特征参数L(i,ω_k0)：

6)利用长时信号谱平坦度特征参数L(i,ω_k0)，计算帧间谱平坦度偏差：

其中，I(i,ω_k0)表示第i帧信号与前面的Q帧长时信号谱平坦度偏差；表示第i帧信号与前面的Q帧长时信号谱平坦度特征参数的平均值，m为帧信号的编号，m＝i-Q+1,i-Q+2……i；