检测和鉴别冲击声的设备和方法技术

提供一种用于检测冲击声的设备和方法和使用其鉴别冲击声的设备和方法。冲击声检测设备包括：发作检测器，将帧单元的输入信号分离为低频信号和高频信号，测量所分离的信号的功率，并通过检测在所测量的功率中的变化来检测发作；事件缓冲器，缓冲通过发作检测器测量的功率和输入信号的频谱数据；和冲击声检验器，确定是否所检测的发作的每一个是冲击发作，并且如果所检测的发作的每一个是冲击发作，通过检查存储在事件缓冲器中的功率来检测从冲击发作开始的事件，并且如果所检测的发作的每一个满足预定条件，则确定所检测的事件的每一个为冲击事件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于检测冲击声的设备和方法及使用其鉴别冲击声的设备和方法，更特别地，涉及一种用于在从周围环境中产生的各种声音中检测冲击声的设备和方法，以及用于鉴别是否所检测的冲击声是目标冲击声的冲击声鉴别设备和方法。
技术介绍
通过物体间的机械相互作用产生的冲击声或冲击声学事件具有短持续时间和相对高的强度。冲击声的这个特性称为冲击状态(impulsiveness))。根据信号处理理论，冲击状态可以被建模为线性系统的零状态冲击响应。冲击声例如包括单一的声音，例如当实心棒击打玻璃窗时产生的声音；和复杂的声音，例如爆炸声和当硬币掉在地板上时产生的声音。冲击声通过从连续的声音流检测和鉴别冲击声学事件的存在和特性来鉴别。
技术实现思路
本专利技术提供一种冲击声检测设备和方法，用于检测发作信号和检测冲击声。本专利技术还提供一种冲击声鉴别设备和方法，用于通过使用冲击声源检验所检测的冲击声来鉴别所检测的冲击声是否是目标冲击声。根据本专利技术的一个方面，提供一种冲击声检测设备，包括发作检测器，将帧单元的输入信号分离成低频信号和高频信号，测量所分离信号的功率，并通过检测在所测量功率中的变化检测发作；事件缓冲器，缓冲通过发作检测器所测量的功率和输入信号的频谱数据；和冲击声检验器，确定是否所检测的发作的每一个是冲击发作，和如果所检测的发作的每一个是冲击发作，通过检查存储在事件缓冲器中的功率检测从冲击发作开始的事件，且如果所检测的发作的每一个满足预定的条件，确定所检测的事件的每一个为冲击事件。根据本专利技术的另一个方面，提供一种冲击声检测方法，包括将帧单元的输入信号分离成高频的AC分量和低频的DC分量；测量所分离信号的功率并通过检查所测量功率的变化检测发作；缓冲所测量的功率和输入信号并确定是否所检测的发作的每一个是冲击发作；如果所检测的发作的每一个是冲击发作，通过检查缓冲的功率检测每一个从冲击发作开始的事件；并如果检测的事件满足冲击事件的预定条件，确定所检测的事件为冲击事件。根据本专利技术的另一个方面，提供一种冲击声鉴别设备，包括发作检测器，将帧单元的输入信号分离为低频信号和高频信号，测量所分离信号的功率，且通过检查所测量的功率的变化检测发作；事件缓冲器，缓冲通过发作检测器所测量的功率和输入信号；冲击声检验器，确定是否所检测的发作的每一个是冲击发作，且如果所检测的发作的每一个是冲击发作，通过检查存储在事件缓冲器中的功率来检测从冲击发作开始的事件，并如果所检测的发作的每一个满足预定的条件，确定所检测的发作的每一个为冲击事件；和冲击声源检验器，如果确定所检测的发作的每一个为冲击事件，通过将冲击事件和目标冲击声事件比较来鉴别冲击事件。根据本专利技术的另一个方面，提供一种冲击声鉴别方法，包括将帧单元的输入信号分离成高频的AC分量和低频的DC分量；测量所分离信号的功率并通过检查所测量功率的变化来检测发作；缓冲所测量的功率和输入信号，并确定是否所检测的发作的每一个是冲击发作；如果所检测的发作的每一个是冲击发作，通过检查缓冲的功率检测从冲击发作开始的每一个事件；如果所检测的事件满足冲击事件的预定条件，确定所检测的事件为冲击事件；且如果确定每一个所检测的事件为冲击事件，通过将冲击事件和目标冲击声事件比较来鉴别冲击事件。附图说明通过参考附图详细地描述其中的示例性实施例，本专利技术的上述和其他特性和优点将更为明显，其中图1是根据本专利技术的实施例检测和鉴别冲击声的设备的框图；图2示出具有两个事件的信号；图3是图1的发作检测器的详细的框图； 图4A示出从图2的信号中提取的展开相位谱的线性分量；图4B示出延伸图4A的相位谱的线性分量的结果；图5A示出计算图2的信号的功率增长率的结果；图5B示出计算图2的信号功率的结果；图5C示出用对数度量图5B的功率的结果；图5D示出图3的增量(delta)计算器的输出信号；图6示出向图5B的对数功率应用发作滤波器的结果；图7是图1的冲击声检验器的详细的框图；图8示出典型冲击事件信号；图9A到9D示出输入信号的对数功率信号和对数功率信号的近似的信号；和图10是图1的冲击声源检验器的详细的框图。具体实施例方式在此，将参照附图更加全面地描述本专利技术，其中示出本专利技术的实施例。图1是根据本专利技术的实施例检测和鉴别冲击声的设备的框图。参照图1，冲击声检测设备包括发作检测器11、事件缓冲器15和冲击声检验器12。冲击声鉴别设备包括冲击声检测设备和冲击声源检验器13。发作检测器可以进一步包括用于发作检测的噪音电平检测器14，且冲击声源检验器13可以进一步包括模板池16。发作检测器11将帧单元的输入信号分离为低频信号和高频信号，测量信号的功率，且通过执行关于信号的傅立叶分析和其他统计过程来检测发作。在此，发作(onset)，是一种突然发生的物理事件信号，其示出快速的振幅或功率增长。事件(event)，是一种声学事件，其具有普通事件所具有的衰减图案。事件具有从发作到当功率下降到预定电平之下时的时间或当另一个冲击发作发生时的时间的持续时间。图2示出具有两个事件的信号。当用木棒击打木板时产生信号，且信号的持续时间是0.27秒。附图标记11-1和11-2代表冲击事件的发作，且发作之间的间隔是大约23毫秒(ms)。事件缓冲器15存储当通过发作检测器11处理输入信号时产生的输入信号的频谱数据和功率数据。噪音电平检测器14从输入信号检测长期噪音电平。发作检测器11可以通过从输入信号减去长期噪音电平并处理相减后的信号来检测发作。冲击声检验器12从通过发作检测器11检测的发作中检验和输出冲击事件发作(以下为，冲击发作)。冲击声检验器12使用存储在事件缓冲器15中的功率数据来检验通过发作检测器11检测的发作是否是冲击发作。冲击发作通过确认功率电平的绝对值是否大于发作后的预定阈值、且是否具有如一般冲击声图案所示的功率衰减图案来验证。冲击声源检验器13提取并分类存储于事件缓冲器15的频谱数据的特征向量，并验证输入信号是否包括目标冲击声。模板池16存储当将来自输入信号的特征向量分类时所参考的多个特征向量。图3是图1的发作检测器11的详细框图。发作检测器11通过使用窗口大小的N个样本处理帧单元中的输入信号来检测发作，其中N为偶数。参照图3，发作检测器11包括AC/DC分离器20，高频发作检测器(HOD)21，低频发作检测器(LOD)23，和发作确定器24。AC/DC分离器20包括低通滤波器(LPF)201和加法器202，并分离来自输入信号的AC/DC信号。通过使输入信号通过过LPF201并仅提取低频分量来获得DC信号。通过从输入信号中减去低频分量来获得AC信号。在此，在帧单元中处理输入信号。HOD21包括快速傅立叶变换器(FTT)211、线性相位跨度单元(LPS)212、第一加权单元213、累积(banked)功率增长率计算器214、第二加权单元215、功率计算器216、增量计算器217、发作滤波器218、第三加权单元219、合并器220、和发作触发单元221，并检测高频分量的发作。在此，FFT211、LPS212、和累积功率增长率计算器214是在频率域内操作的信号处理块；且功率计算器216、增量计算器217、和发作滤波器218是在时间域中操作的信号处理块。FFT211快速傅立叶变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冲击声检测设备，包括：发作检测器，将帧单元的输入信号分离为低频信号和高频信号，测量所分离的信号的功率，并通过检测所测量的功率中的变化来检测发作；事件缓冲器，缓冲通过发作检测器测量的功率和输入信号的频谱数据；和冲击声检验器，确定是否所检测的发作的每一个是冲击发作，且如果所检测的发作的每一个是冲击发作，通过检查存储在事件缓冲器中的功率检测从冲击发作开始的事件，并且如果所检测的发作满足预定的条件，则确定所检测的事件的每一个为冲击事件。

【技术特征摘要】
KR 2004-2-10 8738/041.一种冲击声检测设备，包括发作检测器，将帧单元的输入信号分离为低频信号和高频信号，测量所分离的信号的功率，并通过检测所测量的功率中的变化来检测发作；事件缓冲器，缓冲通过发作检测器测量的功率和输入信号的频谱数据；和冲击声检验器，确定是否所检测的发作的每一个是冲击发作，且如果所检测的发作的每一个是冲击发作，通过检查存储在事件缓冲器中的功率检测从冲击发作开始的事件，并且如果所检测的发作满足预定的条件，则确定所检测的事件的每一个为冲击事件。2.如权利要求1所述的设备，其中发作检测器包括AC/DC分离器，将来自输入信号的高频的AC分量和低频的DC分量分离；高频发作检测器，获得在频率域中的相位特性和AC分量的功率变化量，计算在时间域中的AC分量的功率变化量，使用相位特性和功率变化量检测AC分量的发作，并输出触发值；低频发作检测器，将DC分量再分成各个频带，获得每一个频带的功率变化量，通过将功率变化量与第一阈值比较、并合并功率变化量来检测DC分量的发作，并输出发作确定值；和发作确定器，使用功率变化量、触发值和发作确定值确定是否在输入信号中发生发作。3.如权利要求2所述的设备，其中AC/DC分离器包括低通滤波器，通过输入信号的低频信号；和减法器，通过从输入信号中减去低频信号来输出高频信号。4.如权利要求2所述的设备，其中高频发作检测器包括频率域发作检测器，通过对AC分量执行快速傅立叶变换获得在频率域中的相位线性度和功率变化率；时间域发作检测器，通过输入信号的各个频谱数据获得在时间域中的AC分量的功率并获得功率变化量；合并器，合并频率域发作检测器的输出和时间域发作检测器的输出；和发作触发单元，根据时间域发作检测器的功率变化量确定合并器的输出是发作，并输出触发值。5.如权利要求4所述的设备，其中频率域发作检测器包括快速傅立叶变换器(FFT)，对AC分量执行快速傅立叶变换；线性相位跨度单元，将快速傅立叶变换的频谱数据的相位近似为线性函数，并获得近似的第一频谱数据的相位和位于帧中心处的频谱数据的相位之间的差值；和累积功率增长率计算器，获得快速傅立叶变换的频谱数据的功率，将该帧的第一半的功率与第二半的功率比较，并获得大于第二阈值的功率比率。6.如权利要求5所述的设备，其中时间域发作检测器包括功率计算器，获得AC分量的功率并用对数度量该功率；增量计算器，计算当前频谱数据和从功率计算器输出的前一频谱数据的对数功率之间的差值；和发作滤波器，获得在当前帧中对数功率的平均值，并输出当前帧和前一帧的对数功率平均值间的差值。7.如权利要求6所述的设备，其中发作滤波器是通过合并两个一阶滤波器形成的二阶滤波器，并具有如下冲击响应h(n)=(1-e1/τe)en/τe-(1-e↓/τi)en/τi,n=1,2,3,...]]>其中，τe和τi是两个一阶滤波器的时间常数。8.如权利要求6所述的设备，其中合并器进一步包括第一加权单元，匹配滤波线性相位跨度单元的输出；第二加权单元，轮乘累积功率增长率计算器和增量计算器的输出；和第三加权单元，执行发作滤波器的输出的一致操作，其中所述合并器将第一、第二和第三加权单元的输出相加并输出相加的结果。9.如权利要求6所述的设备，其中发作触发单元通过使用发作滤波器的输出作为控制信号、根据合并器的输出来输出正或负值。10.如权利要求2所述的设备，其中低频发作检测器包括滤波器组单元，将DC分量再分成多个频带；功率计算器，计算每一个频率的功率并用对数度量该功率；增量计算器，计算在邻近频带之间、从功率计算器输出的对数功率的差值；比较器，通过将从用于每一个频带的增量计算器输出的增量对数功率与第一阈值进行比较来确定是否发生局部发作；和合并器，将通过比较器检测的局部发作合并，以输出发作确定值。11.如权利要求2所述的设备，其中如果输出触发值，且通过高频发作检测器测量的功率与输入信号的总功率的比率大于第二阈值，发作确定器通过将触发值和发作确定值相加来输出代表是否发生发作的二进制信号。12.如权利要求2所述的设备，其中如果输出发作确定值，且通过低频发作检测器测量的功率与输入信号的总功率的比率大于第二阈值，则发作确定器通过将触发值和发作确定值相加来输出代表是否发生发作的二进制信号。13.如权利要求1所述的设备，发作检测器进一步包括噪音电平检测器，检测输入信号的噪音电平，其中发作检测器在通过从输入信号减去所检测的噪音电平获得的信号中检测发作。14.如权利要求1所述的设备，其中冲击声检验器包括冲击发作选择器，如果通过发作检测器检测到发作，则通过检查存储在事件缓冲器中的功率来确定所检测的发作的每一个是否是冲击发作；事件形成器，如果确定所检测的发作的每一个是冲击发作，使用存储于事件缓冲器中的功率来搜索从冲击发作开始的每一个事件持续时间；和冲击事件选择器，如果所述事件满足冲击事件的特性，确定通过事件形成器搜索的每一个事件为冲击事件。15.如权利要求14所述的设备，其中如果检测到发作，冲击发作选择器通过监测存储于事件缓冲器中的功率来确定是否发生功率峰值，并通过将从每一个发作的开始时间到每一个功率峰值时间的功率增长量与预定阈值进行比较来确定该发作是否是冲击发作。16.如权利要求15所述的设备，其中事件形成器通过定义事件持续时间的开始时间作为功率峰值的每一个的发生时间、和定义事件持续期间的结束时间作为功率落在预定电平之下或冲击发作选择器输出后继冲击发作时的时间，来形成事件的每一个。17.如权利要求15或16所述的设备，其中冲击事件选择器搜索近似通过事件形成器形成的事件的功率函数，并通过确定功率函数是否在预定的范围、从功率峰值的每一个指数地衰减，来确定事件的每一个是否是冲击事件。18.一种冲击声检测方法，包括将帧单元的输入信号分离成高频的AC分量和低频的DC分量；测量分离的信号的功率并通过检查所测量的功率的变化来检测发作；缓冲所测量的功率和输入信号，并确定是否所检测的发作的每一个是冲击发作；如果所检测的发作的每一个是冲击发作，通过检查所缓冲的功率来检测从冲击发作开始的每一个事件；并且如果检测的事件满足冲击事件的预定条件，确定检测的事件为冲击事件。19.如权利要求18所述的方法，其中发作的检测包括获得相位特性和在频率域中的AC分量的功率变化量；在时间域中计算AC分量的功率变化量；通过将相位特性和功率变化量合并来检测AC分量的发作，以输出触发值；将DC分量再分成多个频带并获得每一个频带的功率变化量；通过将每一个频带的DC分量的功率变化量与第一阈值比较并合并功率变化量来检测DC分量的发作；和通过合并AC和DC分量的所检测的发作、触发值和发作确定值来检测输入信号的发作。20.如权利要求19所述的方法，其中相位特性通过以下获得对AC分量执行快速傅立叶变换；将快速傅立叶变换的频谱数据的相位近似为线性函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：文学，李荣范，李在原，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]