CN103187069B - 一种亚音频尾音检测的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亚音频尾音检测方法与装置，该方法包括：对接收信号进行滤波，并根据设定的离散傅里叶变换DFT窗长，计算滤波后的信号在目标频率上的DFT值；根据当前计算的DFT值，及之前计算的DFT值，获得DFT叠加值；计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值；通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音。本发明充分利用了随着亚音频信号相位的反转，对亚音频信号进行离散傅里叶变换得到的DFT值发生变化的特性来确定是否检测到尾音，具有计算量小、计算复杂度低等优点。

Description

一种亚音频尾音检测的方法与装置

技术领域

本发明涉及音频处理技术领域，尤其涉及一种亚音频尾音检测的方法与装置。

背景技术

CTCSS(Continuous Tone Controlled Squelch System，连续语音控制静噪系统)俗称亚音频，是一种将低于音频频率的频率(67Hz-250.3Hz)单音信号与音频信号混合在一起传输的技术，因其频率范围在标准音频以下，故称为亚音频。当接收端从接收信号中分离出亚音频值后，对亚音频信号进行滤波、整形，并输入到CPU中，与本机设定的亚音频率进行比较，若比较结果为一致则开启扬声器，否则就关闭扬声器。

当话音结束时，如果不关闭扬声器，用户将听到噪声，为了在话音结束时能及时地关闭扬声器，发送端在本次话音即将结束之前设置亚音频尾音，接收端检测到这种亚音频尾音后，就会在一段短时间后关闭扬声器。亚音频为正弦波形，常见的亚音频尾音有两种格式：一种是将最后的180ms亚音频相位反转120度后得到的音频，另一种是将最后的150ms亚音频相位反转180度后得到的音频。

目前常见的尾音检测方法为对接收的时域信号逐点计算相位，并比较前后两次的相位是否存在反转，如果存在反转，则说明检测到尾音，否则就说明没有检测到尾音。然而这种尾音检测方法需要逐点计算相位，计算复杂度较高，而且由于噪声和干扰的影响，对单点时域信号计算相位得到的结果精度不高。

此外，对于采用模拟电路产生亚音频信号的对讲机来说，由于利用对亚音频信号反转相位来产生尾音的方式难以实现，目前这类对讲机采用的技术为发送另一亚音频率的亚音信号来代表尾音，接收端通过检测这种亚音信号频率的变化来判断是否需要关闭扬声器，但该方法仅限于应用于亚音频尾音的频率不同于亚音频的情况。

发明内容

本发明提供一种亚音频尾音检测的方法与装置，用以解决现有技术中通过检测相位的变化来检测尾音的方法计算量大、计算复杂度高的问题。

本发明方法包括：

一种亚音频尾音检测方法，包括：

对接收信号进行滤波，并根据设定的离散傅里叶变换DFT窗长，计算滤波后的信号在目标频率上的DFT值；

根据当前计算的DFT值，及之前计算的DFT值，获得DFT叠加值；

计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值；

通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音。

一种亚音频尾音检测装置，包括：

DFT计算模块，用于对接收信号进行滤波，并根据设定的离散傅里叶变换DFT窗长，计算滤波后的信号在目标频率的DFT值；

DFT叠加模块，用于根据当前计算的DFT值，及之前计算的DFT值，获得DFT叠加值；

功率归一化模块，用于计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值；

尾音确定模块，用于通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音。

本发明提供的一种亚音频尾音检测的方法与装置，充分利用了随着亚音频信号相位的反转，对亚音频信号进行离散傅里叶变换得到的DFT值发生变化的特性，通过对不同时刻获得的DFT叠加值的功率归一化值进行比较来确定是否检测到尾音。本发明与现有技术中通过计算相位来检测亚音频尾音的方法相比，具有计算量小、计算复杂度低等优点，既适用于现有反转120度和180度的亚音频格式，也适用于目前利用发送另一频率的亚音频信号来代表尾音的情况。

附图说明

图1为本发明提供的一种亚音频尾音检测方法的流程示意图；

图2为本发明提供的一种亚音频尾音检测装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明一种亚音频尾音检测的方法与装置的具体实施方式作进一步详细描述。

亚音频尾音的发送总是紧跟在亚音频信号之后，本发明提供一种亚音频尾音检测方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤101，对接收信号进行滤波，并根据设定的离散傅里叶变换DFT窗长，计算滤波后的信号在目标频率的DFT值。

步骤102，根据当前计算的DFT值，及之前计算的DFT值，获得DFT叠加值。

步骤103，计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值。

步骤104，通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音。

本发明提供的一种亚音频尾音检测的方法与装置，充分利用了随着亚音频信号相位的反转，对亚音频信号进行离散傅里叶变换得到的DFT值发生变化的特性，通过对不同时刻获得的DFT叠加值的功率归一化值进行比较来确定是否检测到尾音。本发明与现有技术中通过计算相位来检测亚音频尾音的方法相比，具有计算量小、计算复杂度低等优点，既适用于现有反转120度和180度的亚音频格式，也适用于目前利用发送另一频率的亚音频信号来代表尾音的情况。

具体的，本发明提供的亚音频尾音检测方法中，首先应对所述接收信号进行低通滤波，滤除亚音频频率以外的信号，然后再根据设定的DFT窗长，对滤波后信号在目标频率进行离散傅里叶变换，获得不同时刻的DFT值。其中，所述设定DFT窗长的具体值可根据实际的检测精度需求和检测时间需求进行选取，例如在实际的检测精度需求较低或检测时间需求较短时，就可设置所述设定DFT窗长的值较小，反之，则可设置所述设定DFT窗长的值较大。

研究发现，根据本方法步骤101，若滤波后的信号中包含有所述目标频率的亚音频信号，则对亚音频尾音到达之前和亚音频尾音到达之后设定DFT窗长的亚音频信号在目标频率计算的DFT值具有以下特点：模值相同，相位相反，据此可知，尾音在DFT窗中间时刻到达时，计算的DFT值应具有模值较小的特点。鉴于此，为了检测尾音是否到达，可以从接收信号开始，每获取设定DFT窗长的滤波后信号后，计算其在目标频率处的离散傅里叶变换DFT值，并通过比较不同时刻DFT值的变化来确定亚音频尾音是否到达。由于相位反转的时刻不能提前预知，为了达到检测亚音频尾音的目的，所述模值较小的DFT值是本发明所必要的，并且该模值较小的DFT值是对如下情况的亚音频信号进行离散傅里叶变换获得的：即针对恰好一部分位于相位反转之前的亚音频信号，和另一部分位于相位反转之后的亚音频信号，受这两部分亚音频信号的相位不同影响，所计算的离散傅里叶变换DFT值的模值较小。为保证总能获得所述必要的DFT值，本发明在每次计算DFT值后，将其与之前计算的DFT值叠加的方式，获得DFT叠加值。

例如，设所述设定DFT窗长为L，从接收信号开始，每获取L时长的滤波后信号就作一次DFT计算，若第n-1次计算的DFT值恰好针对的是相位反转时刻之前L时长的亚音频信号，而第n次计算的DFT值恰好针对的是相位反转时刻之后L时长的亚音频信号，这种情况下，若只通过DFT值计算就不会得到所述必要的DFT值，而如果通过将第n次计算的DFT值与其之前第n-1次计算的DFT值叠加的方式，即叠加后的DFT窗长为2L，并且该DFT窗长包含了所述相位反转时刻，这样获得的DFT叠加值，也就是所述必要的DFT值。以上例子为将每次计算的DFT值与其前一次计算的DFT值叠加的情况，实际应用中，为了得到更明显的对比效果，可以将每次计算的DFT值与其之前计算的连续多个DFT值相叠加，获得DFT叠加值。

优选的，根据当前计算的DFT值，及之前计算的DFT值，获得DFT叠加值，具体为：将当前计算的DFT值与之前计算的连续N个DFT值相加，获得DFT叠加值，其中N为正整数；之前计算的DFT值的数目小于N时，将当前计算的DFT值与之前所有的DFT值相加，获得DFT叠加值；初次计算DFT值时，DFT叠加值等于所述初次计算的DFT值。

具体的，设第n次得到的DFT值为D(n)，则第n次计算DFT叠加值的公式为：

$\tilde{D}\left(n\right)=D\left(n\right)+D(n-1)+.....D(n-N).$

特殊的，若在此之前计算的DFT值不足N个时，可将当前计算的DFT值与其之前所有计算的DFT值相加，作为DFT叠加值；

即：当n＝1时，DFT叠加值等于第一次得到的DFT值；当n＜＝N时，在第n次得到DFT值后，将所述第n次得到的DFT值与在此之前得到的所有DFT值相加，得到DFT叠加值；当n＞N时，在第n次得到DFT值后，将所述第n次得到的DFT值与在此之前刚得到的连续的N个DFT值相加，得到DFT叠加值。

实际中设备在不同时刻接收到的信号，其功率可能是不同的，为了方便地利用获得的DFT叠加值检测亚音频尾音是否到达，本发明方法对所述DFT叠加值进行功率归一化，即计算DFT叠加值的功率归一化值，并通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音。

优选的，计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值，具体包括：计算当前获得的DFT叠加值的模值的平方与所述滤波后信号的平均功率估计值的比值，得到DFT叠加值的功率归一化值。

具体的，对所述滤波后信号进行功率估计，得到功率估计值P；然后根据第n次计算的DFT叠加值功率估计值P，按照以下公式计算对应的DFT归一化功率值

$\tilde{P}\left(n\right)=\frac{{\left|\tilde{D}\left(n\right)\right|}^2}{P}.$

优选的，通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音，具体包括：确定第n-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值大于第一门限值，且第n-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值，与第n次得到的DFT叠加值的功率归一化值的差值大于第二门限值时，确定检测到尾音，n、M为正整数，且n大于M。

具体的，所述第一门限值、第二门限值，以及所述M值都由仿真过程确定。

本发明提供一种对讲机通过检测接收信号中的亚音频尾音来判断是否需要关闭扬声器的实施例，包括如下步骤：

步骤A1，对讲机接收信号，并确定所述接收信号中是否包含本机目标频率的亚音频信号，若是，则打开扬声器收听该信号，同时执行步骤A2进行尾音检测，否则，不收听该信号。

具体的，发送端对讲机发送音频信号和亚音频信号的混合信号，而接收端对讲机设定有本机目标频率的亚音频信号，接收端对讲机接收到信号后，通过检测其中是否含有本机目标频率的亚音频信号来判断是否收听该信号。

步骤A2，对讲机对所述接收信号进行低通滤波，滤除亚音频频率以外的信号。

具体的，亚音频频段为 67Hz-250.3Hz。

步骤A3，对所述滤波后的信号进行功率估计，获得功率估计值P。

步骤A4，对讲机每获取L时长的所述滤波后的信号，对其在本机目标频率处作离散傅里叶变换，获得DFT值，记第n次计算得到的DFT值为D(n)。

步骤A5，每次计算DFT值之后，将其与之前计算的连续N个DFT值相加，获得对应的DFT叠加值。

具体的，记第n次计算得到的DFT叠加值为则有以下计算公式：

$\tilde{D}\left(n\right)=D\left(n\right)+D(n-1)+.....D(n-N).$

步骤A6，每获得一个DFT叠加值，都计算当前DFT叠加值的功率归一化值。

具体的，记第n次计算得到的DFT叠加值的功率归一化值为则有以下计算公式：

$\tilde{P}\left(n\right)=\frac{{\left|\tilde{D}\left(n\right)\right|}^2}{P}.$

步骤A7，每计算一个DFT叠加值的功率归一化值时，根据仿真获得的第一门限值第二门限值M值、以及当前DFT叠加值的功率归一化值，采用以下方式判断是否检测到尾音：

假设当前为第n₀次计算DFT叠加值的功率归一化值，并且当前计算得到的DFT叠加值的功率归一化值为则确定第n₀-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值大于所述第一门限值且第n-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值与当前得到的DFT叠加值的功率归一化值的差值大于第二门限值时，确定检测到了尾音。

随着亚音频信号相位的反转，对亚音频信号在目标频率进行离散傅里叶变换得到的DFT值具有明显变化的特性，由于目前的两种亚音频尾音格式(即将最后的180ms亚音频相位反转120度形成的尾音，和将最后的150ms亚音频相位反转180度形成的尾音)，在亚音频尾音出现的时刻(亚音频信号相位反转的时刻)都具有该变化特性，基于此，对上述两种亚音频尾音格式，利用上述亚音频尾音检测的方法，本实施例中的对讲机都可以方便的检测出尾音。而对于目前模拟电路对讲机采用另一种频率的亚音频信号来代表尾音的情况，由于在频率发生改变的时刻对亚音频信号在目标频率进行离散傅里叶变换得到的DFT值也具有以上变化特性，因此，利用上述亚音频尾音检测的方法，本实施例中的对讲机也可以方便的检测出尾音。

此外，相比目前采用对接收的时域信号逐点计算相位，并比较前后两次相位是否存在反转的尾音检测技术，本发明提供的一种亚音频尾音检测的方法不需要计算相位，具有运算量低、系统处理消耗少等优点。

本发明还提供一种亚音频尾音检测装置，如图2所示，包括：

DFT计算模块201，用于对接收信号进行滤波，并根据设定的离散傅里叶变换DFT窗长，计算滤波后的信号在目标频率的DFT值；

DFT叠加模块202，用于根据当前计算的DFT值，及之前计算的DFT值，获得DFT叠加值；

功率归一化模块203，用于计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值；

尾音确定模块204，用于通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音。

优选的，所述DFT叠加模块202块根据当前计算的DFT值，及之前计算的DFT值，获得DFT叠加值，具体为：将当前计算的DFT值与之前计算的连续N个DFT值相加，获得DFT叠加值，其中N为正整数；之前计算的DFT值的数目小于N时，将当前计算的DFT值与之前所有的DFT值相加，获得DFT叠加值；初次计算DFT值时，DFT叠加值等于所述初次计算的DFT值。

优选的，所述功率归一化模块203计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值，具体包括：计算当前获得的DFT叠加值的模值的平方与所述滤波后信号的平均功率估计值的比值，得到DFT叠加值的功率归一化值。

优选的，所述尾音确定模块204通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音，具体包括：确定第n-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值大于第一门限值，且第n-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值，与第n次得到的DFT叠加值的功率归一化值的差值大于第二门限值时，确定检测到尾音，n、M为正整数，且n大于M。

所述亚音频尾音检测装置中的各个模块的具体实现功能参见上述亚音频尾音检测方法的具体实现过程，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种亚音频尾音检测方法，其特征在于，包括：

对接收信号进行滤波，并根据设定的离散傅里叶变换DFT窗长，计算滤波后的信号在目标频率上的DFT值；

根据当前计算的DFT值，及之前计算的DFT值，获得DFT叠加值；具体为：将当前计算的DFT值与之前计算的连续N个DFT值相加，获得DFT叠加值，其中N为正整数；之前计算的DFT值的数目小于N时，将当前计算的DFT值与之前所有的DFT值相加，获得DFT叠加值；初次计算DFT值时，DFT叠加值等于所述初次计算的DFT值；

计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值；

通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值，具体包括：

计算当前获得的DFT叠加值的模值的平方与所述滤波后信号的平均功率估计值的比值，得到DFT叠加值的功率归一化值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音，具体包括：

确定第n-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值大于第一门限值，且第n-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值，与第n次得到的DFT叠加值的功率归一化值的差值大于第二门限值时，确定检测到尾音，n、M为正整数，且n大于M。

4.一种亚音频尾音检测装置，其特征在于，包括：

DFT计算模块，用于对接收信号进行滤波，并根据设定的离散傅里叶变换DFT窗长，计算滤波后的信号在目标频率的DFT值；

DFT叠加模块，用于根据当前计算的DFT值，及之前计算的DFT值，获得DFT叠加值；具体为：将当前计算的DFT值与之前计算的连续N个DFT值相加，获得DFT叠加值，其中N为正整数；之前计算的DFT值的数目小于N时，将当前计算的DFT值与之前所有的DFT值相加，获得DFT叠加值；初次计算DFT值时，DFT叠加值等于所述初次计算的DFT值；

功率归一化模块，用于计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值；

尾音确定模块，用于通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述功率归一化模块计算当前获得的DFT叠加值的功率归一化值，具体包括：

计算当前获得的DFT叠加值的模值的平方与所述滤波后信号的平均功率估计值的比值，得到DFT叠加值的功率归一化值。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述尾音确定模块通过比较不同次得到的DFT叠加值的功率归一化值，确定是否检测到尾音，具体包括：

确定第n-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值大于第一门限值，且第n-M次得到的DFT叠加值的功率归一化值，与第n次得到的DFT叠加值的功率归一化值的差值大于第二门限值时，确定检测到尾音，n、M为正整数，且n大于M。