CN104854635B - 人机接口中安全的音频播放 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提供安全的音频播放的音频控制系统(100)。音频控制器(110)输出具有包括预定义测试频率成分的预定义测试段的中间音频信号(M)。音频合成级(120)基于中间音频信号提供输出音频信号(P)，以供在音频播放中使用。基于输出音频信号的与中间音频信号的测试段相对应的第一段执行音频测试，并且安全处理器(150)在音频测试的结果是肯定的情况下，声明音频合成级的运行正确。如果频率监测器和频率‑选择性音频传感器(140)在输出音频信号的第一段中都检测到测试频率，则安全处理器声明频率监测器(130)的运行正确。

Description

人机接口中安全的音频播放

技术领域

本发明涉及音频处理设备及相应的方法，适用于提供音频信号的安全播放。

背景技术

在许多系统和设备中，音频信号用于吸引人类用户注意。这些音频信号可能是安全关键的，并且确保用户听到和/或确认收到音频信号是非常重要的。在一些系统中，以较大的音量播放和/或重复播放安全关键音频信号，以增加被听到的可能性。确保正确播放音频信号也可能是重要的，即，为了能够以系统期望的方式解释信号或消息，确保用户听到预期并且正确重现的信号或消息。

US 2010/161089 A1公开了一种具有集成的缺陷检测的声音消息生成设备。其使用的检测原理在于将数字测试信号数字式地叠加到数字-模拟转换器的输入上以及提取对应的测试信号，其特性与作为输入施加的测试信号的特性相比较，其中数字-模拟转换器用于接收将被恢复的音频序列的采样，数字测试信号具有资料库的音频序列的频率频谱之外的频率频谱。

车辆中的安全系统可被设计为通过音频信号或消息要求车辆的驾驶员执行安全例程，以确保驾驶员在场并且能够继续驾驶车辆。作为一种安全机制，车辆可适于自动停止，除非驾驶员在给定的时间段内执行所请求的安全例程。在音频处理设备运行不良的系统中，驾驶员误解或甚至没听到音频信号所导致的自动停止频繁发生，并且因此，确保正确播放音频信号是重要的。

至少因为上述原因，提供一种实现音频信号和/或音频消息的更可靠(或更安全)的播放的音频处理系统将是可取的。

发明内容

本发明的目的是提供一种音频处理系统及相应的方法，实现音频信号和/或音频消息的更可靠(或更安全)的播放。一个特定的目的是提出一种具有防范存储器故障的良好鲁棒性的音频处理系统。第二个特定的目的是提出一种音频处理系统，其中，可检测并优选地纠正音频合成故障。另一个目的是提出一种具有集成的验证功能的音频处理系统，用于验证(或声明正确)一个或多个组件或功能。如本文所使用的，在发现组件或功能正常运行或以预期的方式运行时，验证组件或功能。

根据本发明的第一方面，提供一种音频处理系统，包括音频控制器、音频合成级、频率监测器、频率-选择性音频传感器以及安全处理器。音频控制器可操作用于输出具有预定义测试段的中间音频信号，其中音频信号包括预定义测试频率成分。音频合成级适于基于中间音频信号提供输出音频信号，以供在音频播放中使用。频率监测器适于监测输出音频信号的频率内容。频率-选择性音频传感器被调整至测试频率，并且适于监测输出音频信号。安全处理器适于响应于在输出音频信号的与中间音频信号的测试段相对应的第一段中执行的音频测试的肯定结果，验证(或声明正确)音频合成级的运行。安全处理器进一步适于响应于频率监测器和频率-选择性音频传感器在输出音频信号的第一段中都检测到测试频率，验证(或声明正确)频率监测器的运行。

根据本发明的第二方面，提供了一种音频处理方法，包括步骤：提供具有预定义测试段的中间音频信号，预定义测试段包括预定义测试频率成分；基于中间音频信号合成输出音频信号，以供在音频播放中使用；监测输出音频信号的频率内容；以及在输出音频信号中检测测试频率。要注意的是，频率内容的监测以及测试频率的检测可以是以任意顺序执行的独立的步骤，例如，可同时在不同的单元中执行这些步骤(即，并行)。换句话说，可不管频率内容是否被监测，检测测试频率。

在输出音频信号的与中间音频信号的测试段相对应的第一段中执行音频测试。如果该音频测试的结果是肯定的，则音频合成功能被验证。此外，如果在输出音频信号的第一段中检测到测试频率，并且对输出音频信号的频率内容的监测显示输出音频信号的第一段中存在测试频率，则频率监测功能被验证。

在中间音频信号中包括预定义测试段的效果是，可基于音频处理系统的至少一些组件如何处理测试段来评估这些组件的运行(或系统的功能)。由于测试段是预定义的，可独立于中间音频信号的任何其他段的任何内容执行组件(或功能)的评估。如果这种评估指示系统的组件或功能的运行是令人满意的，则组件可被验证，并且此后，组件是可信的。另一方面，如果这种评估指示组件的运行不是令人满意的，则音频处理级可例如通过使/指示音频控制器、音频合成级和/或任意音频播放设备暂停运行(例如，直至可再次评估音频处理系统的组件)，来暂停输出音频信号的音频播放。音频处理系统的组件的运行的这种评估实现更可靠(或更安全)的音频播放。

预定义测试段(或足以产生预定义测试段的数据)可在制造、研发或安装期间，或在配置阶段，存储在音频生成设备中，并且预定义测试段可通过音频生成系统包括在中间音频信号中。可替代地，可由音频控制器通过输入或控制信号接收预定义测试段。

安全处理器可以是比音频处理系统的其他组件中的至少一些更可靠和/或更可信的组件，并且可用于验证其他组件中的至少一些。特别地，安全处理器可执行已根据安全标准验证的可信软件。以这种方式，安全处理器的可靠性可用于将信任扩展到音频处理系统的其他先验不可靠的组件。不可靠的组件可例如为便宜的/简单的组件，或在执行其他任务(例如，与安全的音频播放不相关的任务)时可能被影响、被改变或被损坏的多用途组件。以这种方式，使用安全处理器验证其他组件实现了并非所有组件都是先验可信的系统中更可靠的音频播放。

在基于中间音频信号提供输出音频信号时，可基于音频合成级如何处理测试段来评估音频合成级的运行。如果音频合成级基于测试段提供预期的音频输出信号段，那么，对于具有不同内容的中间音频信号的正常运行是可预期的，并且可由安全处理器验证。可通过音频测试执行该评估，在音频测试中，例如，测量/监测音频输出信号的频率、振幅、波形和/或相位，并将其与对应的参考值进行比较。由于中间音频信号的测试段是预定义的，因此这些参考值可例如在安全或配置阶段存储在安全处理器中。

使用频率监测器和频率-选择性音频传感器两者来分析同样的音频输出信号的效果是，这两个组件可用于评估彼此的运行。实际上，这两个组件可彼此独立监测和/或检测输出音频信号中的频率，并且如果两个组件在输出音频信号(同样部分/段)中检测到同样的频率，则这指示两个组件功能正确。对于频率监测器和频率-选择性音频传感器，使用结构上不同的组件或具有不同的时效效应的组件的好处是，减少由不同的组件中的同时错误的场景导致错误的验证的可能性。例如，调整至(例如，通过使用专用硬件组件和/或硬编码的软件)特定频率的频率-选择性音频传感器可能比通用目的的频率监测器更可靠，并且可因此用于评估频率监测器的运行。一旦已通过频率-选择性音频传感器验证了频率监测器的运行，其可用于监测可能在频率-选择性音频传感器的检测范围外的频率。

频率-选择性音频传感器可能仅检测测试频率(或其附近窄频带中的频率)，或可能检测更宽范围的频率，但可能对测试频率特别敏感。

具有预定义测试频率的频率成分包括在中间音频信号的测试段中。音频合成级期望基于包括具有测试频率的频率成分的测试段将输出音频信号的第一部分进行输出，即，音频合成级期望从中间音频信号保留测试频率。同样地，中间音频信号可包含测试频率的指示，并且可验证(或评估是否)音频合成级如预期的输出测试频率。因此，频率-选择性音频传感器可调整至预定义测试频率，并且可用于基于该频率评估频率监测器的运行。

中间音频信号可例如包括多个段，其中的至少一个段可具有基于音频控制器接收的控制信号或输入音频信号的内容。中间音频信号的测试段可优选地位于这种段之前，称为内容段，因为这样可允许在处理内容段之前评估音频处理系统的组件。因此，安全处理器可响应于指示故障的评估，在播放内容段之前例如暂停/中断输出音频信号的播放。

中间音频信号的测试段可例如由具有预定义测试频率的单个成分组成，即，其频谱可仅有一个频率成分组成。可替代地，测试段可包括数个测试频率成分，和/或数个连续的子段(关于时间)，可能具有不同的测试频率成分的集合。

预定义测试频率可以可选地在人类听觉范围外。这允许在测试频率不被人类用户注意的情况下，在评估音频处理系统的组件的运行时使用测试频率，而不管所使用的音量。可选地，为了不让人类用户注意到，中间音频信号的整个测试段可在人类听觉范围外。

根据实施例，音频合成级可适于以适用于未进一步处理的音频播放的格式将输出音频信号进行输出。例如，音频处理系统可包括声换能器，适用于重现未进一步处理的音频输出信号(即，执行播放)。可选地，安全处理器(或专用的测试组件，等等)可适用于检测声换能器是否连接至音频处理系统，即，其是否能够接收输出音频信号。例如，这可通过检查适用于连接至声换能器的连接点之间的阻抗是声换能器的特征阻抗来进行。

根据实施例，音频合成级可包括放大器，适于放大中间信号或从音频合成级获取的音频信号。例如，音频合成级可包括转换级，适于将中间音频信号从数字转换成模拟格式或表示，并且放大器可适于通过放大中间音频信号的模拟表示来提供输出音频信号。音频测试可例如配置用于评估放大器的放大功能。

根据实施例，音频测试可涉及检查音频合成级是否正确处理音量。音频控制器可操作用于以第一指示的音量输出中间信号的测试段，即，音频控制器可指导以第一音量播放测试段。安全处理器可适于接收第一音频测试信号，该第一音频测试信号指示输出信号的与中间音频信号的测试段相对应的第一段中的实际音量是否等于第一指示的音量，即，是否与第一预期的音量相同。可通过使用输出音频信号的测试组件提供第一音频测试信号。例如，频率-选择性音频传感器可适于检测指示的音量的测试频率，并且提供第一音频测试信号。可替代地，可指示安全处理器在该音量的测试信号已被接收，并允许安全处理器执行比较。

可选地，本实施例的音频控制器可操作用于以与第一音量不同的第二指示的音量输出中间信号的附加测试段。所述音频测试可扩展至评估音频合成级如何影响该第二测试段。安全处理器可适于接收第二测试信号，指示输出音频信号的与中间音频信号的附加测试段相对应的第二段中的实际音量是否等于第二指示的音量。可类似于第一测试信号，例如由频率-选择性音频传感器提供该第二测试信号。通过使用具有不同音量的至少两个测试段，音频测试可指示音频合成级是否能够提供不同音量(或提供不同量的振幅)，优选地，以正确的定量关系提供。

根据实施例，安全处理器可适于从频率-选择性音频传感器接收指示在输出音频信号的第一段中检测到预定义测试频率的第三音频测试信号。第三测试信号可能与结合之前的实施例描述的那些测试信号不同。可替代地，频率-选择性音频传感器可适用于执行组合测试，其中，测量频率和音量两者，并且测试信号可指示此组合测试的结果。

根据实施例，所述安全处理器可适于基于频率监测器提供的输出音频信号的频率内容，执行实时音频测试。实时音频测试可包括将提供的频率内容与预期的频率内容进行比较。这可例如通过基于提供的频率内容计算一个或多个校验和或哈希值，以及将这些校验和或哈希值与对应的预期的频率内容的值或校验和进行比较来执行。预期的频率内容或对应的校验和或哈希值可例如在音频处理系统的制造、研发、安装或配置期间预存储在安全处理器中，或可由安全处理器从频率监测器之外的组件接收。可替代地，可通过安全处理器例如基于安全处理器中存储的参考音频信号确定频率内容和/或校验和。

实时音频测试的否定结果可指示音频输出信号是不正确的，或作为存储故障、存储器获取故障、数据传输故障或数据处理的结果。然后，安全处理器可选地停止输出音频信号的播放，例如，通过指示/控制音频合成级、音频控制器和/或任何播放设备中断运行。

此外或可替代地，安全处理器可适于响应于实时音频测试的肯定结果，验证音频合成级的上游的至少一个组件的运行(或声明正确)。例如，可验证音频控制器和/或组件，音频控制器从该组件接收输入/控制信号。音频控制器接收的输入信号或指令可包括来自存储器的数据。例如，响应于实时音频测试的肯定结果，验证这种存储器的运行或状态。

根据实施例，音频控制器可适于接收表示期望频率(人类听觉范围内)的数据，并响应于接收该数据，生成具有期望频率的中间音频信号的内容段。可选地，接收的数据还可表示将生成的内容段的期望音量和/或期望持续时间(或期望音量和期望持续时间可以是预定义的，并且例如存储在音频控制器中)。要注意的是，接收的数据可指示在中间音频信号的内容段中提供的多个频率(和/或音量)。数据可例如从安全处理器接收，在这种情况下，数据还可由安全处理器在评估音频处理系统的组件的性能时使用。

根据实施例，频率监测器可适于监测输出信号的与中间音频信号的内容段相对应的内容段的频率内容。由于可由安全处理器基于与中间音频信号的测试段有关的测量验证频率监测器的运行，因此频率监测器对于监测与中间音频信号的其他段/部分有关的频率内容是可信的，尤其是如果这些段在测试段之后。为了确保所述输出音频信号是正确的，可将监测的频率内容与期望频率进行比较。例如，安全处理器可适于执行此比较，且可适于在检测到不匹配时，停止输出音频信号的播放。

可选地，安全处理器可适于响应于输出音频信号的内容段的频率内容匹配(即，等于或最多在预定义的容限内不同)期望频率，验证音频合成级的上游的至少一个组件的运行(或声明正确)。例如，安全处理器可验证音频控制器或音频控制器从其接收输入/控制信号的组件/单元的运行。

根据实施例，所述安全处理器可适于以第一格式表示期望频率，以及以第二格式表示频率监测器提供的输出信号的频率内容。第一格式和第二格式定义不重叠的值的集合，使得各表示在所有时间都不同。换句话说，以这种不同格式表示并存储期望频率以及测量的频率内容，使得其不会彼此弄错。例如，故障不可能导致将期望频率错用为测量的频率内容，这种错用会禁用(即，使其无意义)检查期望频率与测量的频率内容是否匹配/一致的评估步骤。

根据实施例，音频控制器可适于接收指示预定义的音频内容段的指令，并基于该指令生成中间音频信号。音频控制器还可适于基于中间音频信号获得至少一个校验和或哈希值。在至少一个校验和或哈希值匹配与预定义的音频内容段关联的至少一个参考值(即，等于或最多在容限范围内不同)的情况下，音频控制器可验证中间音频信号。

预定义的音频内容段可表示将在中间音频信号中提供的期望的音频内容。与预定义的音频内容段关联的至少一个参考值可以是已计算(基于例如参考音频文件)并在音频处理系统的制造、研发、安装或配置期间存储的至少一个校验和或哈希值。至少一个参考值可例如已存储在安全处理器中，并且可选地，可以在提供中间音频信号时，已与被音频控制器用作主要输入数据的数据分开。

接收的指令可包括这种数据：预定义的音频内容段(或其近似)可以自该数据推出，或可包括可从哪得到/获得这种数据的指示(例如，音频控制器可访问存储多个不同的音频文件的存储器，并且接收的指令可以是存储器指针或指示使用这些音频文件中的哪个)。可替代地，接收的指令可包括预定义的音频内容段的存储的版本(例如，作为数字音频文件)。但是，由于其存储的时间，可从其推出预定义的音频内容段的这种数据可能已经损坏或丢失。而且，即便存储的数据仍然正确，接收的指令本身可能已损坏，使得其包括不正确的数据。例如，接收的指令中的数据可能从其已存储的存储器中不正确的加载或传送。另一种可能的错误源是由音频控制器处理接收的指令。因此，音频控制器生成的中间音频信号可能与预定义的音频内容段不同，并且可能需要通过利用控制和或哈希值，将其与预定义的音频内容段进行比较来检查。

在接收的指令是音频文件的情况下，音频控制器可例如通过中继/重现接收的音频文件/信号来提供中间音频信号。可替代地，音频控制器可通过处理和/或增加内容到接收的音频文件/信号来提供中间音频信号。例如，可接收没有具有预定义测试频率的预定义测试段的音频文件/信号信号。在这种示例中，为了提供适合于执行上面讨论的音频测试的中间音频信号，音频控制器可适于将预定义测试段附加到接收的音频文件/信号。

要注意的是，音频控制器、音频合成级、频率监测器、频率-选择性音频传感器以及安全处理器在某些实施例中可以是独立单元/组件，而在其他实施例中，他们中的至少一些可以是一个或多个多用途组件/单元的功能方面。

根据本发明，安全处理器以及频率-选择性音频传感器可用于验证音频合成级以及频率监测器的运行，且在至少一些实施例中，也能验证音频控制器的运行。可以以这种方式验证的组件在验证之前不一定是可信的，但确保安全处理器和频率-选择性音频传感器足够可靠以对于执行这些验证是可信的，这是可取的。因此，安全处理器以及频率-选择性音频传感器可优选地执行已根据安全标准验证的可信软件。

需要强调的是，本发明涉及特征的所有结合，即便其在互相不同的权利要求中陈述。特别地，应理解，根据本发明的第一方面的音频处理系统的上面描述的实施例中的任何特征可与根据本发明的第二方面的方法的实施例结合。

本发明还可体现为一种计算机程序产品，包括具有计算机可读指令计算机可读介质，该计算机可读指令可操作用于引起可编程计算机执行根据本发明第二方面的方法。计算机可读介质可包括计算机存储介质(或，非瞬态介质)以及通信介质(或瞬态介质)。如本领域的技术人员所知的，术语计算机存储介质包括以任何方法和技术实现用于存储信息(例如，计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的易失性和非易失性、可移动和不可移动的介质。计算机存储媒体包括但不限于：RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、光盘(CD)、数字化视频光盘或其他光盘存储器、磁性录音带、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储设备、或可用于存储期望的信息且可由计算机访问的任意其他介质。此外，技术人员众所周知的，通信介质通常包括计算机可读指令、数据结构、程序模块、或调制数据信号中的其他数据，诸如载波或其他传输机制，并且包括任何信息传送介质。

在学习以下详细公开、图以及所附的权利要求时，本发明的其他目的、特征、及优点将变得显而易见。本领域的技术人员将意识到，可结合本发明的不同的特征，以产生与下面描述的那些实施例不同的实施例。

附图说明

参照附图，通过下面的本发明优选实施例的说明性且非限制性的详细描述，将更好地理解本发明上面的以及其他的目的、特征和优点，其中：

图1示意性地示出根据本发明实施例的用于播放音频文件以及生成并且播放期望频率的音频处理系统；

图2示意性地示出根据本发明实施例的用于播放音频文件的音频处理系统的示例实现方式；

图3是图2中描绘的音频处理系统中使用的信号的示意图；

图4示意性地示出根据本发明实施例的用于生成并且播放期望频率的音频处理系统的示例实现方式；

图5是图4中描绘的音频处理系统中使用的信号的示意图；

图6示出根据本发明实施例的音频控制器的示例实现方式，该音频控制器适于在播放音频文件以及生成并且播放期望频率的音频处理系统中使用；

图7示出根据本发明实施例的安全处理器的示例实现方式，该安全处理器适于在播放音频文件以及生成并且播放期望频率的音频处理系统中使用；

图8是根据本发明实施例的音频处理方法的概要。

所有图都是示意性的，不一定按比例，且通常仅显示为了阐明本发明所必要的部分，其中，可省略或仅提示其他部分。

具体实施方式

现将参照图1和图8简要描述根据本发明实施例的音频处理系统。随后将参照图2至7给出根据本发明实施例的音频处理系统的更详细描述。

图1示出音频处理系统100，包括音频控制器110、音频合成级120、频率监测器130、频率-选择性音频传感器140以及安全处理器150。图8是由例如音频处理系统100执行的方法800的概要。音频控制器110提供801具有预定义测试段的中间音频信号M，该预定义测试段包括预定义测试频率成分。音频合成级120基于中间音频信号M提供802音频输出信号P，音频输出信号P被传送到用于音频播放的一个或多个扬声器160(或任意其他类型的声换能器)。频率监测器130监测803输出音频信号P的频率内容并告知(或报告给)音频控制器110和/或安全处理器150关于该频率内容。频率-选择性音频传感器140被调整至预定义测试频率，并通过检测804具有预定义测试频率的输出音频信号P中的任意频率成分的存在来监测输出音频信号P。频率-选择性音频传感器140向安全处理器150发送一个或多个音频测试信号T，作为至少在输出音频信号P的与中间音频信号M的预定义测试段相对应的第一段中执行的音频测试的一部分。如果此音频测试的结果是肯定的，则安全处理器150验证805音频合成级120的运行(即，声明其正确)。如果频率监测器130以及频率-选择性音频传感器都检测到输出音频信号P的与中间音频信号M的测试段相对应的第一段中的预定义测试频率，则安全处理器150验证806频率监测器130的运行。频率监测器130以及频率-选择性音频传感器140可彼此独立运行，即，可以以任意顺序执行频率内容的监测803以及测试频率成分的检测804。

中间音频信号M可基于来自安全处理器150的数据D。数据D可指示将播放期望持续时间的期望频率。数据D也可表示将播放的期望频率的音量。可替代地，可从另一组件接收关于此音量的信息，或者，由于可能在例如使用之前已设置了音频处理系统100的安装或配置，关于此音量的信息可以是预定义的。

中间音频信号M可基于接收的表示预定义音频内容段的指令S。指令S可以以包括在中间音频信号M中的音频文件的形式由音频控制器110接收。接收的音频文件可为存储的且可能损坏的预定义音频内容段的版本。

在一些实施例中，音频控制器110适于使中间音频信号M基于接收的数据D。在其他实施例中，适于使中间音频信号M基于接收的指令S。在另外其他实施例中，根据接收到的是这两种类型的信息中的哪个，适于使中间音频信号M基于接收的数据D或基于接收的指令S。

音频控制器110以及安全处理器150可以是处理器或任意其他类型的处理装置。由于用于验证其他组件的运行，因此安全处理器150可以是比音频处理系统100的至少一些其他组件更可靠和/或更值得信赖的组件。安全处理器150可优选地执行已根据安全标准验证的可信软件。以这种方式，安全处理器150的可靠性可用于将信任扩展到音频处理系统100的其他先验不可靠的组件。不可靠的组件可例如为便宜的/简单的组件，或在执行其他任务(例如，与安全的音频播放不相关的任务)时可能被影响、被改变或被损坏的多用途组件。以这种方式，使用安全处理器150验证其他组件实现了并非所有组件都是先验可信的系统中更可靠的音频播放。由于在评估频率监测器130的运行时，安全处理器150使用频率-选择性音频传感器140，因此频率-选择性音频传感器140优选地是比频率监测器130更可信或更可靠的组件。

现在将参照图2和图3给出类似于图1中描绘的音频处理系统100的音频处理系统的更详细的描述。图2示出用于播放音频文件的音频处理系统200并且图3示出执行此音频播放的音频处理系统200使用的信号。

音频文件310已被存储在存储器270中，例如，在音频处理系统200的制造、研发、安装、或配置期间。存储器270可位于音频处理系统200的组件中的一个中，或可在音频处理系统200的外部。音频文件310包括四段：用于识别音频文件310的关键序列或ID 301、第一无声段302、预定义测试段303、第二无声段304以及内容段305。测试段303包括测试频率成分，即，具有与预定义频率相等的频率的成分。包括此测试频率成分的原因是其在评估音频处理系统200的组件运行时的使用。此频率优选地在人类听觉范围外，使得如果由扬声器160播放或在扬声器160处播放，不会被听到。为了使上面提及的评估准确地预测音频处理系统200针对人类听觉范围内的频率的运行，使用接近或至少离人类听觉范围不太远(例如，24kHz)的测试频率是可取的。

音频文件310的ID 301已被存储在安全处理器250的存储器251中，例如，在音频文件310存储在存储器270中时存储ID 301。已计算音频文件310的校验和或哈希值，并存储在安全处理器250的存储器252中。存储器251和252可相同或可以是独立的组件/单元。在扬声器160处将播放音频文件310时，音频控制器210从存储器270接收音频文件310。因此，在本实施例中，音频文件310用作接收的指令S，该指令S指示包括在中间音频信号M中的期望的音频内容段。由音频控制器210接收的音频文件310可能与曾经保存在存储器270中的音频文件不一样。实际上，在保存、存储、加载、发送或接收时，保存的音频文件可能已经损坏或改变。因此，利用存储的ID和校验和评估及验证接收的音频文件310。下面，图3中描绘的音频文件310将指由音频控制器210接收的音频文件的版本，且可能与最初存储的音频文件不一样。

音频控制器210检查接收的音频文件310的ID 301，并将其与例如作为ID信号K接收的存储在安全处理器250的存储器251中的ID进行比较。图3中通过比较器211图示了这种比较。在ID 301不正确的情况下，音频控制器210可关闭音频播放，例如，通过取消中间音频信号M的输出。在ID 301正确的情况下，音频控制器210通过简单地重现接收的音频文件310(或至少其部分，例如，除了ID 301的所有部分)形成中间音频信号M。因此，中间音频信号M有时将被称为音频信号。

音频控制器210基于接收的音频文件310(或基于如上所述的可包括同样的音频文件310的中间音频信号M)计算校验和(或哈希值)。可例如在专用的校验和级212中计算并存储校验和。存在多个已知的方法用于计算数字数据的校验和。音频控制器210可优选地执行这些方法中的一个或多个。可针对例如音频文件310的每500ms段计算校验和(即，不管音频文件分成无声段302，303、测试段302或内容段305的任意分隔)。安全处理器250可将通过校验和信号C从音频控制器210(或校验和级212)接收的校验和与存储在存储器252中的校验和进行比较。图2中通过另一个比较器253图示了这样的比较。只要校验和匹配，接收的音频文件310(或者，输出的中间音频信号M)可被视为正确的，且可由安全处理器250验证。如果安全处理器250检测到不匹配，则可例如通过安全处理器250指导音频控制器210、音频合成器220和/或扬声器160中断运行来取消音频信号的播放。

音频合成级220可包括转换器221以及放大器222。转换器221接收中间音频信号M，并将其从数字信号转化成模拟信号。然后，放大器222通过放大该模拟信号形成输出音频信号P，即，通过设置振幅/音量330形成输出音频信号P。不同的段音量330可以不同。例如，音频信号中的无声段302和303可不放大，即，音量可设置为零或相当于无激励的等效中性值。测试段303可放大至测试音量331，测试音量331对于由频率监测器130以及频率-选择性音频传感器140测量/检测的测试频率足够高。内容段305可放大至内容音量332，内容音量332适合于在扬声器160处播放时吸引人类用户的注意。可通过例如安全处理器250或通过从其接收音频文件310的外部单元选择该内容音量332。

测试段303用于通过音频测试评估放大器222(以及转换器221)的运行。频率-选择性音频传感器140适于检测具有预定义测试频率的输出音频信号P中频率成分的存在，以及通过音频测试信号T将其报告给安全处理器250，图3中通过最下面的曲线340指示音频测试信号T的值。如果检测到测试频率具有与测试振幅331一样的振幅(或者，如果在测试振幅附近的预定义容限区间内的振幅处检测到测试频率附近的预定义容限区间内的频率)，则音频测试信号T可以是具有第一值(例如，值1)的数字信号，并且否则音频测试信号T可以是具有第二值(例如，值0)的数字信号。第一无声段301期间，安全处理器250可检查341音频测试信号T，以确保其如预期的等于第二值，并且在测试段302期间，安全处理器250可检查342音频测试信号T，以确保其如预期的等于第一值。这两个正确值的接收表示放大器222(以及转换器221)功能正常，且可由安全处理器250验证放大器222(以及转换器221)的运行。在内容段305期间也发送了音频测试信号的情况下，音频测试信号的值可根据内容段305中音频内容的频率和振幅，在第一和第二值之间波动。

频率监测器130可以是适于测量和/或检测输出音频信号P的频率内容的任意类型的组件。安全处理器250可从频率监测器130直接或间接接收关于检测的频率内容的信息F。在示例实施例中，频率监测器130包括针对音频输出信号P中每个检测的过零点生成脉冲的过零检测器。音频控制器210可包括脉冲计数器213，该脉冲计数器213适于计数一定时间间隔内从过零检测器接收的脉冲数量。关于检测的频率内容的信息F可以以该脉冲数量的形式到达安全处理器250。

如关于图1所描述的，如果频率监测器130和频率-选择性音频传感器140在测试段303中都检测到频率，则由安全处理器250验证频率监测器130。可由安全处理器250通过音频测试信号T以及来自频率监测器130的信息F接收这些检测的指示。这在图2中通过频率监测级254从频率-选择性音频传感器140接收音频测试信号T以及从频率监测器130接收信息F图示。一旦已验证了频率监测器130的运行，该频率监测器130就可选地用于监测输出音频信号P中的对应于内容段305的部分的频率内容。以这种方式检测的任意频率内容可以可选地与参考频率内容(例如，存储在安全处理器250中的内容)进行比较。例如，安全处理器250(或频率监测级254)可将基于检测的频率的校验和与对应的存储的参考校验和进行比较。

安全处理器250可以可选地通过给存储器270的用于传送存储的音频文件的指令A，启动存储器270中存储的音频文件的播放。这在图2中通过控制级255图示，该控制级255指示安全处理器250的用于存储供使用的音频文件ID和校验和的一个或多个存储器251，252。

音频控制器210可利用中断信号，指示安全处理器250接收的音频文件310的不同段的开始/结束。例如，音频控制器可通过发送中断321指示ID 301的结束，且其可通过发送中断323和324分别指示测试段303的开始和结束。音频控制器210还可在计算出新的校验和且可用于与存储的参考校验和进行比较时，向安全处理器250发送中断322。

图4示出生成并播放期望频率的音频处理系统400，并且图5示出通过音频处理系统400执行此音频播放使用的信号。图5中表示了由放大器222提供的音量530，同样，曲线540图示了音频测试信号T的值。与图2的音频处理系统200相比，不同的是音频控制器410将中间音频信号M建立在从安全处理器450接收到的数据D的基础上。数据D表示期望频率和期望持续时间，基于此，音频生成级414生成将作为中间音频信号M传送的音频文件510。类似于图3中的音频文件310，生成的音频文件510包括两个无声段502，504、预定义测试段503以及内容段505。在音频生成级414功能正常的情况下，内容段505具有接收的期望持续时间和期望频率。通过类似于图2的音频处理系统200中的音频测试，验证音频合成级220。音频测试信号T表示是否以测试音量531检测到测试频率，且音频测试可涉及在第一无声段502中的至少一个采样点541以及测试段503中的至少一个采样点542检查测试信号。由于已在音频生成级414中生成了音频文件510，与已从存储器接收的音频文件310相比，可执行音频测试信号T的额外的检查，以确保提供正确的输出信号P。例如，可在第二无声段504中的采样点543检测音频测试信号T，以确保音频处理系统400能够处理从相对较高的音量531到较低的音量(例如，零)的过渡。

在本实施例中，不必通过校验和监测中间音频信号M。作为替代，输出音频信号P的频率内容由频率监测器130监测，且关于检测的频率的信息F与由D表示的期望频率相比较。图4中通过比较器457图示该比较。注意，优选地以与期望频率不同的格式(在比特级上)表示关于检测的频率的信息F，以避免这些频率的任何混合，其可能例如导致将期望频率与其本身进行比较，而不是与检测的频率进行比较。可例如在安全处理器450中选择期望频率(由选择级456指示该选择)，并作为使用第一量化的频率刻度的数字向音频控制器传送该期望频率，同时检测的频率可作为使用第二刻度的数字接收，两个刻度涉及标记频率的量化指标的不重叠集合。

以例如安全处理器450指示的音量532提供内容段505。为了通知安全处理器450什么时候检查音频测试信号T，可由音频控制器410使用中断521、522、523告知安全处理器450什么时候传送音频文件510的不同段。可优选地，可以传送具有短延迟506、507(例如，10ms，如果段的长度为大约100ms)的指示测试段503的开始和结束的中断522、523，以确保音频测试信号T具有足够的时间更新，以反映音频文件510的合适的段。

图6和7分别示出根据本发明实施例的音频控制器610和安全处理器750，其适用于在音频处理系统中播放音频文件，以及生成并播放期望频率。音频控制器610适于基于接收的数据D或接收的指令S，以音频文件的形式输出中间音频信号M。因此，音频控制器610具有分别在图2和4中描绘的音频控制器210和410的所有功能。类似地，安全处理器750具有分别在图2和4中描绘的安全处理器250和450的所有功能。特别地，安全处理器750适于对于每个基于指令S的中间音频信号M(例如，接收的音频文件)提供参考ID，并将校验和与参考值进行比较；以及将向音频控制器610发送的期望频率与频率监测器130检测的基于数据D的每个中间音频信号M中的频率进行比较。

应理解，上面参照图1至7描述的实施例中的任意一个是可结合的，且适用于本文参照图8描述的方法。在描述了特定的实施例时，本领域技术人员将理解，在所附权利要求限定的范围内，各种修改和替换是可想到的。例如，可结合上面的那些描述实施音频处理系统中包括的组件和/或信号的其他测试、评估、和/或验证。

Claims (18)

1.一种安全处理器(150，250，450，750)，用于监测音频合成级(120，220)的操作，所述音频合成级(120，220)基于具有包括预定义测试频率成分的预定义测试段(303，503)的中间音频信号(M)提供输出音频信号(P)，以供音频播放使用，所述安全处理器适于：

从监测所述输出音频信号的频率内容的频率监测器(130)和监测所述输出音频信号的频率-选择性音频传感器(140)中的至少一个接收输入；

响应于在所述输出音频信号的与所述中间音频信号的测试段相对应的第一段中执行的音频测试的肯定结果，声明所述音频合成级的运行正确；以及

响应于所述频率监测器和所述频率-选择性音频传感器在所述输出音频信号的第一段中都检测到所述测试频率，声明所述频率监测器的运行正确。

2.一种音频处理系统(100，200，400)，包括：

如权利要求1中限定的安全处理器(150，250，450，750)；

频率监测器(130)，适于监测所述输出音频信号的频率内容；以及

频率-选择性音频传感器(140)，被调整至所述测试频率并且适于监测所述输出音频信号。

3.根据权利要求2所述的音频处理系统，进一步包括：

音频控制器(110，210，410，610)，可操作用于输出具有包括预定义测试频率成分的预定义测试段(303，503)的中间音频信号(M)；以及

音频合成级(120，220)，适于基于所述中间音频信号提供输出音频信号(P)，以供在音频播放中使用。

4.根据权利要求3中所述的音频处理系统，其中所述音频控制器可操作用于以第一指示的音量输出所述中间音频信号的测试段，并且其中所述安全处理器适于接收指示所述输出信号的所述第一段中的实际音量是否等于所述第一指示的音量的第一音频测试信号(T)。

5.根据权利要求4所述的音频处理系统，其中所述音频控制器可操作用于以与所述第一音量不同的第二指示的音量输出所述中间音频信号的附加测试段，并且其中所述安全处理器适于接收指示所述输出音频信号的与所述中间音频信号的附加测试段相对应的第二段中的实际音量是否等于所述第二指示的音量的第二音频测试信号。

6.根据权利要求4或5所述的音频处理系统，其中所述音频合成级包括放大器(222)，适于放大所述中间音频信号或从所述音频合成级获取的信号。

7.根据权利要求4或5所述的音频处理系统，其中，所述安全处理器适于从所述频率-选择性音频传感器接收指示在所述输出音频信号的第一段中检测到所述预定义测试频率的第三音频测试信号，所述第三音频测试信号可选地与所述第一音频测试信号一致。

8.根据权利要求2-5中任意一项所述的音频处理系统，其中所述测试频率在人类听觉范围之外。

9.根据权利要求2-5中任意一项所述的音频处理系统，其中所述安全处理器适于基于所述频率监测器提供的所述输出音频信号的频率内容，执行实时音频测试，所述安全处理器可选地适于响应于所述实时音频测试的肯定结果，声明所述音频合成级的上游的至少一个组件运行正确。

10.根据权利要求2-5中任意一项所述的音频处理系统，进一步包括声换能器(160)，适于未进一步处理地重现所述音频输出信号。

11.根据权利要求3-5中任意一项所述的音频处理系统，其中所述音频控制器适于：

接收指示人类听觉范围内的期望频率的数据(D)；以及

响应于接收所述数据，生成所述中间音频信号的具有所述期望频率的内容段(505)。

12.根据权利要求11所述的音频处理系统，其中所述频率监测器适于监测所述输出信号的与所述中间音频信号的内容段相对应的内容段的频率内容。

13.根据权利要求12所述的音频处理系统，其中所述安全处理器适于响应于所述输出音频信号的内容段的频率内容匹配所述期望频率，声明所述音频合成级的上游的至少一个组件运行正确。

14.根据权利要求13所述的音频处理系统，其中所述安全处理器适于以第一格式表示所述期望频率，并且以第二格式表示所述频率监测器提供的所述输出信号的频率内容，所述第一格式和所述第二格式定义不重叠的值的集合，使得各表示在所有时间都不同。

15.根据权利要求3至5中任意一项所述的音频处理系统，其中所述音频控制器适于：

接收指示预定义的音频内容段(305)的指令(S)；

基于所述指令生成所述中间音频信号；以及

基于所述中间音频信号获得至少一个校验和，

其中所述安全处理器适于响应于所述至少一个校验和匹配与所述预定义的音频内 容段关联的至少一个参考值，声明所述中间音频信号运行正确。

16.一种音频处理方法(800)，包括：

提供(801)具有包括预定义测试频率成分的预定义测试段的中间音频信号；

基于所述中间音频信号合成(802)输出音频信号，以供在音频播放中使用；

监测(803)所述输出音频信号的频率内容；

在所述输出音频信号中检测(804)所述测试频率；

响应于在所述输出音频信号的与所述中间音频信号的测试段相对应的第一段中执行的音频测试的肯定结果，声明(805)音频合成功能的运行正确，以及

响应于在所述输出音频信号的第一段中检测到所述测试频率，以及对所述输出音频信号的频率内容的监测显示所述输出音频信号的第一段中存在所述测试频率，声明频率监测功能的运行正确(806)。

17.根据权利要求16所述的音频处理方法，其中所述测试频率独立于对所述输出音频信号的频率内容的监测而检测。

18.一种音频处理装置，包括：

提供具有包括预定义测试频率成分的预定义测试段的中间音频信号的模块；

基于所述中间音频信号合成输出音频信号以供在音频播放中使用的模块；

监测所述输出音频信号的频率内容的模块；

在所述输出音频信号中检测所述测试频率的模块；

响应于在所述输出音频信号的与所述中间音频信号的测试段相对应的第一段中执行的音频测试的肯定结果，声明音频合成功能的运行正确，并且响应于在所述输出音频信号的第一段中检测到所述测试频率，以及对所述输出音频信号的频率内容的监测显示所述输出音频信号的第一段中存在所述测试频率，声明频率监测功能的运行正确的模块。