CN106197650A - 一种判断音频信号无声的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电子技术类，应用于航空电子技术领域，具体涉及一种判断音频信号无声的方法。随着航空电子设备的测试性要求不断提高，机载设备的BIT检测率，也需要不断的进行提高。音频采集电路的测试性一直不高，音频信号相关的故障无法检测。传统的音频信号分析方法较复杂，需要进行大量的运算，计算声音信号的功率、过零率等指标。采用本发明的无声判断方法，遵循航空舱音和话音的频率和幅值的标准，利用采集后PCM编码数据变化的规律，完成对音频无声的检测，可根据此检测实时监控音频前端调理电路、麦克风、传输线的故障，可使用较少的CPU资源完成信号的监控，可是音频采集电路的测试性提高，通过BIT信息快速定位音频无声故障。

Description

一种判断音频信号无声的方法
技术领域
本发明属于电子技术类，应用于航空电子技术领域，具体涉及一种判断音频信号无声的方法。
背景技术
音频信号的采集和记录设备是航空飞行器上必不可少的设备。机舱内的各种声音，包括机组通话、陆空通话和各种背景声音。通过辨听这些声音，可以判断机组的操纵、意识决断、生理和心理状况，还可以分析航空器状态及所处环境。
随着航空电子设备的测试性要求不断提高，机载设备的BIT检测率，也需要不断的进行提高。音频采集电路的测试性一直不高，音频信号相关的故障无法检测。传统的音频信号分析方法较复杂，需要进行大量的运算，计算声音信号的功率、过零率等指标。
音频信号是模拟信号，定量的分析音频信号质量需要进行大量的运算。不同声音的频率范围不同。一部分音频信号的频率范围是150～3500Hz主要用来记录话音。一部分音频信号来源于区域麦克风，频率范围是150～6000Hz除了记录话音外，还记录驾驶舱中其他声音。根据奈奎斯特理论，采样频率不应低于声音信号最高频率的两倍，所以音频信号的采样频率应在16kHz以上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种判断音频信号无声的方法，使机载音频信号采集电路的测试性提高，识别音频信号链路上发生的毁灭性故障，如线路断开、麦克风失效、对地短路等，定性的确定音频信号无声。使用简单的算法实现音频信号的实时分析，判断是否存在输入的音频信号。满足飞行器话音(300Hz～3400Hz)、舱音(150Hz～6000Hz)的无声判断。
本发明的判断音频信号无声的方法，用于判断舱内音频信号的有无，该方法首先通过音频信号采集电路进行信号采集，该音频信号采集电路包括前端调理电路和采集编码电路，所述前端调理电路由隔离变压器L2、阻抗匹配电阻R1、隔直电容C1和隔直电容C2组成，所述采集编码电路由编码芯片和CPU组成，所述编码芯片按照采样率16K进行采集，所述CPU接收所述编码芯片的N个采样点，并计算相邻两个采样点的差值d，在每个采集时间段内，记录差值d大于阈值M的次数state，当此次数state大于标准数L的情况下，认为当前通道音频信号有声，否则认为当前通道音频信号无声；其中所述阈值M为判断有声相邻采样点间的最小差值，所述标准数L为判断无声的采样点数临界值。
进一步地，根据CPU的运算能力、信号源的频率和信号的可识别电平来确定采样数N、阈值M和标准数L的取值。
进一步地，采样数N的选取大于最小频率音频信号的一个周期的采样点数量。
进一步地，采用标准信号源，发送系统可识别的最小频率和最小幅值的信号，在此状态下，调整M值的取值范围，保证最小频率和最小幅值情况可识别音频信号有声音；移除信号源，可识别音频信号无声。
进一步地，确定M值后，分解系统实测N个采样点中满足相邻采样点间差大于M的数量，长时间监控后，取小于最小值并留50％的余量为标准数L的值。
进一步地，所述编码芯片输出的数据格式为PCM。
进一步地，所述前端调理电路中的隔离变压器L2的两个输出管脚分别与隔直电容C1和隔直电容C2串联，所述阻抗匹配电阻R1在所述隔直电容C1和隔直电容C2之前与所述隔离变压器L2的两个输出管脚并联。
本发明的有益效果是：采用此发明的方法判断输入音频信号是否有声，可使用较少的CPU资源完成信号的监控，可是音频采集电路的测试性提高，通过BIT信息快速定位音频无声故障。
附图说明
图1是本发明状态监测过程示意图；
图2是音频前端调理电路；
图3是音频采集编码电路；
图4是本发明无声判断流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明:
如图1，本发明判断音频信号无声的方法首先通过音频信号采集电路进行信号采集，该音频信号采集电路包括前端调理电路(图2)和采集编码电路(图3)。前端调理电路由隔离变压器和阻抗匹配电阻、隔直电容、分压电阻组成。采集编码电路由编码芯片和CPU组成，CPU采用音频采集接口，可直接使用DMA方式访问。
CPU接收编码芯片的数字信号，任一使模拟音频信号无法数字化的因素无法实施有效监测。编码芯片输出接近固定值，无法有效反应舱内声音的变化情况。造成音频信号无声的因素有很多：麦克风无输出、分压电阻断路、隔离变压器不工作、隔直电容断路、线路断路等。因线路引入的干扰和器件产生的参数漂移引起的音频信号失真并不在无声测试的范围之内。
CPU的音频采集程序通过DMA触发，由专用音频采集接口发送的中断信号触发。具体音频信号无声的判断见图4。在实际使用的过程中需根据CPU运算能力、信号源的频率和信号的可识别电平来确定图4中的采样数N、阈值M、标准数L的取值，采样数N为选取采用点数；阈值M为判断有声相邻采样点间最小差；标准数L为判断无声的采样点临界值。不同系统，相同幅值的信号采集数字化后的数据不同，可在实际应用中确定采样数N、阈值M、标准数L的取值。
采样点数量的选取不可小于最小频率音频信号的一个周期的采样点数量。
采用标准信号源，发送系统可识别的最小频率和最小幅值的信号，在此状态下，调整阈值M的取值范围，保证最小频率和最小幅值情况可识别音频信号有声音；移除信号源，可识别音频信号无声。
确定阈值M后，可分解系统实测N个采样点中满足相邻采样点间差大于阈值M的数量，长时间监控后，取小于最小值并留50％的余量为标准数L的值。
根据图4判断的只是每个数据包抽样后的判断，造成音频无声的故障条件为长时间有效，可根据需要增加多个数据包的判断进行表决，降低误判的几率。

Claims (7)

1.一种判断音频信号无声的方法，用于判断舱内音频信号的有无，其特征在于：该方法首先通过音频信号采集电路进行信号采集，该音频信号采集电路包括前端调理电路和采集编码电路，所述前端调理电路由隔离变压器L2、阻抗匹配电阻R1、隔直电容C1和隔直电容C2组成，所述采集编码电路由编码芯片和CPU组成，所述编码芯片按照采样率16K进行采集，所述CPU接收所述编码芯片的N个采样点，并计算相邻两个采样点的差值d，在每个采集时间段内，记录差值d大于阈值M的次数state，当此次数state大于标准数L的情况下，认为当前通道音频信号有声，否则认为当前通道音频信号无声；其中所述阈值M为判断有声相邻采样点间的最小差值，所述标准数L为判断无声的采样点数临界值。
2.根据权利要求1所述的判断音频信号无声的方法，其特征在于：根据CPU的运算能力、信号源的频率和信号的可识别电平来确定采样数N、阈值M和标准数L的取值。
3.根据权利要求1或2所述的判断音频信号无声的方法，其特征在于：采样数N的选取大于最小频率音频信号的一个周期的采样点数量。
4.根据权利要求1或2所述的判断音频信号无声的方法，其特征在于：采用标准信号源，发送系统可识别的最小频率和最小幅值的信号，在此状态下，调整阈值M的取值范围，保证最小频率和最小幅值情况可识别音频信号有声音；移除信号源，可识别音频信号无声。
5.根据权利要求4所述的判断音频信号无声的方法，其特征在于：确定阈值M后，分解系统实测N个采样点中满足相邻采样点间差大于阈值M的数量，长时间监控后，取小于最小值并留50％的余量为标准数L的值。
6.根据权利要求1所述的判断音频信号无声的方法，其特征在于：所述编码芯片输出的数据格式为PCM。
7.根据权利要求1所述的判断音频信号无声的方法，其特征在于：所述前端调理电路中的隔离变压器L2的两个输出管脚分别与隔直电容C1和隔直电容C2串联，所述阻抗匹配电阻R1在所述隔直电容C1和隔直电容C2之前与所述隔离变压器L2的两个输出管脚并联。
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