CN106385655A - 一种音频信号放大滤波方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空电子技术领域，特别是涉及到一种音频信号放大滤波方法。本发明音频信号放大滤波方法选择音频小信号，将各采样点对应电压幅值放大，采用单位时间内各采样点的放大电压的绝对值之和作为阈值对音频小信号中的噪声进行滤除。噪声滤除分两次进行异步滤除，第一次从开始时刻进行噪声滤除，第二次噪声持续时间的一半作为开始时刻进行噪声滤除。本发明能够对音频小信号，自动进行放大，同步滤除噪声信号，能自动识别不同音频信号，可满足不同电压幅值音频信号的采集要求，有效减少音频记录器型号，降低研制费用。

Description

一种音频信号放大滤波方法
技术领域
本发明属于航空电子技术领域，特别是涉及到一种音频信号放大滤波方法。
背景技术
音频记录器俗称“黑匣子”，是一种常见的航空机载产品，在航空事故调查中具有不可替代的重要作用，尤其是在民用客机事故调查中，音频记录器比飞行参数记录器更重要。传统航空音频记录器一般设计用于采集音频信号的接口，如大型民航客机一般设计有四路音频采集接口，用于记录机长、副机长、其它人员和座舱环境音；但因记录的音频信号来源及特性不一样，通常音频采集接口具有专用性，导致音频记录器无法方便的移植到其它机型使用；因此传统音频记录器一般只针对特定机型，不具有通用性和移植性。同时如果采用简单的放大音频小信号的方法来适应不同幅值音频信号的采集则可能导致噪声过大，因此需要一种能自动调整，采集不同电压幅值音频信号，并具有滤除噪声的音频信号采集方法，实现航空音频记录器的通用化设计。
发明内容
发明目的：提供一种音频放大、去噪方法，能自动放大音频小信号，并能同步滤除可能产生的噪声信号，以满足不同幅值音频信号采集要求的方法。
技术方案：一种音频信号放大滤波方法，其选择音频小信号，将各采样点对应电压幅值放大，采用单位时间内各采样点的放大电压的绝对值之和作为阈值对音频小信号中的噪声进行滤除。
所述的音频信号放大滤波方法中，噪声滤除分两次进行异步滤除，第一次从开始时刻进行噪声滤除，第二次噪声持续时间的一半作为开始时刻进行噪声滤除。
所述的音频信号放大滤波方法，其具体过程如下：
步骤一：从开始时间选择音频小信号，将各采样点对应电压幅值放大，大信号不作处理；
步骤二：确定放大后音频小信号的零点，以零点为中心滤除直流分量，修正音频小信号；
步骤三：确定噪声持续时间T，并对时间T内各采样点电压进行累加，获得其绝对值之和E；
步骤四：对音频小信号进行分段标定，确定音频小信号补偿标定段数量M；
步骤五：从零时间开始以时间T间隔处理小信号，当处理信号时间T内电压绝对值之和大于等于E*(100％+20％)标定该时间段为1，小于标定为0；
步骤六：从T/2时间开始以时间T间隔处理小信号，当处理信号时间T内电压绝对值之和大于等于E*(100％+20％)标定该时间段为1，小于标定为0；
步骤七：将步骤五、步骤六标定的所有时间段对应进行“或”处理，除标定为1及该标定段前后各M个补偿标定段外，其它标定段对应时间内信号作为噪声滤除。
所述的音频信号放大滤波方法中的音频小信号放大电压值不大于最大电压值的一半。
所述的音频信号放大滤波方法中的音频小信号补偿标定段数量M等于音频小信号开始或结束段时间除以时间T，并取大整数。
有益效果：本发明提供的一种音频信号放大滤波方法，采用通用化设计，能采集不同幅值大小的音频信号，并根据信号幅值大小，自动放大小信号；同时能实现小信号放大后的噪声滤除。主要有益效果如下：
1)减少音频记录器型号数量
本发明采用通用化设计，可满足不同幅值音频信号采集需求。如果音频记录器采用该方法，既可以采集电压幅值小的音频信号，又可以采集电压幅值大的音频信号，不会再因采集音频信号电压幅值不同而去设计不同的音频记录器，因此本发明可以直接减少音频记录器型号的数量，便于对音频记录器的统型管理。
2)有效滤除同频率的噪声
音频信号常用频率来滤除噪声，但是当噪声信号在音频信号区间时，就无法滤除。本发明采用单位时间内的电压绝对值滤除噪声，能滤除不规则噪声，同时还能滤除同频率的噪声。
3)实现音频小信号的准确采集和连续性
音频小信号采集一般需要专用采集方法，对特定信号进行采集处理，避免小信号放大过程中的噪声干扰和信号丢失。本发明在信号放大后对噪声进行了有效滤除，并采用补偿方法将小信号开始、结束阶段进行了两个标定段(±2T时间)的有效补偿，直接避免音频小信号因噪声滤除而出现的小信号开始、结束阶段丢失，保障了音频小信号的连续性。
4)节省音频记录器的研制经费
采用本发明的音频记录器可以采集不同电压幅值的音频信号，实现对不同机型的音频采集需求，避免因采集音频信号电压幅值不同再去设计音频记录器，节省了产品的研制成本。
附图说明
图1为原始音频信号事例图。
图2为放大后音频信号事例图。
图3为从零时间开始处理音频信号事例图。
图4为从T/2时间开始处理音频信号事例图。
图5为处理完成后音频信号事例图。
具体实施方式
本发明具体采用以下步骤实现音频信号的放大采集，现以事例和附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1～图5。
步骤一：从开始时间选择音频小信号，将各采样点对应电压幅值放大，大信号不作处理。图1为选定的一段音频信号，其中将0.1秒内音频信号电压进行了累加和平均分配，以便于绘图描述。真实的音频信号最大为几千赫兹的正弦波，在本事例中为便于描述，将单位(0.1秒)时间的信号进行了换算处理，以直观的矩形表示。图2中将对应的音频小信号(0.1V，0.12V)进行了10倍放大，但是对较大信号(3V)不作处理。其中0.1V小信号为带滤除噪声，0.12V为正常信号。其中，音频小信号进行了10倍放大后的电压值小于较大信号(3V)的一半，便于通过声音大小(电压幅值大声音大)快速区分信号是否进行过放大处理。
步骤二：确定放大后音频小信号的零点，以零点为中心修正音频小信号，滤除直流分量。理想的音频信号以零点为中心上下震荡，但是真实的音频信号因采集或其它原因可能会存在微小的直流分量，对大信号几乎没有影响，但是与小信号同时放大后会出现较大失真，因此需要滤除直流分量。本事例中因描述需要，将直流分量定义为0，不需再处理。如果存在直流分量时，需要去掉每个采样点的直流分量值。
步骤三：选定噪声持续时间T和当前时间内各采样点电压绝对值之和E。图2中选定噪声持续时间T为0.1秒，0.1秒内各采样点电压绝对值之和E以0.1秒～0.2秒矩形表示。因采用电压绝对值之和来滤除噪声，能有效滤除与正常音频信号频率相同的噪声。
步骤四：确定音频小信号补偿标定段数量M。所述音频小信号补偿标定段数量M等于音频小信号开始或结束段时间除以时间T所得到的大整数，即如果结果为整数，该整数即为M值，如果结果有余数，则将整数部分加1作为M值。滤除小信号中噪声信号时可能将有效声音的开始、结束时间作为噪声信号滤除，因此需要将判定为有效声音的前后两段保留，避免滤除有效声音的开始、结束阶段。在图1中音频小信号开始或结束段时间长0.1秒～0.2秒(大概在0.5～0.7秒之间，1.1～1.3秒之间)，时间T为0.1秒，故M值为2(余数进1位)。其中开始和结束段时间为电压绝对值从0到噪声绝对值E的时间段。
步骤五：从头时间开始以时间T间隔处理小信号，当处理信号时间T内电压绝对值之和大于等于E*(100％+20％)标定该时间段为1，小于标定为0。图3中，从零开始对小信号进行标定，当信号大于等于虚线矩形时，对应时间段标定为1，反之标定为0，并记录在表1中“第一次标定结果”。
步骤六：从T/2时间开始以时间T间隔处理小信号，当处理信号时间T内电压绝对值之和大于等于E*(100％+20％)标定该时间段为1，小于标定为0。图4中，从0.05秒(T/2时间)开始对小信号进行标定，当信号大于等于虚线矩形时，对应时间标定为1，反之标定为0(开始和结束的0.05秒时间内直接标定为1)，并记录在表1中“第二次标定结果”。从T/2时刻对信号进行再一次滤波处理，能避免“误滤除”，同时因后续将两次结果进行“或”处理故将噪声的滤除间隔缩短到T/2，有利于保留有效信号的连续性。
步骤七：将步骤五、步骤六标定的所有点对应进行“或”处理，除标定为1及该标定段前后各2个标定段(±M*T时间)外，其它标定段对应时间内信号直接滤除，但是大信号保留。通过表1中两次标定的结果，对每0.05秒进行“或”处理，初步处理结果见表1中“或操作结果”，然后将标定为有效信号的前后0.2秒(M为2对应时间段)修正标定为1，按表1中“修正后结果”最后对标定为0的时间进行滤除操作，加上大信号，得出最后放大、滤除噪声后的信号图5。0.1秒～0.2秒的噪声信号已被滤除，同时小信号的开始、结束阶段保留。
按步骤一～步骤七进行操作就能在放大音频小信号，滤除噪声，同时不影响原有音频大信号。
表1时间标定段表

Claims (5)

1.一种音频信号放大滤波方法，其特征在于，选择音频小信号，将各采样点对应电压幅值放大，采用单位时间内各采样点的放大电压的绝对值之和作为阈值对音频小信号中的噪声进行滤除。
2.根据权利要求1所述的音频信号放大滤波方法，其特征在于，噪声滤除分两次进行异步滤除，第一次从开始时刻进行噪声滤除，第二次噪声持续时间的一半作为开始时刻进行噪声滤除。
3.根据权利要求2所述的音频信号放大滤波方法，其特征在于，具体过程如下：
步骤一：从开始时间选择音频小信号，将各采样点对应电压幅值放大，大信号不作处理；
步骤二：确定放大后音频小信号的零点，以零点为中心滤除直流分量，修正音频小信号；
步骤三：确定噪声持续时间T，并对时间T内各采样点电压进行累加，获得其绝对值之和E；
步骤四：对音频小信号进行分段标定，确定音频小信号补偿标定段数量M；
步骤五：从零时间开始以时间T间隔处理小信号，当处理信号时间T内电压绝对值之和大于等于E*(100％+20％)标定该时间段为1，小于标定为0；
步骤六：从T/2时间开始以时间T间隔处理小信号，当处理信号时间T内电压绝对值之和大于等于E*(100％+20％)标定该时间段为1，小于标定为0；
步骤七：将步骤五、步骤六标定的所有时间段对应进行“或”处理，除标定为1及该标定段前后各M个补偿标定段外，其它标定段对应时间内信号作为噪声滤除。
4.根据权利要求3所述的音频信号放大滤波方法，其特征在于，所述音频小信号放大电压值不大于最大电压值的一半。
5.根据权利要求3所述的音频信号放大滤波方法，其特征在于，所述音频小信号补偿标定段数量M等于音频小信号开始或结束段时间除以时间T所得到的大整数。
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