CN109229014B - 一种用于行人警示器的行人警示方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于行人警示器的行人警示方法及装置，合成能够逼近原始的发动机声音的警示音来进行行人警示，具有较好的警示作用。一种用于行人警示器的行人警示方法，包括如下步骤：S1、获取发动机声音的音源；S2、将所述音源转换为频谱图，并进行图像处理生成位置序列且获得每个离散时间点上的各频率点处的幅值A_i,n和相位φ_i,n；S3、根据车辆的车身参数获得相应的基频频率f，根据所述基频频率f对应于所述位置序列中的位置，插值处理获取其所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i；S4、合成发动机信号y(t)，并输出至功放驱动行人警示器的扬声器进行发声。

Description

一种用于行人警示器的行人警示方法及装置

技术领域

本发明涉及声音报警技术领域，具体涉及一种用于行人警示器的行人警示方法及装置。

背景技术

对于新能源汽车来说，如电动汽车，由于不使用内燃机，汽车低速行驶时相当安静。因此，当车在行人背后行驶时，行人常常无法注意到车的存在，增加了发生车祸的概率。目前，中国已经出台草案，要求电动车强制安装行人警示器，提醒有车存在。如中国专利CN107310466A公开了一种行人警示方法、装置及系统，中国专利CN105489063B公开了一种具有主动预警功能的新能源汽车行人声音警示装置。然而，上述专利等现有技术中公开的行人警示方法或装置大多旨在披露行人警示器如何发声，而不关注所发出的行人警示音的质量。

虽然草案并没有强制发什么类型的声音，但不是每一种声音都适用于行人警示器，比如说如果发出的声音为音乐，很可能会进一步降低行人警惕性。因为我们从小是在传统汽车的发动机声音中长大的，因此如果行人警示器的声音能够逼真的复原传统发动机的声音，那会大大提高行人的警惕性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于行人警示器的行人警示方法及装置，合成能够逼近原始的发动机声音的警示音来进行行人警示，具有较好的警示作用。

为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案为：

一种用于行人警示器的行人警示方法，包括如下步骤：

S1、获取发动机声音的音源；

S2、将所述音源转换为频谱图，并进行图像处理生成位置序列且获得每个离散时间点上的各频率点处的幅值A_i,n和相位φ_i,n；

S3、根据车辆的车身参数获得相应的基频频率f，根据所述基频频率f对应于所述位置序列中的位置，插值处理获取其所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i；

S4、根据式(I)合成发动机信号y(t)，并输出至功放驱动行人警示器的扬声器进行发声，

式(I)中，I为有效谐波阶次，i＝1…I，t为时间。

在一实施例中，所述步骤S1中，获取一段发动机纯加速或纯减速的声音作为音源。

在一实施例中，所述步骤S2中，通过短时傅里叶变换将所述音源转换为频谱图S(t_n,f_m)，其中t_n是离散时间，f_m为离散频率，n＝1…N，N为离散时间个数，m＝1…M，M为离散频率个数。

在一实施例中，所述步骤S2中，对频谱图S(t_n,f_m)进行图像处理的步骤具体包括：

S21、将S(t_n,f_m)转为log域S₁(t_n,f_m)，并减去最小值获得S₂(t_n,f_m)，对S₂(t_n,f_m)归一化获得S₃(t_n,f_m)，

S₁(t_n,f_m)＝20*log₁₀(|S(t_n,f_m)|)

S₂(t_n,f_m)＝S₁(t_n,f_m)-min(S₁(t_n,f_m))

S₃(t_n,f_m)＝S₂(t_n,f_m)/max(S₂(t_n,f_m))*255

其中||为取绝对值，min为取最小数，max为取最大数；

S22、对S₃(t_n,f_m)中的每一列，只保留其中的若干最大数，其它值都置为S₃(t_n,f_m)的最小数，获得S₄(t_n,f_m)；

S23、将S₄(t_n,f_m)转化为二进制图像S₅(t_n,f_m)，图中的白点位置对应数值1，否则对应数值0，即只有0和1两个数值，灰度较低的部分(白色部分)的值为1，灰度较高的部分(黑色部分)的值为0；

S24、对S₅(t_n,f_m)开运算获得S₆(t_n,f_m)；

S25、对S₆(t_n,f_m)中的每一列，寻找相应的数值为1的位置(对应图中为白点)，如果全部为0，则寻找下一列，如果有多个数值为1的位置，根据对应S₃(t_n,f_m)位置处的值，保留最大值的位置(t_n,f_m)，生成位置序列；

S26、对所述生成的位置序列进行中值滤波，然后进行插值，获得每个离散时间点t_n处的频率值f_n；

S27、获取S(t_n,f_m)中在离散时间点上的各频率点f_n,2*f_n,…,I*f_n处的幅值A_i,n和相位φ_i,n，其中I为有效谐波阶次，i＝1…I。

在一实施例中，所述步骤S22中，只保留其中的5个最大数。

在一实施例中，所述步骤S3中，所述车辆的车身参数包括车辆车速信息。具体地，根据车速信息转化成基频频率，基频频率与车速成正比例关系。

本发明采用的另一技术方案如下：

一种用于行人警示器的行人警示装置，包括：

分析模块，用于将获取的发动机声音的音源转换为频谱图，并进行图像处理生成位置序列且获得每个离散时间点上的各频率点处的幅值A_i,n和相位φ_i,n；

映射模块，用于根据车辆的车身参数获得相应的基频频率f；

插值模块，用于查找所述基频频率f对应于所述位置序列中的位置，并根据所述基频频率f对应于所述位置序列中的位置，插值处理获取所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i；

合成模块，用于根据获取的所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i合成发动机信号并输出至功放驱动行人警示器的扬声器进行发声。

在一实施例中，所述分析模块，用于通过短时傅里叶变换将所述音源转换为频谱图并进行图像处理生成位置序列且获得每个离散时间点上的各频率点处的幅值A_i,n和相位φ_i,n。

在一实施例中，所述映射模块用于根据车辆的车速获得相应的基频频率f。

在一实施例中，所述合成模块，用于根据式(I)合成发动机信号y(t)，

式(I)中，I为有效谐波阶次，i＝1…I，t为时间。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

以原始的发动机声音作为音源来合成警示音，合成的警示音逼近原始的发动机声音，该警示音天然就可以起到警示作用，具有较好的警示作用。

此外，在本发明的优选方案中，对音源进行离线处理，通过短时傅里叶变换，将发动机音源信号转换为频谱图，通过图像处理手段进行基频估计。图像处理手段是全局的处理手段，因为是先获取全部图像信息以后再进行处理，从全局处理可以充分利用全部信息，得到更好的基频估计。

只需要一段发动机连续加速和连续减速的音源即可，因为连续加速或减速的音源里包含了所有的转速信息，这样避免了每个转数都需要重新录制音源的问题，能节省大量的时间和人力。

由于网络上存在很多不同车型的加速或减速音源，通过本发明的算法，可以较好地估计出相应的基频，从而避免了重新录制音源，节省大量的时间和人力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一段发动机声音音源的时域信号图；

图2为根据本发明的方法处理后的短时傅里叶变换频谱图；

图3为根据本发明的方法转化后的二进制图像；

图4为根据本发明的方法开运算后的图像；

图5为根据本发明的一种行人警示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

本实施例提供一种行人警示方法，其用于行人警示器中合成警示音，具体过程如下。

1、获取一段发动机纯加速或纯减速过程中的声音作为音源，音源可以通过网上下载或者重新录制获取，如图1所示。本发明提供的方法只需要一段连续加速或连续减速的音源即可，因为连续加速或减速的音源里包含了所有的转速信息，这样避免每个转速都需要重新录制音源的问题，能节省大量的时间和人力。此外，网上存在很多不同车型的加速或减速音源，通过本发明的方法，可以较好地的估计出相应的基频，从而避免了重新录制音源，节省大量的时间和人力。

2、通过短时傅里叶变换转换为频谱图S(t_n,f_m)，如图2所示，其中t_n是离散时间，f_m为离散频率，n＝1…N，N为离散时间个数，m＝1…M，M为离散频率个数。

3、将S(t_n,f_m)转为log域S₁(t_n,f_m)，并减去最小值获得S₂(t_n,f_m)，并对S₂(t_n,f_m)归一化获得S₃(t_n,f_m)，其中||为取绝对值，min为取最小数，max为取最大数。

S₁(t_n,f_m)＝20*log₁₀(|S(t_n,f_m)|)

S₂(t_n,f_m)＝S₁(t_n,f_m)-min(S₁(t_n,f_m))

S₃(t_n,f_m)＝S₂(t_n,f_m)/max(S₂(t_n,f_m))*255

4、对S₃(t_n,f_m)中的每一列，只保留其中的最大5个数，其它值都置为S₃(t_n,f_m)的最小数，获得S₄(t_n,f_m)。

5、将S₄(t_n,f_m)转化为二进制图像S₅(t_n,f_m)，如图3所示，图中各部分对应的数值只有0和1两个数值，灰度较低的部分(白色部分)的值为1，灰度较高的部分(黑色部分)的值为0。

6、对S₅(t_n,f_m)开运算获得S₆(t_n,f_m)，如图4所示。

7、对S₆(t_n,f_m)中的每一列，寻找相应的数值为1的位置(对应图中为白点)，如果全部为0，则寻找下一列，如果有多个数值为1的位置，根据对应S₃(t_n,f_m)位置处的值，保留最大值的位置(t_n,f_m)。

8、对第7步生成的位置序列进行中值滤波。

9、对第8步生成的位置序列进行插值，获得每个离散时间点t_n处的频率值f_n。

10、根据第9步的位置序列，获取S(t_n,f_m)中在离散时间点上的频率点f_n,2*f_n,…,I*f_n处的幅值A_i,n和相位φ_i,n参数，其中I为有效谐波阶次，i＝1…I。

11、根据车速等信息转化为相应的基频频率f。具体地，根据车速信息转化成基频频率，基频频率与车速成正比例关系。

12、在位置序列中查找f的位置，例如f_n＜f＜f_n+1。

13、根据f的位置，插值获取所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i。

本发明以一个具体示例来详细说明通过步骤12和13获取所有阶次谐波的幅度和相位的过程。为方便描述，该示例只考虑了一次谐波。

假定车辆基频频率f处于位置序列中的f₁和f₂之间，即f₁＜f＜f₂。在通过步骤2-10处理生成的由位置序列及离散时间点上的频率点处的幅值和相位参数组成的查询表中查找位置，表1为该查询表的对应该基频频率的局部，其中表1为数据查询表的对应基频的局部。

表1

通过插值寻找基频f的幅度和相位。本实施例中，采用线性插值。除此之外，还可采用其它插值算法，如三次样条插值等。

基频f的和一次谐波2*f的幅度分别为

基频f的和一次谐波2*f的相位分别为

14、合成相应的发动机信号

并输出至功放，驱动行人警示器的扬声器进行发声。

采用本发明的行人警示方法，通过合成逼近原始的发动机声音的声音来作为警示音，天然就可以起到警示作用。此外，对音源进行离线处理，通过短时傅里叶变换，将发动机音源信号转换为频谱图，通过图像处理手段进行基频估计。图像处理手段是全局的处理手段，因为是先获取全部图像信息以后再进行处理，从全局处理可以充分利用全部信息，得到更好的基频估计。

本发明还提供一种搭载上述行人警示方法的行人警示装置，其用于行人警示装置中用于合成警示音。参照图5所示，该行人警示装置包括：

分析模块，用于将获取的发动机声音的音源转换为频谱图；具体为于通过短时傅里叶变换将所述音源转换为频谱图，并对所述频谱图进行图像处理生成位置序列并获得每个离散时间点上的各频率点处的幅值和相位；

映射模块，用于根据车辆的车身参数获得相应的基频频率f；

插值模块，用于查找所述基频频率f对应于所述位置序列中的位置，并根据所述基频频率f对应于所述位置序列中的位置插值处理获取所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i；

合成模块，用于根据获取的所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i合成发动机信号并输出至功放驱动行人警示器的扬声器进行发声，具体为根据式(I)合成发动机信号y(t)，

式(I)中，I为有效谐波阶次，i＝1…I，t为时间。

该行人警示装置中，将下载或录制得到的一段发动机纯加速或纯减速的声音作为音源，将该音源输入分析模块中；分析模块通过短时傅里叶变换将输入的音源转换为频谱图并通过图像处理手段进行基频估计，具体为如上述方法的步骤2-10的分析过程；映射模块接收车身参数，并将接收到的车身参数转换为基频频率f；映射模块的输入端分别和分析模块、映射模块的输出端相连，获取分析模块输出的位置序列及每个离散时间点上的各频率点处的幅值和相位，还获取映射模块输出的基频频率f，并根据接收到的位置序列查找所接收到基频频率f的位置，然后根据基频频率f的位置，插值获取所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i；合成模块，根据基频频率f对应的所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i合成发动机信号，并将合成的发动机信号作为输出发送至功放以驱动行人警示器的扬声器进行发声，所发出的警示音为合成的声音，逼近原始的发动机声音，具有较好的警示作用。其中，分析模块、映射模块、插值模块以及合成模块集成在一个信号处理芯片中。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于行人警示器的行人警示方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取发动机声音的音源；

S2、将所述音源转换为频谱图，并进行图像处理生成位置序列且获得每个离散时间点上的各频率点处的幅值A_i,n和相位φ_i,n；

S3、根据车辆的车身参数获得相应的基频频率f，根据所述基频频率f对应于所述位置序列中的位置，插值处理获取其所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i；

S4、根据式(I)合成发动机信号y(t)，并输出至功放驱动行人警示器的扬声器进行发声，

式(I)中，I为有效谐波阶次，i＝1…I，t为时间；

所述步骤S2中，通过短时傅里叶变换将所述音源转换为频谱图S(t_n,f_m)，其中t_n是离散时间，f_m为离散频率，n＝1…N，N为离散时间个数，m＝1…M，M为离散频率个数；

所述步骤S2中，对频谱图S(t_n,f_m)进行图像处理的步骤具体包括：

S21、将S(t_n,f_m)转为log域S₁(t_n,f_m)，并减去最小值获得S₂(t_n,f_m)，对S₂(t_n,f_m)归一化获得S₃(t_n,f_m)，

S₁(t_n,f_m)＝20*log₁₀(|S(t_n,f_m)|)

S₂(t_n,f_m)＝S₁(t_n,f_m)-min(S₁(t_n,f_m))

S₃(t_n,f_m)＝S₂(t_n,f_m)/max(S₂(t_n,f_m))*255

其中| |为取绝对值，min为取最小数，max为取最大数；

S22、对S₃(t_n,f_m)中的每一列，只保留其中的若干最大数，其它值都置为S₃(t_n,f_m)的最小数，获得S₄(t_n,f_m)；

S23、将S₄(t_n,f_m)转化为二进制图像S₅(t_n,f_m)，图中的白点位置对应数值1，否则对应数值0；

S24、对S₅(t_n,f_m)开运算获得S₆(t_n,f_m)；

S25、对S₆(t_n,f_m)中的每一列，寻找相应的数值为1的位置，如果全部为0，则寻找下一列，如果有多个数值为1的位置，则根据对应S₃(t_n,f_m)位置处的值，保留最大值的位置(t_n,f_m)，生成位置序列；

S26、对所述生成的位置序列进行中值滤波，然后进行插值，获得每个离散时间点t_n处的频率值f_n；

S27、获取S(t_n,f_m)中在离散时间点上的各频率点f_n,2*f_n,…,I*f_n处的幅值A_i,n和相位φ_i,n，其中I为有效谐波阶次，i＝1…I。

2.根据权利要求1所述的行人警示方法，其特征在于，所述步骤S1中，获取一段发动机纯加速或纯减速的声音作为音源。

3.根据权利要求1所述的行人警示方法，其特征在于，所述步骤S22中，只保留其中的5个最大数。

4.根据权利要求1所述的行人警示方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述车辆的车身参数包括车辆的车速信息。

5.一种用于行人警示器的行人警示装置，其特征在于，搭载如权利要求1至4任一项所述的行人警示方法，所述行人警示装置包括：

分析模块，用于将获取的发动机声音的音源转换为频谱图，并进行图像处理生成位置序列且获得每个离散时间点上的各频率点处的幅值A_i,n和相位φ_i,n；

映射模块，用于根据车辆的车身参数获得相应的基频频率f；

插值模块，用于查找所述基频频率f对应于所述位置序列中的位置，并根据所述基频频率f对应于所述位置序列中的位置，插值处理获取所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i；

合成模块，用于根据获取的所有阶次谐波的幅度A_i和相位φ_i合成发动机信号并输出至功放驱动行人警示器的扬声器进行发声。

6.根据权利要求5所述的行人警示装置，其特征在于，所述分析模块，用于通过短时傅里叶变换将所述音源转换为频谱图并进行图像处理生成位置序列且获得每个离散时间点上的各频率点处的幅值A_i,n和相位φ_i,n。

7.根据权利要求5所述的行人警示装置，其特征在于，所述映射模块用于根据车辆的车速获得相应的基频频率f。

8.根据权利要求5所述的行人警示装置，其特征在于，所述合成模块，用于根据式(I)合成发动机信号y(t)，

式(I)中，I为有效谐波阶次，i＝1…I，t为时间。

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