CN110225444A - 一种麦克风阵列系统的故障检测方法及其检测系统 - Google Patents

一种麦克风阵列系统的故障检测方法及其检测系统 Download PDF

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李超凡
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Sichuan Changhong Electric Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2420/00—Details of connection covered by H04R, not provided for in its groups
    • H04R2420/05—Detection of connection of loudspeakers or headphones to amplifiers

Abstract

本发明公开了一种麦克风阵列系统的故障检测方法，所述检测方法包括以下步骤：步骤1：麦克风阵列实时采集声音信号以数字音频信号的形式输出，并且每一个麦克风输出1路音频信号组成多路音频信号；步骤2：根据步骤1中的多路音频信号，计算每各路音频信号的短时能量；步骤3：将步骤2所得的各路音频信号的短时能量进行比较，判断信号是否有异常，并累计异常次数，在一定统计时间内异常次数超过设定值则判断该麦克风损坏。本方法通过对麦克风阵列采集的每一路音频信号的短时能量进行分析，若信号为异常则统计次数，在一定的统计时间内异常次数超标则判定该音频信号所对应的麦克风为异常即故障状态。

Description

一种麦克风阵列系统的故障检测方法及其检测系统
技术领域
本发明涉及音频算法技术领域，具体的说，是一种麦克风阵列系统的故障检测方法及其检测系统。
背景技术
在智能设备的使用中，语音交互是人机交互的一种重要方式。麦克风是语音交互中语音采集的一个入口，单个麦克风可以达到近场语音的交互要求，而在远场的情况下，就需要配备由多个麦克风组成的麦克风阵列，进行语音的采集。麦克风阵列可以采集多路语音，然后多路语音经过降噪算法的处理可以提高远场语音的信噪比。麦克风阵列的应用广泛，例如，智能电视、智能音箱等等。
降噪算法对多路语音数据中数据的幅度一致性比较敏感，会影响到最终的处理结果。当麦克风阵列中的某个麦克风出现问题时，不像单个麦克风产品一样容易判断，而是需要专门的检测工具进行检测。
现有的麦克风阵列检测方法，大都是测试人员通过特定的应用，播放一段特定的语音或声音，然后获取麦克风阵列中每个麦克风采集到的数据集进行分析和判断，无法做到产品在实际使用过程中的实时监测，不方便用户的操作与判断。
发明内容
本发明的目的在于提供一种麦克风阵列系统的故障检测方法，用于解决现有技术中无法做到产品在实际使用过程中的实时监测，不方便用户的操作与判断的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种麦克风阵列系统的故障检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
步骤1：麦克风阵列实时采集声音信号以数字音频信号的形式输出，并且每一个麦克风输出1路音频信号组成多路音频信号；
步骤2：根据步骤1中的多路音频信号，计算每各路音频信号的短时能量；
步骤3：将步骤2所得的各路音频信号的短时能量进行比较，判断信号是否有异常，并累计异常次数，在一定统计时间内异常次数超过设定值则判断该麦克风损坏。
本方法通过对麦克风阵列采集的每一路音频信号的短时能量进行分析，若信号为异常则统计次数，在一定的统计时间内异常次数超标则判定该音频信号所对应的麦克风为异常即故障状态。
优选地，所述短时能量的计算公式为：
Ej＝SUM(x[i]*x[i])
其中，Ej代表第j路麦克风的短时能量，x[i]代表每帧信号的第i个采样值，i的最大值为帧长。
优选地，所述短时能量的分帧按音频长度分，音频信号长度为10-30ms。
优选地，所述步骤3中信号是否异常的判断方式为，将每一路信号的短时能量都除以同一路信号的短时能量，得到的结果为比较值：
Bj＝Ej/EN
其中，Bj代表第j路的比较值，Ej代表第j路麦克风的短时能量，EN为第N路麦克风的短时能量，j≠N。
优选地，所述步骤3中异常判断的标准为，某一路的短时能量大于最大短时能量或小于最小短时能量则为异常。
上述方法可采用一种麦克风阵列系统的故障检测系统，包括主控单元以及受控于主控单元且与麦克风阵列相连的故障检测单元、降噪算法单元和示警单元，还包括与故障检测单元相连的计时器单元，本系统通过故障监测单元对麦克风阵列所采集的音频信号进行监测并配合计时器单元记录异常次数，当降噪算法单元输出信号异常时，故障监测单元则向主控单元发出故障信号，主控单元接收到故障信号之后通过示警单元进行报警，可以实时的对麦克风阵列的状态进行监测，若发生故障可以实时的进行示警，智能设备可以通过故障监测单元实时监测到麦克风阵列系统的故障，并通过示警单元提示用户进行相应的故障处理，如此，在用户发现语音交互异常之前就已知晓具体的故障信息，很好的解决了现有技术中无法做到产品在实际使用过程中的实时监测，不方便用户的操作与判断的问题。
优选地，所述计时器单元为硬件计时器或模拟计时器，在达到统计时间之后将计时清零然后重新开始计时。
优选地，所述示警单元包括LED灯、蜂鸣器和/或显示屏。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明，让智能设备可以通过故障监测单元实时监测到麦克风阵列系统的故障，并通过示警单元提示用户进行相应的故障处理，如此，在用户发现语音交互异常之前就已知晓具体的故障信息，很好的解决了现有技术中无法做到产品在实际使用过程中的实时监测，不方便用户的操作与判断的问题
附图说明
图1为本发明的麦克风阵列系统的故障检测系统示意框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
结合附图1所示，一种麦克风阵列系统的故障检测系统，包括主控单元以及受控于主控单元且与麦克风阵列相连的故障检测单元、降噪算法单元和示警单元，还包括与故障检测单元相连的计时器单元；计时器单元为硬件计时器；示警单元包括LED灯、蜂鸣器和或显示屏。
基于上述系统的检测方法，包括步骤1：麦克风阵列实时采集声音信号以数字音频信号的形式输出，并且每一个麦克风输出1路音频信号组成多路音频信号；
步骤2：根据步骤1中的多路音频信号，计算每各路音频信号的短时能量；
步骤3：将步骤2所得的各路音频信号的短时能量进行比较，判断信号是否有异常，并累计异常次数，在一定统计时间内异常次数超过设定值则判断该麦克风损坏。
系统及方法实施的过程如下：
实施平台：主控单元使用主芯片为MST848的平台，智能设备为一台智能电视，运行Android8.0系统；
麦克风阵列：由4颗数字麦克风器件组成，排列形式为线性阵列，两两之间的间距为3.5cm，输出音频信号为4路数字音频信号，信号分帧间隔是16ms，采用16KHz的采样率，即每帧4x256个采样点，每个采样点用16位二进制表示；
降噪算法单元：使用回声消除与波束形成配合的传统降噪算法；
计时器单元：使用软件模拟的方式实现计时，计时上限为统计时间10min；
故障监测单元：设定统计时间为10min，故障计数门限为4000次。短时能量比较的算法为，2-4路信号的短时能量除以第1路信号的短时能量；
示警单元：若是麦克风器件损坏问题，在智能电视屏幕上弹出对话框提示“请清洁麦克风滤网或更换麦克风面板”；
即B2＝E2/E1，B3＝E3/E1，B4＝E4/E1
门限值Bmax取100，Bmin取0.01。若其中的某个比较值在门限值之外，则认为该路比较值异常，记为该路比较值异常1次。若某一路比较值累计异常次数超过了故障计数门限，则向主控单元发起故障通知；
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (8)

1.一种麦克风阵列系统的故障检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：
步骤1：麦克风阵列实时采集声音信号以数字音频信号的形式输出，并且每一个麦克风输出1路音频信号组成多路音频信号；
步骤2：根据步骤1中的多路音频信号，计算每各路音频信号的短时能量；
步骤3：将步骤2所得的各路音频信号的短时能量进行比较，判断信号是否有异常，并累计异常次数，在一定统计时间内异常次数超过设定值则判断该麦克风损坏。
2.根据权利要求1所述的麦克风阵列系统的故障检测方法，其特征在于，所述短时能量的计算公式为：
Ej＝SUM(x[i]*x[i])
其中，Ej代表第j路麦克风的短时能量，x[i]代表每帧信号的第i个采样值，i的最大值为帧长。
3.根据权利要求2所述的麦克风阵列系统的故障检测方法，其特征在于，所述短时能量的分帧按音频长度分，音频信号长度为10-30ms。
4.根据权利要求1所述的麦克风阵列系统的故障检测方法，其特征在于，所述步骤3中信号是否异常的判断方式为，将每一路信号的短时能量都除以同一路信号的短时能量，将得到的结果进行比较：
Bj＝Ej/EN
其中，Bj代表第j个比较值，Ej代表第j路麦克风的短时能量，EN为第N路麦克风的短时能量，j≠N。
5.根据权利要求1所述的麦克风阵列系统的故障检测方法，其特征在于：所述步骤3中异常判断的标准为，某一路的短时能量大于最大短时能量或小于最小短时能量则为异常。
6.一种麦克风阵列系统的故障检测系统，其特征在于：包括主控单元以及受控于主控单元且与麦克风阵列相连的故障检测单元、降噪算法单元和示警单元，还包括与故障检测单元相连的计时器单元。
7.根据权利要求5所述的麦克风阵列系统的故障检测系统，其特征在于：所述计时器单元为硬件计时器或模拟计时器，在达到统计时间之后将计时清零然后重新开始计时。
8.根据权利要求5所述的麦克风阵列系统的故障检测系统，其特征在于：所述示警单元包括LED灯、蜂鸣器和/或显示屏。
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