CN110971299A - 一种语音探测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种语音探测方法及系统。该方法包括：对经语音探测光学模块输出的载有语音信息的S光和P光进行低通滤波；将滤波后的S光和P光进行微分处理，得到微分后的S光和P光；将滤波后的S光和微分后的S光相乘，将滤波后的P光和微分后的P光相乘；将相乘后的S光与相乘后的P光相除，对相除结果的绝对值开平方根得到第一系数值；将第一系数值与微分后的S光相乘，再与微分后的P光进行平方和运算得到第二系数值；将滤波后的S光与微分后的P光相乘，将滤波后的P光和微分后的S光相乘，将两次相乘结果相减，得到相减后的光；由相减后的光、第一系数值和第二系数值确定解调后的语音信息。本发明能提高语音探测的准确度。

Description

一种语音探测方法及系统
技术领域
本发明涉及无线攻防技术领域，特别是涉及一种语音探测方法及系统。
背景技术
20世纪80年代以来直至今天，激光语音获取技术飞速发展，激光语音获取技术具有操作简单、隐藏性好、非接触性、等优点。激光语音获取的工作原理为：通过一束不可见的激光照射到监控区域某一目标物上，由于声音是纵波，可以引起空气振动，进而传递到目标物上，使得目标物产生与语音信息相同频率的振动，通过反射回来的激光获取到这个振动的声音信号来实现远距离语音信号获取。
由于接收回来的振动光信号存在光强的扰动等干扰因素，使得在信号的解调过程中存在一定干扰因子，因此，越是优秀的解调算法，越能提高语音探测系统的性能，使其具有较强的语音探测能力和广泛的应用场景。
目前，通常采用的抗光强扰动方法为基于PGC的抗光强扰动算法，具体有：1)PGC-DCM解调算法，它的处理信号的过程如下：首先利用载波信号的单倍频信号和二倍频信号对干涉的信号进行混频得到相互正交的正弦函数和余弦函数；然后通过截至频率低于载波频率的滤波器来进行低通滤波；同时对两个经过低通滤波的信号微分并与微分前的信号交叉相乘，再进行相减并积分；最后通过一个带通滤波器，得到解调结果。该方法的其解调结果与可见度、光强以及载波调制深度等因素有关系，这种光强干扰强度如果比较强，会造成系统稳定性降低，使得得到的信号失真。2)反正切的PGC-Arctan算法，经过PGC-Arctan算法解调出来的信号不受光强影响，但是，虽然最后的解调结果不包含光强等因素，但是，只有当满足一定条件时，才能做到较为精确的解调，并且，因为正切函数是单调函数，而且它的范围是
Figure BDA0002315018750000011
所以这种算法只适合测量振动幅度小的信号，当被测声音信号幅度大于
Figure BDA0002315018750000021
时，通过这种算法解调出来的信号存在失真。
发明内容
基于此，有必要提供一种语音探测方法及系统，以减小解调出来的信号的失真程度，提高语音探测的准确度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种语音探测方法，包括：
获取经语音探测光学模块输出的载有语音信息的S光和载有语音信息的P光；所述语音探测光学模块用于发出探测激光照射到与声源发出的语音信息振动频率相同的目标物上，并接收所述目标物反射的载有语音信息激光；所述语音探测光学模块还用于对所述载有语音信息激光依次进行分光和光电转换，得到载有语音信息的S光和载有语音信息的P光；
将所述载有语音信息的S光和所述载有语音信息的P光分别进行低通滤波处理，得到滤波后的S光和滤波后的P光；
将所述滤波后的S光和所述滤波后的P光分别进行微分处理，得到微分后的S光和微分后的P光；
将所述滤波后的S光和所述微分后的S光相乘，得到相乘后的S光，将所述滤波后的P光和所述微分后的P光相乘，得到相乘后的P光；
确定第一系数值；所述第一系数值是将所述相乘后的S光与所述相乘后的P光相除，并对相除后的结果的绝对值开平方根得到的；
确定第二系数值；所述第二系数值是将所述第一系数值与所述微分后的S光相乘，并将相乘后的结果与所述微分后的P光进行平方和运算得到的；
将所述滤波后的S光与所述微分后的P光相乘，将所述滤波后的P光和所述微分后的S光相乘，再将两次相乘结果进行相减，得到相减后的光；
对所述相减后的光进行积分处理，并将积分后的结果与所述第二系数值相除，再将相除后的结果与所述第一系数值相乘，得到解调后的语音信息。
可选的，所述载有语音信息的S光
Figure BDA0002315018750000031
其中，I1为参考光光强，I2为信号光光强，A为载有语音信息的S光的幅值，Bcosωt为原始声音信号，B为原始声音信号的幅值，ω为原始声音信号的频率，
Figure BDA0002315018750000032
为原始声音信号产生的相位偏差，
Figure BDA0002315018750000033
为原始声音信号产生相位偏后的信号；
所述载有语音信息的P光
Figure BDA0002315018750000034
其中，C为载有语音信息的P光的幅值，C＝kA，k为第一系数值。
可选的，所述滤波后的S光
Figure BDA0002315018750000035
所述滤波后的P光
Figure BDA0002315018750000036
可选的，所述微分后的S光
Figure BDA0002315018750000037
所述微分后的P光
Figure BDA0002315018750000038
本发明还提供了一种语音探测系统，包括：
待探测信息获取模块，用于获取经语音探测光学模块输出的载有语音信息的S光和载有语音信息的P光；所述语音探测光学模块用于发出探测激光照射到与声源发出的语音信息振动频率相同的目标物上，并接收所述目标物反射的载有语音信息激光；所述语音探测光学模块还用于对所述载有语音信息激光依次进行分光和光电转换，得到载有语音信息的S光和载有语音信息的P光；
滤波模块，用于将所述载有语音信息的S光和所述载有语音信息的P光分别进行低通滤波处理，得到滤波后的S光和滤波后的P光；
微分模块，用于将所述滤波后的S光和所述滤波后的P光分别进行微分处理，得到微分后的S光和微分后的P光；
相乘模块，用于将所述滤波后的S光和所述微分后的S光相乘，得到相乘后的S光，将所述滤波后的P光和所述微分后的P光相乘，得到相乘后的P光；
第一系数确定模块，用于确定第一系数值；所述第一系数值是将所述相乘后的S光与所述相乘后的P光相除，并对相除后的结果的绝对值开平方根得到的；
第二系数确定模块，用于确定第二系数值；所述第二系数值是将所述第一系数值与所述微分后的S光相乘，并将相乘后的结果与所述微分后的P光进行平方和运算得到的；
相减模块，用于将所述滤波后的S光与所述微分后的P光相乘，将所述滤波后的P光和所述微分后的S光相乘，再将两次相乘结果进行相减，得到相减后的光；
解调模块，用于对所述相减后的光进行积分处理，并将积分后的结果与所述第二系数值相除，再将相除后的结果与所述第一系数值相乘，得到解调后的语音信息。
可选的，所述待探测信息获取模块中载有语音信息的S光
Figure BDA0002315018750000041
其中，I1为参考光光强，I2为信号光光强，A为载有语音信息的S光的幅值，Bcosωt为原始声音信号，B为原始声音信号的幅值，ω为原始声音信号的频率，
Figure BDA0002315018750000042
为原始声音信号产生的相位偏差，
Figure BDA0002315018750000043
为原始声音信号产生相位偏后的信号；
待探测信息获取模块中所述载有语音信息的P光
Figure BDA0002315018750000044
其中，C为载有语音信息的P光的幅值，C＝kA，k为第一系数值。
可选的，所述滤波模块中所述滤波后的S光
Figure BDA0002315018750000045
所述滤波模块中所述滤波后的P光
Figure BDA0002315018750000046
可选的，所述微分模块中所述微分后的S光
Figure BDA0002315018750000047
所述微分模块中所述微分后的P光
Figure BDA0002315018750000048
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种语音探测方法及系统。该方法包括：对经语音探测光学模块输出的载有语音信息的S光和P光进行低通滤波；将滤波后的S光和P光进行微分处理，得到微分后的S光和P光；将滤波后的S光和微分后的S光相乘，将滤波后的P光和微分后的P光相乘；将相乘后的S光与相乘后的P光相除，对相除结果的绝对值开平方根得到第一系数值；将第一系数值与微分后的S光相乘，再与微分后的P光进行平方和运算得到第二系数值；将滤波后的S光与微分后的P光相乘，将滤波后的P光和微分后的S光相乘，将两次相乘结果相减，得到相减后的光；由相减后的光、第一系数值和第二系数值确定解调后的语音信息。本发明消除了光强对解调出的语音信息的影响，抑制了散斑对探测过程造成的干扰，提高了探测信噪比，并且在弱反射光强下也可以很好的解调出语音信号，减小了解调出来的信号的失真程度，提高了语音探测的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种语音探测方法的流程图；
图2为本发明实施例光学组件结构的示意图；
图3为本发明实施例解调原理图；
图4为本发明实施例一种语音探测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在激光语音提取技术中，想要获得比较理想的解调信号，对提取到语音的质量有很大的影响。在解调信号的过程中，由于受到光强度、可见度和信号振动幅度等的影响，解调出来的信号都或多或少带有一些噪声信号。通过本发明的探测方法，能够最大程度的还原出原始的信号，并且在解调过程中几乎不会受到干扰。
本发明的语音探测方法的原理是：声音是纵波，在传播过程中引起空气振动，这种振动传递到声音源附近的目标物上使其产生振动，其振动频率与语音频率相同，通过对目标物上振动信息的提取来实现语音信息的获取。本发明通过激光零差正交语音获取系统以激光作为载体，利用语音引起的物体的振动使其产生相位差，通过对相位差的解调而还原出语音信息，该方法是以激光波长为度量尺，其精度可以达到亚纳米量级，所以对于语音引起的微小的振动也能很好的还原，大大提高语音获取的有效性。并且与光外差探测技术相比，本发明基于零差正交探测技术实现探测，不需要使用声光调制器，降低了电路的速度，降低了设备的成本，提高了灵敏度，且结构简单。
图1为本发明实施例一种语音探测方法的流程图。参见图1，实施例的语音探测方法：
步骤S1：获取经语音探测光学模块输出的载有语音信息的S光和载有语音信息的P光。
所述语音探测光学模块用于发出探测激光照射到与声源发出的语音信息振动频率相同的目标物上，并接收所述目标物反射的载有语音信息激光；所述语音探测光学模块还用于对所述载有语音信息激光依次进行分光和光电转换，得到载有语音信息的S光和载有语音信息的P光。
所述载有语音信息的S光
Figure BDA0002315018750000063
其中，其中，I1为参考光光强，I2为信号光光强，I1和I2均为噪声信号，需要滤波器滤掉，A为载有语音信息的S光的幅值，Bcosωt为原始声音信号，B为原始声音信号的幅值，ω为原始声音信号的频率，
Figure BDA0002315018750000061
为原始声音信号产生的相位偏差，
Figure BDA0002315018750000062
为原始声音信号产生相位偏后的信号，原始声音信号为声源发出的声音信号，即待探测语音信号。
所述载有语音信息的P光
Figure BDA0002315018750000071
其中，C为载有语音信息的P光的幅值，C＝kA，k为第一系数值。
语音探测光学模块主要用来实现激光的发射、接收以及光电转换功能，该部分的功能为语音信号的获取及光电转换，是实现语音检测方面的首要解决的问题。本实施例中的语音探测光学模块包括激光发生器、激光接收器、分束器、光学组件结构和光电转换器，光学组件结构如图2所示，光学组件结构包括半反半透镜、全反镜和λ2波片。语音探测光学模块的实现过程为：激光发生器发出探测激光，照射到与声源发出的语音信息振动频率相同的目标物上；激光接收器接收所述目标物反射的载有语音信息激光；分束器将载有语音信息激光分成两束P光，一束P光经过一面半反半透镜，经过全反镜反射后的P光再经过一个λ2波片后，产生一束S光，即为载有语音信息的S光；另一束P光通过光纤引导从与前一束P光的正交方向经过这面半反半透镜，得到载有语音信息的P光。
目标物为语音探测光学模块的“合作物”，用来实现语音信息向目标物振动的转化，人说话引起目标物的振动，激光打到目标物后，接收回来带有声音信息的光信号，即P光，进而再对其进行解调的处理。光电转换器用于将光信号转换为电信号，进而对其进行解调处理，还原出监听到的语音信息。
作为一种可选的实施方式，光学组件结构还包括信号处理部分，信号处理部分主要是光信号向电信号的转换后，实现对信号的放大与滤波，从而进入相位解调输出语音信息。
下面步骤S2-步骤S8，对载有语音信息的S光和所述载有语音信息的P光的解调过程进行了详细介绍，解调原理图如图3所示。
步骤S2：将所述载有语音信息的S光和所述载有语音信息的P光分别进行低通滤波处理，得到滤波后的S光和滤波后的P光。
所述滤波后的S光
Figure BDA0002315018750000072
所述滤波后的P光
Figure BDA0002315018750000081
步骤S3：将所述滤波后的S光和所述滤波后的P光分别进行微分处理，得到微分后的S光和微分后的P光。
所述微分后的S光
Figure BDA0002315018750000082
所述微分后的P光
Figure BDA0002315018750000083
步骤S4：将所述滤波后的S光和所述微分后的S光相乘，得到相乘后的S光，将所述滤波后的P光和所述微分后的P光相乘，得到相乘后的P光。
所述相乘后的S光
Figure BDA0002315018750000084
所述相乘后的P光
Figure BDA0002315018750000085
步骤S5：确定第一系数值；所述第一系数值是将所述相乘后的S光与所述相乘后的P光相除，并对相除后的结果的绝对值开平方根得到的。
所述第一系数值为k。
步骤S6：确定第二系数值；所述第二系数值是将所述第一系数值与所述微分后的S光相乘，并将相乘后的结果与所述微分后的P光进行平方和运算得到的。
所述第二系数值为A2k2。
步骤S7：将所述滤波后的S光与所述微分后的P光相乘，将所述滤波后的P光和所述微分后的S光相乘，再将两次相乘结果进行相减，得到相减后的光。
所述相减后的光为kA2Bωsinωt。
步骤S8：对所述相减后的光进行积分处理，并将积分后的结果与所述第二系数值相除，再将相除后的结果与所述第一系数值相乘，得到解调后的语音信息。
所述解调后的语音信息为Bcosωt。
经过步骤S1-S8后得到的结果，精确的还原出了被测信号。
本实施例的语音探测方法，该方法相比于传统的PGC解调算法，可以有效抑制光强扰动对解调结果的影响，同时也克服了PGC-Arctan算法受载波调制深度影响而产生的谐波失真的问题。该方法通过与前路信号进行各种运算，求得交叉相乘后得到的干扰因子系数，最后与之进行除法运算，消掉干扰因子，得到原始语音信号，可以更好的还原出原始信号。该方法消除了光强对解调出语音的影响，抑制了散斑对系统造成的干扰，提高了系统的探测信噪比。该方法在弱反射光强下也可以很好的解调出语音信号。
本发明还提供了一种语音探测系统，参见图4，所述语音探测系统包括：
待探测信息获取模块401，用于获取经语音探测光学模块输出的载有语音信息的S光和载有语音信息的P光；所述语音探测光学模块用于发出探测激光照射到与声源发出的语音信息振动频率相同的目标物上，并接收所述目标物反射的载有语音信息激光；所述语音探测光学模块还用于对所述载有语音信息激光依次进行分光和光电转换，得到载有语音信息的S光和载有语音信息的P光。
滤波模块402，用于将所述载有语音信息的S光和所述载有语音信息的P光分别进行低通滤波处理，得到滤波后的S光和滤波后的P光。
微分模块403，用于将所述滤波后的S光和所述滤波后的P光分别进行微分处理，得到微分后的S光和微分后的P光。
相乘模块404，用于将所述滤波后的S光和所述微分后的S光相乘，得到相乘后的S光，将所述滤波后的P光和所述微分后的P光相乘，得到相乘后的P光。
第一系数确定模块405，用于确定第一系数值；所述第一系数值是将所述相乘后的S光与所述相乘后的P光相除，并对相除后的结果的绝对值开平方根得到的。
第二系数确定模块406，用于确定第二系数值；所述第二系数值是将所述第一系数值与所述微分后的S光相乘，并将相乘后的结果与所述微分后的P光进行平方和运算得到的。
相减模块407，用于将所述滤波后的S光与所述微分后的P光相乘，将所述滤波后的P光和所述微分后的S光相乘，再将两次相乘结果进行相减，得到相减后的光。
解调模块408，用于对所述相减后的光进行积分处理，并将积分后的结果与所述第二系数值相除，再将相除后的结果与所述第一系数值相乘，得到解调后的语音信息。
作为一种可选的实施方式，所述待探测信息获取模块401中载有语音信息的S光
Figure BDA0002315018750000101
其中，I1为参考光光强，I2为信号光光强，A为载有语音信息的S光的幅值，Bcosωt为原始声音信号，B为原始声音信号的幅值，ω为原始声音信号的频率，
Figure BDA0002315018750000102
为原始声音信号产生的相位偏差，
Figure BDA0002315018750000103
为原始声音信号产生相位偏后的信号；
待探测信息获取模块401中所述载有语音信息的P光
Figure BDA0002315018750000104
其中，C为载有语音信息的P光的幅值，C＝kA，k为第一系数值。
作为一种可选的实施方式，所述滤波模块402中所述滤波后的S光
Figure BDA0002315018750000105
所述滤波模块402中所述滤波后的P光
Figure BDA0002315018750000106
作为一种可选的实施方式，所述微分模块403中所述微分后的S光
Figure BDA0002315018750000107
所述微分模块403中所述微分后的P光
Figure BDA0002315018750000108
本实施例的语音探测系统，消除了光强对解调出的语音信息的影响，抑制了散斑对探测过程造成的干扰，提高了探测信噪比，并且在弱反射光强下也可以很好的解调出语音信号，减小了解调出来的信号的失真程度，提高了语音探测的准确度。
对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种语音探测方法，其特征在于，包括：
获取经语音探测光学模块输出的载有语音信息的S光和载有语音信息的P光；所述语音探测光学模块用于发出探测激光照射到与声源发出的语音信息振动频率相同的目标物上，并接收所述目标物反射的载有语音信息激光；所述语音探测光学模块还用于对所述载有语音信息激光依次进行分光和光电转换，得到载有语音信息的S光和载有语音信息的P光；
将所述载有语音信息的S光和所述载有语音信息的P光分别进行低通滤波处理，得到滤波后的S光和滤波后的P光；
将所述滤波后的S光和所述滤波后的P光分别进行微分处理，得到微分后的S光和微分后的P光；
将所述滤波后的S光和所述微分后的S光相乘，得到相乘后的S光，将所述滤波后的P光和所述微分后的P光相乘，得到相乘后的P光；
确定第一系数值；所述第一系数值是将所述相乘后的S光与所述相乘后的P光相除，并对相除后的结果的绝对值开平方根得到的；
确定第二系数值；所述第二系数值是将所述第一系数值与所述微分后的S光相乘，并将相乘后的结果与所述微分后的P光进行平方和运算得到的；
将所述滤波后的S光与所述微分后的P光相乘，将所述滤波后的P光和所述微分后的S光相乘，再将两次相乘结果进行相减，得到相减后的光；
对所述相减后的光进行积分处理，并将积分后的结果与所述第二系数值相除，再将相除后的结果与所述第一系数值相乘，得到解调后的语音信息。
2.根据权利要求1所述的一种语音探测方法，其特征在于，所述载有语音信息的S光
Figure FDA0002315018740000011
其中，I1为参考光光强，I2为信号光光强，A为载有语音信息的S光的幅值，Bcosωt为原始声音信号，B为原始声音信号的幅值，ω为原始声音信号的频率，
Figure FDA0002315018740000012
为原始声音信号产生的相位偏差，
Figure FDA0002315018740000013
为原始声音信号产生相位偏后的信号；
所述载有语音信息的P光
Figure FDA0002315018740000014
其中，C为载有语音信息的P光的幅值，C＝kA，k为第一系数值。
3.根据权利要求2所述的一种语音探测方法，其特征在于，所述滤波后的S光
Figure FDA0002315018740000021
所述滤波后的P光
Figure FDA0002315018740000022
4.根据权利要求3所述的一种语音探测方法，其特征在于，所述微分后的S光
Figure FDA0002315018740000023
所述微分后的P光
Figure FDA0002315018740000024
5.一种语音探测系统，其特征在于，包括：
待探测信息获取模块，用于获取经语音探测光学模块输出的载有语音信息的S光和载有语音信息的P光；所述语音探测光学模块用于发出探测激光照射到与声源发出的语音信息振动频率相同的目标物上，并接收所述目标物反射的载有语音信息激光；所述语音探测光学模块还用于对所述载有语音信息激光依次进行分光和光电转换，得到载有语音信息的S光和载有语音信息的P光；
滤波模块，用于将所述载有语音信息的S光和所述载有语音信息的P光分别进行低通滤波处理，得到滤波后的S光和滤波后的P光；
微分模块，用于将所述滤波后的S光和所述滤波后的P光分别进行微分处理，得到微分后的S光和微分后的P光；
相乘模块，用于将所述滤波后的S光和所述微分后的S光相乘，得到相乘后的S光，将所述滤波后的P光和所述微分后的P光相乘，得到相乘后的P光；
第一系数确定模块，用于确定第一系数值；所述第一系数值是将所述相乘后的S光与所述相乘后的P光相除，并对相除后的结果的绝对值开平方根得到的；
第二系数确定模块，用于确定第二系数值；所述第二系数值是将所述第一系数值与所述微分后的S光相乘，并将相乘后的结果与所述微分后的P光进行平方和运算得到的；
相减模块，用于将所述滤波后的S光与所述微分后的P光相乘，将所述滤波后的P光和所述微分后的S光相乘，再将两次相乘结果进行相减，得到相减后的光；
解调模块，用于对所述相减后的光进行积分处理，并将积分后的结果与所述第二系数值相除，再将相除后的结果与所述第一系数值相乘，得到解调后的语音信息。
6.根据权利要求5所述的一种语音探测系统，其特征在于，所述待探测信息获取模块中载有语音信息的S光
Figure FDA0002315018740000031
其中，I1为参考光光强，I2为信号光光强，A为载有语音信息的S光的幅值，Bcosωt为原始声音信号，B为原始声音信号的幅值，ω为原始声音信号的频率，
Figure FDA0002315018740000032
为原始声音信号产生的相位偏差，
Figure FDA0002315018740000033
为原始声音信号产生相位偏后的信号；
待探测信息获取模块中所述载有语音信息的P光
Figure FDA0002315018740000034
其中，C为载有语音信息的P光的幅值，C＝kA，k为第一系数值。
7.根据权利要求6所述的一种语音探测系统，其特征在于，所述滤波模块中所述滤波后的S光
Figure FDA0002315018740000035
所述滤波模块中所述滤波后的P光
Figure FDA0002315018740000036
8.根据权利要求7所述的一种语音探测系统，其特征在于，所述微分模块中所述微分后的S光
Figure FDA0002315018740000037
所述微分模块中所述微分后的P光
Figure FDA0002315018740000038
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