CN114743532A

CN114743532A - 基于行人提示音的车内降噪方法、装置及车辆

Info

Publication number: CN114743532A
Application number: CN202110018507.XA
Authority: CN
Inventors: 胥国文; 田畑俊幸; 王理周; 陈祥君; 彭程
Original assignee: Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Automobile Group Co Ltd
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2022-07-12

Abstract

本发明公开了一种基于行人提示音的车内降噪方法，包括：获取车外提示音信号及其对应的原始提示音信号，所述车外提示音信号为原始提示音信号经提示音扬声器发出后由车外麦克风采集到的信号；根据所述原始提示音信号从所述车外提示音信号中提取目标噪声信号；根据所述目标噪声信号，通过自适应控制算法获取车内扬声器的控制信号；将所述控制信号发送至所述车内扬声器，使所述车内扬声器发声以抵消所述目标噪声信号。本发明有效地过滤掉传递到车内的车外提示音信号中的噪声成分，提高了车内降噪的效果，提升了车内声品质。

Description

基于行人提示音的车内降噪方法、装置及车辆

技术领域

本发明涉及信息技术领域，尤其涉及一种基于行人提示音的车内降噪方法、装置及车辆。

背景技术

据行人提示音相关法规的规定，现有的电动车或者安装有车外提示音系统的车辆，均需提供满足最低发声量级要求的行人提示音。然而，行人提示音中的低频部分很容易传递到车厢内，进而影响车内声品质。

为降低车内噪声，燃油车通常使用CAN信号作为车内降噪的参考信号，若在电动车中参考燃油车类似的方案，则车内降噪的参考信号的信噪比较低，只能降低提示音中与车速相关联的频率成分，而无法降低与车速无关联的频率成分，无法有效降低提示音。

电动车的行人提示音通常通过车体外的扬声器来传播，提示音中的各频率成分的幅值和相位信息会随传播途径发生变化。现有电动车的提示音降噪方式并未考虑提示音传递到车内后各频率成分的幅值及相位信息的变化，车内实际降噪效果不理想；也未将关系到驾驶安全的外界环境噪声信号，比如车辆附近车辆的鸣笛音、警报声等，保留下来，车内降噪品质欠佳。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于行人提示音的车内降噪方法、装置及车辆，以解决现有提示音降噪方式的降噪效果欠佳的问题。

一种基于行人提示音的车内降噪方法，包括：

获取车外提示音信号及其对应的原始提示音信号，所述车外提示音信号为原始提示音信号经提示音扬声器发出后由车外麦克风采集到的信号；

根据所述原始提示音信号从所述车外提示音信号中提取目标噪声信号；

根据所述目标噪声信号，通过自适应控制算法获取车内扬声器的控制信号；

将所述控制信号发送至所述车内扬声器，使所述车内扬声器发声以抵消所述目标噪声信号。

可选地，所述根据所述原始提示音信号从所述车外提示音信号中提取目标噪声信号包括：

分别对所述原始提示音信号和车外提示音信号进行快速傅里叶变换，得到原始提示音频域信号和车外提示音频域信号；

将所述原始提示音频域信号的幅值与预设幅度阈值进行比较；

获取所述原始提示音频域信号的幅值大于或等于所述预设幅度阈值的频段范围；

获取落在所述频段范围内的车外提示音频域信号，作为目标噪声的频域信号；

对所述目标噪声的频域信号进行快速傅里叶逆变换和平滑处理，得到目标噪声信号。

可选地，所述根据所述目标噪声信号，通过自适应控制算法获取车内扬声器的控制信号包括：

获取车内次级声通道对应的传递函数矩阵；

根据所述目标噪声信号和所述传递函数矩阵获取滤波信号；

获取车内提示音信号和车内扬声器的发声信号，计算所述车内提示音信号与所述发声信号之间的误差信号，所述车内提示音信号为原始提示音信号经提示音扬声器发出后由车内麦克风采集到的信号；

根据所述误差信号和所述滤波信号更新自适应滤波器的权系数；

根据更新后的权系数、所述滤波信号获取所述车内扬声器的控制信号。

可选地，当所述自适应控制算法为基于横向滤波器的滤波类时域FxLMS算法时，所述权系数的更新公式为：

W(n)＝W(n-1)-2μe(n)x_f(n)

其中，W(n)表示更新后的权系数，W(n-1)表示前次迭代的权系数，μ表示迭代步长，e(n)表示误差信号，x_f(n)表示滤波信号。

可选地，当所述自适应控制算法为基于横向滤波器的滤波类时域FxRLS算法时，所述权系数的更新公式为：

W(n)＝W(n-1)-g(n)e(n|n-1)

其中，W(n)表示更新后的权系数，W(n-1)表示前次迭代的权系数，e(n|n-1)表示误差信号，g(n)表示中间变量且

x_f(n)表示滤波信号，λ表示遗忘因子，C(n)表示x_f(n)的逆向相关矩阵且

一种基于行人提示音的车内降噪装置，包括：

获取模块，用于获取车外提示音信号及其对应的原始提示音信号，所述车外提示音信号为原始提示音信号经提示音扬声器发出后由车外麦克风采集到的信号；

提取模块，用于根据所述原始提示音信号从所述车外提示音信号中提取目标噪声信号；

算法模块，用于根据所述目标噪声信号，通过自适应控制算法获取车内扬声器的控制信号；

发送模块，用于将所述控制信号发送至所述车内扬声器，使所述车内扬声器发声以抵消所述目标噪声信号。

可选地，所述提取模块包括：

变换单元，用于分别对所述原始提示音信号和车外提示音信号进行快速傅里叶变换，得到原始提示音频域信号和车外提示音频域信号；

比较单元，用于将所述原始提示音频域信号的幅值与预设幅度阈值进行比较；

频段获取单元，用于获取所述原始提示音频域信号的幅值大于或等于所述预设幅度阈值的频段范围；

目标获取单元，用于获取落在所述频段范围内的车外提示音频域信号，作为目标噪声的频域信号；

后处理单元，用于对所述目标噪声的频域信号进行快速傅里叶逆变换和平滑处理，得到目标噪声信号。

可选地，所述算法模块包括：

矩阵获取单元，用于获取车内次级声通道对应的传递函数矩阵；

滤波信号获取单元，用于根据所述目标噪声信号和所述传递函数矩阵获取滤波信号；

计算单元，用于获取车内提示音信号和车内扬声器的发声信号，计算所述车内提示音信号与所述发声信号之间的误差信号，所述车内提示音信号为原始提示音信号经提示音扬声器发出后由车内麦克风采集到的信号；

更新单元，用于根据所述误差信号和所述滤波信号更新自适应滤波器的权系数；

控制信号获取单元，用于根据更新后的权系数、所述滤波信号获取所述车内扬声器的控制信号。

W(n)＝W(n-1)-2μe(n)x_f(n)

其中，W(n)表示更新后的权系数，W(n-1)表示前次迭代的权系数，μ表示迭代步长，e(n)表示误差信号，x_f(n)表示滤波信号；或者

当所述自适应控制算法为基于横向滤波器的滤波类时域FxRLS算法时，所述权系数的更新公式为：

W(n)＝W(n-1)-g(n)e(n|n-1)

一种车辆，包括如上所述的基于行人提示音的车内降噪装置。

本发明实施例通过获取车外提示音信号及其对应的原始提示音信号，其中所述车外提示音信号为原始提示音信号经提示音扬声器发出后由车外麦克风采集到的信号，是近场噪声信号，能够更准确地反映出扬声器发出的提示音中各品类成分的赋值及相位信息；然后根据所述原始提示音信号从所述车外提示音信号中提取目标噪声信号，提高了车内降噪的参考信号的信噪比，最后根据所述目标噪声信号，通过自适应控制算法获取车内扬声器的控制信号；将所述控制信号发送至所述车内扬声器，使所述车内扬声器发声以抵消所述目标噪声信号，从而有效地提高了车内降噪的效果，提升了车内声品质。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的行人提示音主动降噪系统的实车布置示意图；

图2是本发明实施例提供的基于行人提示音的车内降噪方法的流程图；

图3(a)是本发明实施例提供的原始提示音频域信号的示意图，图3(b)是本发明实施例提供的车外提示音频域信号的示意图，图3(c)是本发明实施例提供的的目标噪声的频域信号和原始提示音频域信号的示意图，图3(d)为本实施例提供的经预设幅度阈值提取得到的目标噪声的频域信号的示意图；

图4是本发明实施例提供的基于行人提示音的车内降噪方法中步骤S102的流程图；

图5是本发明实施例提供的基于行人提示音的车内降噪方法中步骤S103的流程图；

图6是本发明实施例提供的基于行人提示音的车内降噪装置的原理框图。

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作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。

以下对本实施例提供的基于行人提示音的车内降噪方法进行详细的描述。如图1所示，为行人提示音主动降噪系统的实车布置示意图。行人提示音主动降噪系统是一个多通道主动降噪控制系统，包括多个扬声器和多个麦克风。其中提示音扬声器10用于向行人发出提示音。汽车行驶过程中主动噪声控制器20从OBD接口30读取当前车速，根据当前车速判断汽车当前是否需要发出行人提示音，并控制提示音控制器70发出原始提示音信号。所述车外麦克风40，作为近场麦克风，用于采集提示音扬声器的发声信号，得到车外提示音信号，并将所述车外提示音信号提供给所述主动噪声控制器20。所述车内麦克风50用于采集提示音扬声器的发声信号，得到车内提示音信号，作为车内降噪的初级声信号。所述车内扬声器60用于接收所述主动噪声控制器20产生的控制信号，并根据所述控制信号进行声。理想状态下，车内扬声器60的发声信号与所述原始提示音信号叠加，从而在车内麦克风50形成局部“消声静区”，实现车内主动降噪。

现有电动车提示音降噪方式未考虑提示音传递到车内后各频率成分的幅值及相位信息的变化以及未将关系到驾驶安全的外界环境噪声信号保留，从而导致车内降噪效果欠佳。为解决降噪效果欠佳的问题，本发明实施例提出基于行人提示音的车内降噪方法。如图2所述，所述基于行人提示音的车内降噪方法包括：

在步骤S101中，获取车外提示音信号及其对应的原始提示音信号。

其中，所述原始提示音信号是指需要经提示音扬声器10发出的数字提示音信号。相对的，所述车外提示音信号是指由车外麦克风40采集到经提示音扬声器10发出的信号，即原始提示音信号是指提示音扬声器10的输入信号，车外提示音信号是指提示音扬声器10的输出信号。

车外提示音信号和所述原始提示音信号一一对应，且车外提示音信号通常包含原始提示音信号以及车辆所处的环境噪声。

在步骤S102中，根据所述原始提示音信号从所述车外提示音信号中提取目标噪声信号。

在得到车外提示音信号之后，本实施例以所述车外提示音信号作为行人提示音主动降噪系统的参照信号，按照所述原始提示音信号，对所述车外提示音信号中的环境噪声成分进行过滤，同时提取原始提示音信号经过提示音扬声器10传输之后的信号，得到目标噪声信号。所述目标噪声信号作为自适应控制算法进行降噪的目标对象。本实施例以车外提示音信号作为行人提示音主动降噪系统的参照信号，能够更加准确地反映出原始提示音信号经提示音扬声器10发出后各频率成分的幅值及相位信息，有利于提升降噪效果。

可选地，作为本发明的一个优选示例，可以采用频域信号处理方法从车外提示音信号中提取出目标噪声信号。如图4所示，步骤S102所述的根据所述原始提示音信号从所述车外提示音信号中提取目标噪声信号包括：

在步骤S401中，分别对所述原始提示音信号和车外提示音信号进行快速傅里叶变换，得到原始提示音频域信号和车外提示音频域信号。

在这里，所述原始提示音信号和车外提示音信号均为时域信号，通过快速傅里叶变换，可以得到所述原始提示音信号对应的频域信号，所述车外提示音信号对应的频域信号。

在步骤S402中，将所述原始提示音频域信号的幅值与预设幅度阈值进行比较。

本实施例预先根据经验为所述原始提示音信号设定一个频域上的幅度阈值，作为所述车外提示音信号的过滤标准。将所述原始提示音频域信号上的每一个幅值与预设幅度阈值进行比较。若所述原始提示音频域信号上的幅值大于或等于所述预设幅度阈值时，则保留所述幅值对应的频率值。否则，若所述原始提示音频域信号上的幅值小于所述预设幅度阈值时，则放弃所述幅值对应的频率值。

在步骤S403中，获取所述原始提示音频域信号的幅值大于或等于所述预设幅度阈值的频段范围。

通过上述步骤S402的比较、过滤，可以得到所述原始提示音频域信号的幅值大于或等于所述预设幅度阈值的一个或多个频段范围。所述频段范围作为对所述车外提示音频域信号进行过滤的参照。

在步骤S404中，获取落在所述频段范围内的车外提示音频域信号，作为目标噪声的频域信号。

在这里，本实施例将所述车外提示音频域信号的频率与所述频段范围进行比对，以落在所述频段范围内的车外提示音频域信号作为有效信号提取出来，得到目标噪声的频域信号，有效地去除了原有车外提示音信号中的环境噪声成分。

示例性地，假设用S(f)表示原始提示音频域信号，M(f)表示车外麦克风40采集的车外提示音频域信号，T(f)表示目标噪声的频域信号，a表示预设幅度阈值，则提取目标噪声的频域信号的数学模型如下：

在步骤S405中，对所述目标噪声的频域信号进行快速傅里叶逆变换和平滑处理，得到目标噪声信号。

在得到目标噪声的频域信号之后，通过快速傅里叶逆变换将其转换为时域信号，同时对转换得到的时域信号进行平滑处理，以烫平时域信号中的波纹，得到最终的目标噪声信号，从而有效地提高了车内降噪的参考信号的信噪比。

为了便于理解，示例性地，如图3所示，图3(a)为本实施例提供的一个原始提示音频域信号的示意图，图3(b)为本实施例提供的一个车外提示音频域信号的示意图，图3(c)为本实施例提供的目标噪声的频域信号和原始提示音频域信号的示意图，图3(d)为本实施例提供的经预设幅值a提取得到的目标噪声的频域信号的示意图。

在步骤S103中，根据所述目标噪声信号，通过自适应控制算法获取车内扬声器的控制信号。

在这里，本发明实施例通过自适应控制算法根据车内麦克风50采集到的车内提示音信号和所述车内扬声器60的发声信号之间的误差信号、所述目标噪声信号对权系数进行迭代更新，产生所述车内扬声器60的控制信号并控制所述车内扬声器60发声，达到降低误差信号的目的，使车内麦克风50采集到的车内提示音信号和所述车内扬声器60叠加后形成消音静区，从而实现车内降噪。

其中，所述自适应控制算法为基于横向滤波器的滤波-X类时域或频域算法，包括但不限于时域FxLMS算法、频域FxLMS算法、时域FxRLS算法和频域FxRLS算法。

可选地，以时域FxLMS算法和时域FxRLS算法为例，如图5所示，步骤S103所述的根据所述目标噪声信号，通过自适应控制算法获取车内扬声器的控制信号包括：

在步骤S501中，获取车内次级声通道对应的传递函数矩阵。

在这里，本实施例预先辨识车内各路次级声通道，得到对应的传递函数矩阵。

在步骤S502中，根据所述目标噪声信号和所述传递函数矩阵获取滤波信号。

本实施例通过求取所述目标噪声信号和所述传递函数矩阵之间的卷积，作为所述目标噪声信号对应的滤波函数。计算公式如下：

其中，x_f(n)表示滤波函数，x(n)表示目标噪声信号，

表示传递函数矩阵。

在步骤S503中，获取车内提示音信号和车内扬声器的发声信号，计算所述车内提示音信号与所述发声信号之间的误差信号。

在这里，与所述车外提示音信号相对，所述车内提示音信号为原始提示音信号经提示音扬声器10发出后由车内麦克风50采集到的信号，是实际的车内声音信号，作为自适应控制算法的初级声波；车内扬声器60的发声信号作为次级声波。理想情况下，所述车内提示音信号和车内扬声器60的发声信号叠加之后，会抵消原始提示音信号。而自适应控制是通过循环迭代使控制系统达到稳定状态，因此，本实施例需要计算所述车内提示音信号与所述车内扬声器60的发声信号之间的误差信号。计算公式如下：

e(n)＝d(n)-y(n)

其中，e(n)表示误差信号，d(n)表示车内提示音信号，y(n)表示车内扬声器的发声信号。

在步骤S504中，根据所述误差信号和所述滤波信号更新自适应滤波器的权系数。

在这里，权系数表示目标噪声信号对控制信号的重要程度。每一次迭代控制中，需要对权系数进行调整，进而调节控制信号。

可选地，作为本发明的一个优选示例，当所述自适应控制算法为基于横向滤波器的滤波类时域FxLMS算法时，所述权系数的更新公式为：

W(n)＝W(n-1)-2μe(n)x_f(n)

其中，W(n)表示更新后的权系数，W(n-1)表示前次迭代的权系数，μ表示迭代步长，根据经验设定，e(n)表示误差信号，x_f(n)表示滤波信号。

可选地，作为本发明的另一个优选示例，当所述自适应控制算法为基于横向滤波器的滤波类时域FxRLS算法时，所述权系数的更新公式为：

W(n)＝W(n-1)-g(n)e(n|n-1)

在步骤S505中，根据更新后的权系数、所述滤波信号获取所述车内扬声器的控制信号。

最后，根据更新后的权系数、滤波信号，计算自适应滤波器对输入信号，即目标噪声信号的响应，得到控制信号。计算公式为：

u(n)＝x_f ^T(n)W(n)

其中，所述u(n)表示控制信号，所述x_f ^T(n)表示滤波信号x_f(n)的转置。

在步骤S104中，将所述控制信号发送至所述车内扬声器，使所述车内扬声器发声以抵消所述目标噪声信号。

在得到控制信号后，将所述控制信号发送至所述车内扬声器60，以驱动车内扬声器60发出次级声波。上述步骤S501至步骤S505、步骤S104循环迭代，直至系统达到稳定，此时车内扬声器60的发声信号与目标噪声信号叠加，在车内麦克风50处形成局部“消声静区”，从而降低了原始提示音信号对车内的影响，实现车内主动降噪，消除了传递到车内的原始提示音信号，且还可以保留关系到驾驶员安全的环境噪声。

综上所述，本发明实施例获取车外提示音信号及其对应的原始提示音信号，其中所述车外提示音信号为原始提示音信号经提示音扬声器发出后由车外麦克风采集到的信号，是近场噪声信号，能够更准确地反映出扬声器发出的提示音中各频率成分的幅值及相位信息的变化；然后根据所述原始提示音信号从所述车外提示音信号中提取目标噪声信号，提高了车内降噪的参考信号的信噪比，最后根据所述目标噪声信号，通过自适应控制算法获取车内扬声器的控制信号；将所述控制信号发送至所述车内扬声器，使所述车内扬声器发声以抵消所述目标噪声信号，从而降低了原始提示音信号对车内的影响，有效地提高了车内降噪的效果。既满足了电动车对行人提示音相关法规中最低发声量级的要求，又可以消除传递到车内的行人提示音的低频成分，且还可以保留关系到驾驶员安全的环境噪声，大大地提升了车内声品质。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一实施例中，提供一种基于行人提示音的车内降噪装置，该基于行人提示音的车内降噪装置与上述实施例中基于行人提示音的车内降噪方法一一对应。如图6所示，该基于行人提示音的车内降噪装置包括获取模块61、提取模块62、算法模块63、发送模块64，各功能模块详细说明如下：

获取模块61，用于获取车外提示音信号及其对应的原始提示音信号，所述车外提示音信号为原始提示音信号经提示音扬声器发出后由车外麦克风采集到的信号；

提取模块62，用于根据所述原始提示音信号从所述车外提示音信号中提取目标噪声信号；

算法模块63，用于根据所述目标噪声信号，通过自适应控制算法获取车内扬声器的控制信号；

发送模块64，用于将所述控制信号发送至所述车内扬声器，使所述车内扬声器发声以抵消所述目标噪声信号。

可选地，所述提取模块62包括：

可选地，所述算法模块63包括：

W(n)＝W(n-1)-2μe(n)x_f(n)

W(n)＝W(n-1)-g(n)e(n|n-1)

关于基于行人提示音的车内降噪装置的具体限定可以参见上文中对于基于行人提示音的车内降噪方法的限定，在此不再赘述。上述基于行人提示音的车内降噪装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本实施例还提供了一种车辆，所述车辆包括如上所述的基于行人提示音的车内降噪装置。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。