一种异常声源判断与定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种异常声源判断与定位系统及方法，其系统包括微处理器模块、声音采集模块和异常声源指示模块，微处理器模块包括微处理器、晶振电路、复位电路和数据存储器；声音采集模块包括三路声音采集电路，每路声音采集电路均由依次连接的麦克风、音频放大电路、A/D转换电路和抗混叠滤波器组成；异常声源指示模块包括液晶显示屏、四路异常声源指示电路、左臂环和右臂环，四路异常声源指示电路均由依次连接的D/A转换电路、功率放大电路、升压电路和示位电极组成；其方法包括步骤：一、声音信号采集及传输，二、异常声源判断，三、异常声源定位，四、异常声源方位指示。本发明专利技术能够高效准确定位异常声源的方位，实用性强，便于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种异常声源判断与定位系统及方法
本专利技术属于声音检测
，具体涉及一种异常声源判断与定位系统及方法。
技术介绍
声音，它没有质量，但是它能产生能量效果，声音，它是一种纵波，但是它又不同于光波，光有光子，它是有动量、有能量、有质量的，而在物理上只有压力的声音是没有质量。作为声音一种的异常声音，就完全具备声音如上述所说的这些特性。环境中的突发事件往往伴随着较多能量的突然释放，如爆炸、碰撞等，这些能量的释放途径往往包括机械能同时产生能流密度较大的声波，此时还会产生高响度或伴随高频率的声音。另一方面，社会生物也会通过提高音调、加重语音来传递重要的尤其是带有警示作用的信息。这一信息表达方式也被引入到了人类的工业化社会中，典型的应用有汽车鸣笛，设备警报及安全警报。我国有1700多万聋哑人，此外还有更多由于单侧或双侧听力下降的听障患者，他们无法正常获取异常声音或辨别声音方向，因而不能及时发现诸如鸣笛的汽车、高声呼喊的行人、坠落的玻璃杯等带有异常示警信息的声源。目前，患者只能通过佩戴双侧助听器解决这一问题，但这样成本高，且依赖残存听力。目前，对于异常声音检测与识别技术的研究相对来说起步很晚，发展也比较缓慢，有科研人员通过计算每一个声音帧的特征向量与模板进行比较来判断环境中是否有一场声音，这种方法计算量大，实时性不好；还有研究通过该计算特征参数和训练来对一场声音进行细致分类，分成爆炸声、枪声和玻璃破碎声等，同样计算量比较大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、设计新颖合理、实现方便且成本低、能够高效准确定位异常声源的方位、实用性强、使用效果好、便于推广使用的异常声源判断与定位系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种异常声源判断与定位系统，其特征在于：包括微处理器模块、声音采集模块和异常声源指示模块，所述微处理器模块包括微处理器以及与微处理器相接的晶振电路、复位电路和数据存储器；所述声音采集模块包括三路声音采集电路，每路声音采集电路均由依次连接的麦克风、音频放大电路、A/D转换电路和抗混叠滤波器组成，所述抗混叠滤波器的输出端与微处理器的输入端连接，三个所述麦克风分别布设在使用者左耳、右耳和脑后位置处；布设在使用者左耳位置处的麦克风上连接有用于对该麦克风的电压进行实时检测的左麦克风电压检测电路和用于对该麦克风的电流进行实时检测的左麦克风电流检测电路，布设在使用者右耳位置处的麦克风上连接有用于对该麦克风的电压进行实时检测的右麦克风电压检测电路和用于对该麦克风的电流进行实时检测的右麦克风电流检测电路，所述微处理器的输入端接有用于对电流信号进行放大、滤波和A/D转换处理的电流信号调理电路，以及用于电压信号进行放大、滤波和A/D转换处理的电压信号调理电路，所述左麦克风电压检测电路的输出端和右麦克风电压检测电路的输出端均与电压信号调理电路的输入端连接，所述左麦克风电流检测电路的输出端和右麦克风电流检测电路的输出端均与电流信号调理电路的输入端连接；所述异常声源指示模块包括液晶显示屏、四路异常声源指示电路、用于缠绕在使用者左手臂上的左臂环和用于缠绕在使用者右手臂上的右臂环，四路异常声源指示电路均由依次连接的D/A转换电路、功率放大电路、升压电路和示位电极组成，所述液晶显示屏的输入端和D/A转换电路的输入端均与微处理器的输出端连接，四个所述示位电极中的其中两个均匀分布在所述左臂环上且分别为左前异常声源示位电极和左后异常声源示位电极，四个所述示位电极中的另两个均匀分布在所述右臂环上且分别为右前异常声源示位电极和右后异常声源示位电极。上述的一种异常声源判断与定位系统，其特征在于：所述微处理器为DSP数字信号处理器TSM32VC5402。本专利技术还公开了一种设计新颖合理、实现方便、能够高效准确定位异常声源的方位、实用性强、使用效果好的异常声源判断与定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、声音信号采集及传输：三个所述麦克风分别采集使用者左耳、右耳和脑后位置处的声音信号，依次经过音频放大电路放大处理、A/D转换电路A/D转换处理和抗混叠滤波器产生混叠频率分量后输出给微处理器；步骤二、异常声源判断，具体过程为：步骤201、微处理器对其接收到的使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号分别进行分析处理，判断出各路声音信号中的异常声源；其中，对第i路声音信号进行分析处理的具体过程为：步骤2011、微处理器根据公式计算出第i路声音信号的音频频率系数其中，i的取值为1、2、3，fi为第i路声音信号的音频频率，为第i路声音信号在距离现在时刻最近的时间段t内的音频频率平均值，e为自然常数；步骤2012、微处理器根据公式计算出第i路声音信号的音频响度系数其中，i的取值为1、2、3，vi为第i路声音信号的音频响度，为第i路声音信号在距离现在时刻最近的时间段t内的音频响度平均值，e为自然常数；步骤2013、微处理器根据公式计算出第i路声音信号的异常等级数si；步骤2014、微处理器根据公式计算出第i路声音信号中的异常声源出现的概率密度函数f(si)；其中，为在距离现在时刻最近的时间段t内的第i路声音信号的异常等级数平均值，σ为声音信号的异常等级数的标准差且步骤2015、微处理器根据条件判断第i路声音信号中的异常声源，当条件成立时，判断为第i路声音信号中的异常声源出现了，执行步骤202；否则，当条件不成立时，判断为第i路声音信号中的异常声源没有出现，返回步骤2011；步骤202、微处理器对使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号中的异常声源进行相似度匹配，确定出异常声源；具体过程为：步骤2021、微处理器从步骤201中判断出的各路声音信号的异常声源中找出同频率的使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号中的异常声源；步骤2022、微处理器根据Pearson相关系数计算公式计算同频率的使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号中的异常声源的Pearson相关系数corr(f,s)；步骤2023、微处理器将Pearson相关系数corr(f,s)最大的同频率的使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号中的异常声源确定为同一声源发出的声音，并将其确定为异常声源；步骤三、异常声源定位，具体过程为：步骤301、微处理器记录其接收到的步骤二中确定出的异常声源在使用者左耳位置处的声音信号中和使用者右耳位置处的声音信号中出现的时间差，并定义为异常声源到达使用者的左耳与右耳的时间差；步骤302、当异常声源出现时，左麦克风电压检测电路检测位于使用者左耳位置处的麦克风的电压Ul并输出给电压信号调理电路，右麦克风电压检测电路检测位于使用者右耳位置处的麦克风的电压Ur并输出给电压信号调理电路，左麦克风电流检测电路检测位于使用者左耳位置处的麦克风的电流Il并输出给电流信号调理电路，右麦克风电流检测电路检测位于使用者右耳位置处的麦克风的电流Ir并输出给电流信号调理电路，电压信号调理电路对其接收到的电压信号进行放大、滤波和A/D转换处理后输出给微处理器，电流信号调理电路对其接收到的电流信号进行放大、滤波和A/D转换处理后输出给微处理器，微处理器根据公式计算得到位于使用者左耳位置处的麦克风与位于使用者右耳位置处的麦克风采集到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异常声源判断与定位系统，其特征在于：包括微处理器模块(1)、声音采集模块(2)和异常声源指示模块(3)，所述微处理器模块(1)包括微处理器(1‑1)以及与微处理器(1‑1)相接的晶振电路(1‑3)、复位电路(1‑2)和数据存储器(1‑4)；所述声音采集模块(2)包括三路声音采集电路，每路声音采集电路均由依次连接的麦克风(2‑1)、音频放大电路(2‑2)、A/D转换电路(2‑3)和抗混叠滤波器(2‑4)组成，所述抗混叠滤波器(2‑4)的输出端与微处理器(1‑1)的输入端连接，三个所述麦克风(2‑1)分别布设在使用者左耳、右耳和脑后位置处；布设在使用者左耳位置处的麦克风(2‑1)上连接有用于对该麦克风(2‑1)的电压进行实时检测的左麦克风电压检测电路(4)和用于对该麦克风(2‑1)的电流进行实时检测的左麦克风电流检测电路(5)，布设在使用者右耳位置处的麦克风(2‑1)上连接有用于对该麦克风(2‑1)的电压进行实时检测的右麦克风电压检测电路(6)和用于对该麦克风(2‑1)的电流进行实时检测的右麦克风电流检测电路(7)，所述微处理器(1‑1)的输入端接有用于对电流信号进行放大、滤波和A/D转换处理的电流信号调理电路(8)，以及用于电压信号进行放大、滤波和A/D转换处理的电压信号调理电路(9)，所述左麦克风电压检测电路(4)的输出端和右麦克风电压检测电路(6)的输出端均与电压信号调理电路(9)的输入端连接，所述左麦克风电流检测电路(5)的输出端和右麦克风电流检测电路(7)的输出端均与电流信号调理电路(8)的输入端连接；所述异常声源指示模块(3)包括液晶显示屏(3‑1)、四路异常声源指示电路、用于缠绕在使用者左手臂上的左臂环(3‑2)和用于缠绕在使用者右手臂上的右臂环(3‑3)，四路异常声源指示电路均由依次连接的D/A转换电路(3‑4)、功率放大电路(3‑5)、升压电路(3‑6)和示位电极(3‑7)组成，所述液晶显示屏(3‑1)的输入端和D/A转换电路(3‑4)的输入端均与微处理器(1‑1)的输出端连接，四个所述示位电极(3‑7)中的其中两个均匀分布在所述左臂环(3‑2)上且分别为左前异常声源示位电极和左后异常声源示位电极，四个所述示位电极(3‑7)中的另两个均匀分布在所述右臂环(3‑3)上且分别为右前异常声源示位电极和右后异常声源示位电极。...

【技术特征摘要】
1.一种异常声源判断与定位系统，其特征在于：包括微处理器模块(1)、声音采集模块(2)和异常声源指示模块(3)，所述微处理器模块(1)包括微处理器(1-1)以及与微处理器(1-1)相接的晶振电路(1-3)、复位电路(1-2)和数据存储器(1-4)；所述声音采集模块(2)包括三路声音采集电路，每路声音采集电路均由依次连接的麦克风(2-1)、音频放大电路(2-2)、A/D转换电路(2-3)和抗混叠滤波器(2-4)组成，所述抗混叠滤波器(2-4)的输出端与微处理器(1-1)的输入端连接，三个所述麦克风(2-1)分别布设在使用者左耳、右耳和脑后位置处；布设在使用者左耳位置处的麦克风(2-1)上连接有用于对该麦克风(2-1)的电压进行实时检测的左麦克风电压检测电路(4)和用于对该麦克风(2-1)的电流进行实时检测的左麦克风电流检测电路(5)，布设在使用者右耳位置处的麦克风(2-1)上连接有用于对该麦克风(2-1)的电压进行实时检测的右麦克风电压检测电路(6)和用于对该麦克风(2-1)的电流进行实时检测的右麦克风电流检测电路(7)，所述微处理器(1-1)的输入端接有用于对电流信号进行放大、滤波和A/D转换处理的电流信号调理电路(8)，以及用于电压信号进行放大、滤波和A/D转换处理的电压信号调理电路(9)，所述左麦克风电压检测电路(4)的输出端和右麦克风电压检测电路(6)的输出端均与电压信号调理电路(9)的输入端连接，所述左麦克风电流检测电路(5)的输出端和右麦克风电流检测电路(7)的输出端均与电流信号调理电路(8)的输入端连接；所述异常声源指示模块(3)包括液晶显示屏(3-1)、四路异常声源指示电路、用于缠绕在使用者左手臂上的左臂环(3-2)和用于缠绕在使用者右手臂上的右臂环(3-3)，四路异常声源指示电路均由依次连接的D/A转换电路(3-4)、功率放大电路(3-5)、升压电路(3-6)和示位电极(3-7)组成，所述液晶显示屏(3-1)的输入端和D/A转换电路(3-4)的输入端均与微处理器(1-1)的输出端连接，四个所述示位电极(3-7)中的其中两个均匀分布在所述左臂环(3-2)上且分别为左前异常声源示位电极和左后异常声源示位电极，四个所述示位电极(3-7)中的另两个均匀分布在所述右臂环(3-3)上且分别为右前异常声源示位电极和右后异常声源示位电极。2.按照权利要求1所述的一种异常声源判断与定位系统，其特征在于：所述微处理器(1-1)为DSP数字信号处理器TSM32VC5402。3.一种利用如权利要求1所述的系统进行异常声源判断与定位的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、声音信号采集及传输：三个所述麦克风(2-1)分别采集使用者左耳、右耳和脑后位置处的声音信号，依次经过音频放大电路(2-2)放大处理、A/D转换电路(2-3)A/D转换处理和抗混叠滤波器(2-4)产生混叠频率分量后输出给微处理器(1-1)；步骤二、异常声源判断，具体过程为：步骤201、微处理器(1-1)对其接收到的使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号分别进行分析处理，判断出各路声音信号中的异常声源；其中，对第i路声音信号进行分析处理的具体过程为：步骤2011、微处理器(1-1)根据公式计算出第i路声音信号的音频频率系数Kfi；其中，i的取值为1、2、3，fi为第i路声音信号的音频频率，为第i路声音信号在距离现在时刻最近的时间段t内的音频频率平均值，e为自然常数；步骤2012、微处理器(1-1)根据公式计算出第i路声音信号的音频响度系数其中，i的取值为1、2、3，vi为第i路声音信号的音频响度，为第i路声音信号在距离现在时刻最近的时间段t内的音频响度平均值，e为自然常数；步骤2013、微处理器(1-1)根据公式计算出第i路声音信号的异常等级数si；步骤2014、微处理器(1-1)根据公式计算出第i路声音信号中的异常声源出现的概率密度函数f(si)；其中，为在距离现在时刻最近的时间段t内的第i路声音信号的异常等级数平均值，σ为声音信号的异常等级数的标准差且步骤2015、微处理器(1-1)根据条件判断第i路声音信号中的异常声源，当条件成立时，判断为第i路声音信号中的异常声源出现了，执行步骤202；否则，当条件不成立时，判断为第i路声音信号中的异常声源没有出现，返回步骤2011；步骤202、微处理器(1-1)对使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号中的异常声源进行相似度匹配，确定出异常声源；具体过程为：步骤2021、微处理器(1-1)从步骤201中判断出的各路声音信号的异常声源中找出同频率的使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号中的异常声源；步骤2022、微处理器(1-1)根据Pearson相关系数计算公式计算同频率的使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号中的异常声源的Pearson相关系数corr(f,s)；步骤2023、微处理器(1-1)将Pearson相关系数corr(f,s)最大的同频率的使用者左耳、右耳和脑后位置处三路声音信号中的异常声源确定为同一声源发出的声音，并将其确定为异常声源；步骤三、异常声源定位，具体过程为：步骤301、微处理器(1-1)记录其接收到的步骤二中确定出的异常声源在使用者左耳位置处的声音信号中和使用者右耳位置处的声音信号中出现的时间差，并定义为异常声源到达使用者的左耳与右耳的时间差；步骤302、当异常声源出现时，左麦克风电压检测电路(4)检测位于使用者左耳位置处的麦克风(2-1)的电压Ul并输出给电压信号调理电路(9)，右麦克风电压检测电路(6)检测位于使用者右耳位置处的麦克风(2-1)的电压Ur并输出给电压信号调理电路(9)，左麦克风电流检测电路(5)检测位于使用者左耳位置处的麦克风(2-1)的电流Il并输出给电流信号调理电路(8)，右麦克风电流检测电路(7)检测位于使用者右耳位置处的麦克风(2-1)的电流Ir并输出给电流信号调理电路(8)，电压信号调理电路(9)对其接收到的电压信号进行放大、滤波和A/D转换处理后输出给微处理器(1-1)，电流信号调理电路(8)对其接收到的电流信号进行放大、滤波和A/D转换处理后输出给微处理器(1-1)，微处理器(1-1)根据公式计算得到位于使用者左耳位置处的麦克风(2-1)与位于使用者右耳位置处的麦克风(2-1)采集到的声音信号的能量比Y；其中，yl为位于使用者左耳位置处的麦克风(2-1)采集到的声音信号的能量，yr为位于使用者右耳位置处的麦克风(2-1)采集到的声音信号的能量；步骤303、微处理器(1-1)将异常声源到达使用者的左耳与右耳的时间差以及位于使用者左耳位置处的麦克风(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘树林，李青青，王肖，徐惠三，汪子为，聂燊，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61