驾驶环境下基于智能手机音频感知的呼吸道症状检测方法与流程

文档序号:23806952发布日期:2021-02-03 11:57阅读:来源:国知局

技术特征:
1.驾驶环境下基于智能手机扬音频感知的呼吸道症状检测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:利用智能手机麦克风,收集驾驶环境中不同的驾驶员和乘客咳嗽、打喷嚏和吸鼻子的声音信号,基于自适应子带谱熵去噪方法,即abse去噪方法,滤去收集到声音信号中的汽车行驶噪声;步骤1.1:将智能手机置于车内,收集不同的驾驶员和乘客咳嗽、打喷嚏和吸鼻子三种行为的声音信号;步骤1.2:将步骤1.1收集到的每个声音信号分成相同长度的子段,选取开始部分的n个子段声音信号进行快速傅里叶变换,然后计算子段声音的平均能量谱,并初始化abse的阈值t
s
=μ
θ

·
σ
θ
;其中,h
b
(l)是第l个子段的abse值;α表示权值;步骤1.3:计算下一子段声音信号的abse值,并和步骤1.2得到的阈值进行对比;若该子段声音的abse值超过阈值,则对该子段声音进行fft并计算能量谱,然后用该子段声音的能量谱减去步骤1.2得到的平均能量谱,并进行逆快速傅里叶变换,得到该子段声音去噪后的声音信号;若该子段声音的abse值未超过阈值,则根据该子段声音的能量谱更新平均能量谱;步骤1.4:重复步骤1.3,直到所有声音信号去噪完毕;将去噪后的声音信号通过高通滤波器滤去低频段的信号,然后取出滤波后的声音信号中包含咳嗽、打喷嚏和吸鼻子声音段,将这些声音段切分成不同信号帧,每一信号帧包含一次呼吸道症状,并用相应的行为对这些信号帧进行标记;步骤2:对于步骤1中得到的去噪且标记的信号帧,提取每一帧的基于梅尔倒频谱系mfcc和伽马倒频谱系数gfcc的混合式声学特征,利用该特征训练一个基于长短时记忆lstm神经网络的分类器;步骤3:在实际应用中,利用车内智能手机的麦克风持续收集车内的声音信号;利用步骤1的方法,从收集到的声音信号中去除汽车行驶噪声,并将去噪后的声音信号进行切分和补齐,使得每一段声音信号成为等长的信号帧;然后利用步骤2的方法,提取每一信号帧的声学特征,并将特征送入训练好的分类器进行判断;一旦分类器判断出有咳嗽、打喷嚏或者吸鼻子行为,则记录相应呼吸道症状并记录累计发生次数。2.如权利要求1所述的驾驶环境下基于智能手机扬音频感知的呼吸道症状检测方法,其特征在于,步骤2包括以下步骤:步骤2.1:对于步骤1得到的每个包含一次呼吸道症状信号的信号帧,分成长度相同的子帧,计算每个子帧的12维mfcc特征,并取每个子帧的前10维mfcc特征拼接成为该帧的mfcc特征向量;步骤2.2:对于步骤1得到的每个包含一次呼吸道症状的信号帧,分成长度相同的子帧,计算每个子帧的31维的gfcc特征,并取每个子帧的前20维gfcc特征拼接成为该帧的gfcc特征向量;步骤2.3:将步骤2.1得到的mfcc向量和步骤2.2得到的gfcc向量,拼接成一个混合式特
征向量,然后将该混合式特征向量送入一个3层的lstm网络进行训练,得到驾驶环境下三种呼吸道症状声音的分类器;其中,lstm网络包含2个lstm层和1个全连接层,采用tanh作为激活函数,每个lstm层后面加上batch normalization层,用交叉熵代价函数作为损失函数;该lstm网络的timestep值设为6,即每次的输入为当前子帧的特征向量和当前子帧之前的5个子帧的特征向量;对于第t个timestep,lstm层利用h
t
=δ(w0[h
t-1
,x
t
+b0])
·
tanh(s
t
),将输入x
t
映射为一个压缩向量h
t
,其中,w0和b0分别表示权重矩阵和偏置向量,s
t
代表第t个timestep的状态,δ()表示激活函数;h
t-1
表示前一个timestep对应的压缩向量。3.如权利要求1所述的驾驶环境下基于智能手机扬音频感知的呼吸道症状检测方法,其特征在于,步骤3包括以下步骤:步骤3.1:利用用户手机的麦克风,持续接受车内的声音信号;步骤3.2:对于步骤3.1收集到的声音信号,首先去除收集到的声音信号中的驾驶噪声,选出abse值超过阈值的声音子段;若连续几个超过阈值的声音子段的总时长超过时间阈值t_1,则将该子段和切分成重叠的固定长度的子帧;若连续几个超过阈值的声音子段的总时长小于另一时间阈值t_2,则舍弃该子段和;若连续几个超过阈值的声音子段的总时长大于t_2小于t_1,则扩展该子段和长度为固定的帧长;然后,将每个帧通过一个高通滤波器进行滤波。步骤3.3:对于步骤3.2得到的每个固定长度的滤波后的信号帧,计算该信号帧的mfcc特征向量,然后计算该帧的gfcc特征向量,将两个向量拼接成该帧的混合式特征向量,送入训练好的lstm网络进行分类,判断该帧是否包含咳嗽、打喷嚏或吸鼻子行为。
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