论文部分内容阅读
【摘要】随着中国汽车工业的快速发展，国内汽车消费者对于汽车性能提出了更高的要求，电子化、智能化和网络化趋势已成为当前汽车行业的流行主题，车载音响系统收音技术在汽车领域中的应用空间十分广阔。车载音响系统收音技术变得越来越先进。与此同时，在性能提高和成本降低两个方面不断改善，声音是人类信息交流最自然最便捷的方式，与计算机或电子设备进行自然的声音交流，是人类梦寐以求的梦想。因此，研究车载音响系统收音技术具有非常重要的意义。本文通过对车载音响系统收音技术的阐述分析，希望藉此能给车载音响系统收音技术业界同行有所帮助。
【关键词】车载；音响系统；收音技术
中图分类号：C35文献标识码： A
一、引言
随着计算机技术、通信技术和数字化技术的飞速发展，使得传统的车载音响系统收音技术向数字化、多功能化、节能环保方向发展，车载音响系统收音技术应用在车载领域，将改变汽车现有的人机信息交流方式，解放驾驶者的双手和双眼，使汽车具备更人性化魅力，体现个性化特色，车载音响系统收音技术将进一步增强汽车的安全与舒适性能。随着车载音响系统的不断发展，声音系统将成为车载内信息获取、互动娱乐、程序操控的重要工具，真正成为车载设备综合控制终端。它为改善行车安全、提升车载娱乐价值、促进车载信息化发挥举足轻重的作用。
二、车载音响系统收音技术
（一）车载音响系统收音基本原理
车载音响系统收音本质是一种模式识别的过程，其中主要包括声音信号预处理、特征提取、特征建模、相似性度量和后处理等几个功能模块，后处理为可选部分。
车载音响系统收音系统包括训练和识别两个阶段，两个阶段中预处理和特征提取都要进行，预处理模块，对输入的原始声音信号进行处理，滤除掉其中不重要的信息以及背景噪声等，并进行声音信号的端点检测，声音分帧以及预加重等处理工作。特征提取模块负责计算声音的声学参数，并进行特征的计算，以便提取出反映信号特征的关键特征参数，以降低维数便于后续处理。在训练阶段，由用户输入若干次训练声音，经过上述预处理和特征提取后得到特征矢量参数，然后通过特征建模模块建立训练声音的参考模式库，或对已有的参考模式作适应性修正。在识别阶段，将输入声音的特征矢量参数和参考模式库中的模式进行相似性度量比较，将相似度量最高的模式所属的类别作为识别的中间侯选结果输出。后处理模块则是对侯选结果通过更多的语言学知识（如声音模型、词法、句法等）的约束处理，得到最终的识别结果。
（二）车载环境下的噪声分析
目前的车载音响系统收音技术在理想的环境或实验室环境下，虽然已经达到较高的识别率，但在有噪音的环境中，车载音响系统收音技术的性能将会普遍地大幅度地下降。车载环境下的噪声非常复杂，主要有汽车引擎产生的噪声、车轮胎磨擦地面产生的噪声、车在运行中与风磨擦产生的噪声、车内乘客谈话、嘻笑的声音、车内其它车载设备（空调、音响、风机等）产生的噪声、道路上人群、作业机器等外界环境的噪声等。通常在研究噪声时，根据噪声对声音频谱的干扰方式，把噪声分为加性噪声和乘性噪声。根据噪声的统计特性随时间变化的程度，可以将噪声分为平稳噪声和时变噪声。根据噪声带宽的不同，可以把噪声分为全带噪声和窄带噪声。车载环境下风扇的声音、汽车引擎声，车内乘客的说话声都属于加性噪声；车窗关闭情况下风噪声在车厢内的回音属于乘性噪声；车外街道上人群的噪声又属于时变噪声。但相对而言，车载环境下加性噪声的比重较大。背景噪声可以看作加性噪声，由于背景噪声的广泛存在性，而且车载音响系统收音系统对加性噪声非常敏感，因此针对这类噪声的研究是抗噪车载音响系统收音领域里的一个重点，车载环境下的车载音响系统收音更是将这类噪声列为重点考虑对象。
（三）抗噪声车载音响系统收音技术
车载音响系统收音系统在噪声环境下性能下降的主要原因是由于训练环境下的声音数据和识别环境下的声音数据严重不匹配造成的，因此可以通过减小这种训练环境和识别环境的不匹配来提高车载音响系统收音系统性能，一般通过以下两条途径解决这个问题：
（1）基于模型的方法修改声音模型的参数来匹配识别环境；
（2）基于数据的方法将识别时的噪声声音变换为训练环境下的声音。
目前主要有三种方法：
1）使用抗噪特征和抗噪测度。该方法假定声音模型与背景噪声无关，不论哪种带噪声的声音都用同一套模型来识别，它重点在于研究噪声对声音信号的作用而不是尝试去除噪声，主要研究抗噪声的声音特征和抗噪声的失真测度。该方法的主要优点是对噪声环境没有任何假设，应用范围广。
2）声音增强方法。在车载音响系统收音系统中加一个前端处理，将要识别的带噪声音尽可能地转化为与训练环境相匹配的纯净声音。该方法主要应用于恢复清晰声音信号质量，从而提高车载音响系统收音性能。
3）噪声环境下的模型补偿方法。使用纯净声音训练基本声音模型，在声音的识别阶段，根据现场的环境噪声对声音模板进行变换，使模型参数接近现场带噪声音的环境。当噪声环境改变时，它需要用不同的识别环境来修改声音模型，因此该方法需要有描述各个不同的噪声环境的模型。
三、车载音响系统收音技术的发展趋势预测
车载音响系统收音技术的发展趋势之一：网络可控化，具备组网和网络通信能力。由于城市轨道交通迅猛发展，轨道交通系统的接入设备也越来越多。为了对整个轨道交通系统进行有效的监控和管理，将设备组网使其具备网络通信能力，这是对设备进行监管最有效的方式之一。因此，车载音响系统收音技术将具备网络通信能力，通过组建以太网实现对系统中所有设备的监控。车载音响系统收音技术的另一个发展趋势：在具体硬件电路中采用IP核代替专用ASIC。随着数字电视的发展，视频、音频标准不断更新，如果采用ASIC方案不仅要重新购买新型芯片，而且还需重新制板，这样大大增加了产品成本和延迟产品推出的时间，制约了产品的市场优势。如果采用基于IP核的设计，可大大简化电路结构，增强系统的可扩展性；同时可避免设计过程中的重复工作，提高设计效率，缩短产品设计周期，满足及时上市的要求。因此基于IP核的设计是未来系统级设计的主流方向之一。
四、结束语
本文结合笔者多年来进行车载音响系统收音技术相关工作的实践经验，探讨了车载音响系统收音技术。通过本文的研究，得到了有关车载音响系统收音技术一些结论。车载音响系统收音技术应用于行车环境有助于解决驾驶员的驾驶疲劳，提高驾驶安全和驾驶乐趣。行车过程中驾驶员位置固定，使得车载音响系统收音技术发挥出最佳的作用成为可能。随着汽车行业以及电子信息行业的发展，对车载音响系统收音性能提出了更高的要求。在将来的有关车载音响的应用研究中，车载音响系统收音技术会得到广泛的应用，尤其是应用于车载控制。因为单独依靠音频信息的车载音响系统收音技术在高噪声的环境下，收音的效果达不到要求，在今后的工作中，还需要通过不断地探索，从而使车载音响系统收音技术的先进性得到明显的提高。
參考文献
[1]王涛,郭长国,邹鹏,王晓斌.一种基于注释的监控编程语言设计与实现[C].全国第20届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2009)暨全国第1届安全关键技术与应用学术会议论文集(下册),2009.
[2]隋夏.长箱短舱博音韵—广州本田新奥德赛(GOL)VS上海大众高尔(GOL)[J].电脑,2005(07).
[3]卢军利,魏富选.汽车音响系统功放技术发展与应用[J].汽车零部件,2011(02).
[4]魏富选.车载音响系统收音方案的技术发展[J].汽车零部件,2010(03).
【关键词】车载；音响系统；收音技术
中图分类号：C35文献标识码： A
一、引言
随着计算机技术、通信技术和数字化技术的飞速发展，使得传统的车载音响系统收音技术向数字化、多功能化、节能环保方向发展，车载音响系统收音技术应用在车载领域，将改变汽车现有的人机信息交流方式，解放驾驶者的双手和双眼，使汽车具备更人性化魅力，体现个性化特色，车载音响系统收音技术将进一步增强汽车的安全与舒适性能。随着车载音响系统的不断发展，声音系统将成为车载内信息获取、互动娱乐、程序操控的重要工具，真正成为车载设备综合控制终端。它为改善行车安全、提升车载娱乐价值、促进车载信息化发挥举足轻重的作用。
二、车载音响系统收音技术
（一）车载音响系统收音基本原理
车载音响系统收音本质是一种模式识别的过程，其中主要包括声音信号预处理、特征提取、特征建模、相似性度量和后处理等几个功能模块，后处理为可选部分。
车载音响系统收音系统包括训练和识别两个阶段，两个阶段中预处理和特征提取都要进行，预处理模块，对输入的原始声音信号进行处理，滤除掉其中不重要的信息以及背景噪声等，并进行声音信号的端点检测，声音分帧以及预加重等处理工作。特征提取模块负责计算声音的声学参数，并进行特征的计算，以便提取出反映信号特征的关键特征参数，以降低维数便于后续处理。在训练阶段，由用户输入若干次训练声音，经过上述预处理和特征提取后得到特征矢量参数，然后通过特征建模模块建立训练声音的参考模式库，或对已有的参考模式作适应性修正。在识别阶段，将输入声音的特征矢量参数和参考模式库中的模式进行相似性度量比较，将相似度量最高的模式所属的类别作为识别的中间侯选结果输出。后处理模块则是对侯选结果通过更多的语言学知识（如声音模型、词法、句法等）的约束处理，得到最终的识别结果。
（二）车载环境下的噪声分析
目前的车载音响系统收音技术在理想的环境或实验室环境下，虽然已经达到较高的识别率，但在有噪音的环境中，车载音响系统收音技术的性能将会普遍地大幅度地下降。车载环境下的噪声非常复杂，主要有汽车引擎产生的噪声、车轮胎磨擦地面产生的噪声、车在运行中与风磨擦产生的噪声、车内乘客谈话、嘻笑的声音、车内其它车载设备（空调、音响、风机等）产生的噪声、道路上人群、作业机器等外界环境的噪声等。通常在研究噪声时，根据噪声对声音频谱的干扰方式，把噪声分为加性噪声和乘性噪声。根据噪声的统计特性随时间变化的程度，可以将噪声分为平稳噪声和时变噪声。根据噪声带宽的不同，可以把噪声分为全带噪声和窄带噪声。车载环境下风扇的声音、汽车引擎声，车内乘客的说话声都属于加性噪声；车窗关闭情况下风噪声在车厢内的回音属于乘性噪声；车外街道上人群的噪声又属于时变噪声。但相对而言，车载环境下加性噪声的比重较大。背景噪声可以看作加性噪声，由于背景噪声的广泛存在性，而且车载音响系统收音系统对加性噪声非常敏感，因此针对这类噪声的研究是抗噪车载音响系统收音领域里的一个重点，车载环境下的车载音响系统收音更是将这类噪声列为重点考虑对象。
（三）抗噪声车载音响系统收音技术
车载音响系统收音系统在噪声环境下性能下降的主要原因是由于训练环境下的声音数据和识别环境下的声音数据严重不匹配造成的，因此可以通过减小这种训练环境和识别环境的不匹配来提高车载音响系统收音系统性能，一般通过以下两条途径解决这个问题：
（1）基于模型的方法修改声音模型的参数来匹配识别环境；
（2）基于数据的方法将识别时的噪声声音变换为训练环境下的声音。
目前主要有三种方法：
1）使用抗噪特征和抗噪测度。该方法假定声音模型与背景噪声无关，不论哪种带噪声的声音都用同一套模型来识别，它重点在于研究噪声对声音信号的作用而不是尝试去除噪声，主要研究抗噪声的声音特征和抗噪声的失真测度。该方法的主要优点是对噪声环境没有任何假设，应用范围广。
2）声音增强方法。在车载音响系统收音系统中加一个前端处理，将要识别的带噪声音尽可能地转化为与训练环境相匹配的纯净声音。该方法主要应用于恢复清晰声音信号质量，从而提高车载音响系统收音性能。
3）噪声环境下的模型补偿方法。使用纯净声音训练基本声音模型，在声音的识别阶段，根据现场的环境噪声对声音模板进行变换，使模型参数接近现场带噪声音的环境。当噪声环境改变时，它需要用不同的识别环境来修改声音模型，因此该方法需要有描述各个不同的噪声环境的模型。
三、车载音响系统收音技术的发展趋势预测
车载音响系统收音技术的发展趋势之一：网络可控化，具备组网和网络通信能力。由于城市轨道交通迅猛发展，轨道交通系统的接入设备也越来越多。为了对整个轨道交通系统进行有效的监控和管理，将设备组网使其具备网络通信能力，这是对设备进行监管最有效的方式之一。因此，车载音响系统收音技术将具备网络通信能力，通过组建以太网实现对系统中所有设备的监控。车载音响系统收音技术的另一个发展趋势：在具体硬件电路中采用IP核代替专用ASIC。随着数字电视的发展，视频、音频标准不断更新，如果采用ASIC方案不仅要重新购买新型芯片，而且还需重新制板，这样大大增加了产品成本和延迟产品推出的时间，制约了产品的市场优势。如果采用基于IP核的设计，可大大简化电路结构，增强系统的可扩展性；同时可避免设计过程中的重复工作，提高设计效率，缩短产品设计周期，满足及时上市的要求。因此基于IP核的设计是未来系统级设计的主流方向之一。
四、结束语
本文结合笔者多年来进行车载音响系统收音技术相关工作的实践经验，探讨了车载音响系统收音技术。通过本文的研究，得到了有关车载音响系统收音技术一些结论。车载音响系统收音技术应用于行车环境有助于解决驾驶员的驾驶疲劳，提高驾驶安全和驾驶乐趣。行车过程中驾驶员位置固定，使得车载音响系统收音技术发挥出最佳的作用成为可能。随着汽车行业以及电子信息行业的发展，对车载音响系统收音性能提出了更高的要求。在将来的有关车载音响的应用研究中，车载音响系统收音技术会得到广泛的应用，尤其是应用于车载控制。因为单独依靠音频信息的车载音响系统收音技术在高噪声的环境下，收音的效果达不到要求，在今后的工作中，还需要通过不断地探索，从而使车载音响系统收音技术的先进性得到明显的提高。
參考文献
[1]王涛,郭长国,邹鹏,王晓斌.一种基于注释的监控编程语言设计与实现[C].全国第20届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2009)暨全国第1届安全关键技术与应用学术会议论文集(下册),2009.
[2]隋夏.长箱短舱博音韵—广州本田新奥德赛(GOL)VS上海大众高尔(GOL)[J].电脑,2005(07).
[3]卢军利,魏富选.汽车音响系统功放技术发展与应用[J].汽车零部件,2011(02).
[4]魏富选.车载音响系统收音方案的技术发展[J].汽车零部件,2010(03).