本發(fā)明涉及聲信號處理，尤其涉及一種聲信號處理方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代軍事場景中，狙擊手的威脅和直升機的戰(zhàn)術(shù)作用日益顯著，為了有效地應(yīng)對，快速準確地定位狙擊手位置和監(jiān)測直升機活動變得至關(guān)重要。槍聲定位系統(tǒng)通過捕捉槍擊產(chǎn)生的膛口波和彈道波，并利用信號的時間差來確定狙擊手的位置；而對于直升機的聲學監(jiān)測，則需要分析和識別直升機特有的噪聲特征，以便追蹤其飛行軌跡并為戰(zhàn)術(shù)決策提供支持。

2、由于槍聲信號中膛口波具有較低的強度和頻率，并且出現(xiàn)在彈道波之后，因此其可能受到彈道波反射波和較大噪聲的干擾而被掩蓋，與此同時，直升機在飛行過程中產(chǎn)生的噪聲具有強度高、頻率復雜的特點，可能嚴重干擾聲探測系統(tǒng)對目標聲音的識別和定位，因此需要對槍聲、直升機信號進行適當?shù)念A(yù)處理，確保能夠準確地檢測和分析槍聲與直升機信號。

3、相關(guān)技術(shù)中，針對信號降噪方法進行了廣泛而深入的研究，小波變換、奇異值分解和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解等常見方法基于某種數(shù)學模型來去除噪聲，在非線性和非平穩(wěn)信號的降噪處理中得到了廣泛應(yīng)用，然而，這些方法在降噪效果上高度依賴于參數(shù)的選擇，不恰當?shù)膮?shù)選擇可能會導致信號的畸變和失真，進而影響到系統(tǒng)對目標聲音的識別和定位。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種聲信號處理方法、系統(tǒng)、設(shè)備及介質(zhì)，解決了相關(guān)聲信號處理方法依賴于參數(shù)選擇而產(chǎn)生的信號畸變和失真的問題。

2、為達到上述目的，本申請采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，提供一種聲信號處理方法，包括：

4、獲取原始信號，基于短時能量法計算所述原始信號的短時能量值，根據(jù)所述短時能量值獲得短時能量圖；

5、構(gòu)造反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型，對所述原始信號進行稀疏表示；

6、基于所述短時能量圖，確定所述反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型的正則化參數(shù)和反正切函數(shù)的乘法因子；

7、基于所述反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型對所述原始信號的稀疏表示進行優(yōu)化求解；

8、根據(jù)求解結(jié)果獲得降噪信號。

9、在第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述構(gòu)造反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型，對所述原始信號進行稀疏表示，包括：

10、確定二階差分矩陣，根據(jù)所述二階差分矩陣確定二階變分矩陣；

11、引入重疊群稀疏變分以及反正切函數(shù)項作為懲罰項，構(gòu)建目標函數(shù)模型。

12、基于第一方面的第一種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式中，通過如下公式計算短時能量：

13、

14、式中，en為信號的短時能量，n為加窗長度，xi為加窗長度n內(nèi)的信號采樣值；

15、所述原始信號表示為：

16、y＝x+h，

17、式中，x為有用信號；h為背景噪聲；

18、所述二階差分矩陣為：

19、

20、目標函數(shù)為：

21、

22、式中，λ為正則化參數(shù)，k為所述原始信號中幅值點的個數(shù)，

23、φ(||[d2x]n,k‖2；a)為懲罰項，a為反正切函數(shù)的乘法因子；

24、反正切函數(shù)為：

25、

26、式中，ν為所述原始信號經(jīng)過重疊群稀疏變分處理后各幅值點的值。

27、基于第一方面的第二種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式中，基于反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型對原始信號的稀疏表示進行優(yōu)化求解，包括：

28、基于優(yōu)化-最小化算法構(gòu)建優(yōu)化函數(shù)，并通過迭代更新的方式逐步逼近最優(yōu)解；

29、通過如下公式構(gòu)建所述優(yōu)化函數(shù)：

30、

31、展開為：

32、

33、其中，

34、轉(zhuǎn)化為線性代數(shù)的形式為:

35、

36、同時利用矩陣求逆定理進行變換，從而求得降噪后的信號表示：

37、

38、基于第一方面的第三種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式中，所述聲信號處理方法還包括：

39、根據(jù)迭代停止條件判斷是否為最優(yōu)稀疏表示，若是，則根據(jù)所述最優(yōu)稀疏表示獲得降噪信號，若否，則繼續(xù)迭代更新。

40、基于第一方面的第四種可能的實現(xiàn)方式，在第一方面的第五種可能的實現(xiàn)方式中，所述迭代停止條件為預(yù)設(shè)的迭代次數(shù)。

41、第二方面，提供一種聲信號處理系統(tǒng)，包括：

42、短時能量模塊，用于獲取原始信號，基于短時能量法計算所述原始信號的短時能量值，根據(jù)所述短時能量值獲得短時能量圖；

43、反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模塊，用于構(gòu)造反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型，對所述原始信號進行稀疏表示；

44、參數(shù)確定模塊，用于基于所述短時能量圖，確定所述反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型的正則化參數(shù)和反正切函數(shù)的乘法因子；

45、降噪模塊，用于基于所述反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型對所述原始信號的稀疏表示進行優(yōu)化求解；

46、根據(jù)求解結(jié)果獲得降噪信號。

47、在第二方面的第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模塊，具體用于：

48、確定二階差分矩陣，根據(jù)所述二階差分矩陣確定二階變分矩陣；

49、引入重疊群稀疏變分以及反正切函數(shù)項作為懲罰項，構(gòu)建目標函數(shù)模型。

50、第三方面，提供一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如第一方面所述聲信號處理方法的步驟。

51、第四方面，提供一種可讀存儲介質(zhì)，所述可讀存儲介質(zhì)上存儲有程序或指令，所述程序或指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如第一方面所述聲信號處理方法的步驟。

52、本申請對目標數(shù)據(jù)進行短時能量分析，實現(xiàn)有用信號和背景噪聲的區(qū)分；基于短時能量圖的有用信號和背景噪聲的識別，通過運用反正切函數(shù)重疊群稀疏變分方法處理目標信號，結(jié)合恰當?shù)膮?shù)選擇，可以有效削弱背景噪聲對目標信號質(zhì)量的影響，從而提高目標聲信號信噪比。本申請優(yōu)勢在于通過考慮有用信號以及背景噪聲的短時能量值不同，將短時能量方法和反正切函數(shù)重疊群稀疏變分方法相結(jié)合，解決了反正切函數(shù)重疊群稀疏變分方法降噪時，過正則化導致有用信息無法有效保留的問題，削弱了背景噪聲對目標信號質(zhì)量的影響，提高了目標信號的信噪比。

技術(shù)特征：

1.一種聲信號處理方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲信號處理方法，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲信號處理方法，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲信號處理方法，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聲信號處理方法，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲信號處理方法，其特征在于，

7.一種聲信號處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲信號處理系統(tǒng)，其特征在于，

9.一種電子設(shè)備，其特征在于，所述電子設(shè)備包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項所述聲信號處理方法的步驟。

10.一種可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，所述可讀存儲介質(zhì)上存儲有程序或指令，所述程序或指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項所述聲信號處理方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種聲信號處理方法，包括：獲取原始信號，基于短時能量法計算其短時能量值，獲得短時能量圖；構(gòu)造反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型，對原始信號進行稀疏表示；基于短時能量圖，確定反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型的正則化參數(shù)和反正切函數(shù)的乘法因子；基于反正切函數(shù)重疊群稀疏變分模型對原始信號的稀疏表示進行優(yōu)化求解；根據(jù)求解結(jié)果獲得降噪信號。本申請通過考慮有用信號以及背景噪聲的短時能量值不同，將短時能量方法和反正切函數(shù)重疊群稀疏變分方法相結(jié)合，解決了反正切函數(shù)重疊群稀疏變分方法降噪時，過正則化導致有用信息無法有效保留的問題，削弱了背景噪聲對目標信號質(zhì)量的影響，提高了目標信號的信噪比。

技術(shù)研發(fā)人員：張家瑋,周瑜,王顯云,趙思博,竇姍姍,孟東,白春雨
受保護的技術(shù)使用者：電視電聲研究所（中國電子科技集團公司第三研究所）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23