本發(fā)明屬于行車安全領域，具體提供一種基于噪聲的車輛安全預警方法和系統(tǒng)。
背景技術：
隨著汽車數(shù)量的不斷增多，隨之而來的交通事故也越來越多。據(jù)統(tǒng)計已發(fā)生的交通事故大多數(shù)都可以通過正確的處理方式避免。但是，在行車過程中由于駕駛員的專注力并非始終集中于前方路面，一旦前方發(fā)生緊急情況(如正前方車輛急剎車)尤其是在汽車高速行駛時，駕駛員往往來不及反應就已經(jīng)和前方車輛發(fā)生碰撞。因此，早期預警對于交通事故的避免至關重要。
為了避免交通事故的發(fā)生，目前通常采用的措施是在汽車上設置防碰撞系統(tǒng)，當距離傳感器感應到即將與前方車輛發(fā)生碰撞時，防碰撞系統(tǒng)會控制制動器對汽車進行緊急剎車。但是，這種方式尤其是在汽車高速行駛時通常會給汽車駕乘人員帶來較大的傷害，使駕乘人員極度不適。
相應地，本領域需要一種行車安全早期預警方法來解決上述問題。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術中的上述問題，即為了解決因駕駛員注意力不集中遇到突發(fā)情況來不及反應而導致交通事故發(fā)生和現(xiàn)有汽車防碰撞系統(tǒng)對汽車緊急制動時給駕乘人員造成身體不適的問題，本發(fā)明提供了一種基于噪聲的車輛安全預警方法，該方法包括以下步驟：采集車輛前方的噪聲信號；獲取所述噪聲信號的信號特征；以及根據(jù)所述信號特征判斷前方是否有車輛急剎車。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述“采集車輛前方的噪聲信號”的步驟進一步包括：通過傳聲器采集車輛正前方的噪聲信號。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述傳聲器是指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列設置在所述車輛的頭部。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述信號特征包括頻譜特征向量和音量，所述“獲取所述噪聲信號的信號特征”的步驟進一步包括：獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量和獲取所述噪聲信號的音量。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述“獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量”的步驟進一步包括：對所述噪聲信號執(zhí)行梅爾倒譜系數(shù)計算和歸一化計算；以及根據(jù)計算結果獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述車輛安全預警方法還包括：在根據(jù)所述信號特征判斷前方是否有車輛急剎車之前，獲取車輛急剎車的頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述“根據(jù)所述信號特征判斷前方是否有車輛急剎車”的步驟進一步包括：
當所述噪聲信號的頻譜特征向量與所述頻譜特征向量經(jīng)驗值相匹配并且所述噪聲信號的音量達到或超過所述音量閾值時，判定前方有車輛急剎車。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述車輛安全預警方法還包括：當判定前方有車輛急剎車時，向駕駛員發(fā)出預警，并且/或者生成使車輛制動的制動信號。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)，該車輛安全預警系統(tǒng)包括：噪聲采集單元，其用于采集車輛前方的噪聲信號；和控制單元，其能夠提取所述噪聲采集單元采集到的噪聲信號的信號特征并根據(jù)所述信號特征判斷前方是否有車輛急剎車。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述噪聲采集單元包括指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列設置在所述車輛的頭部。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述信號特征包括頻譜特征向量和音量，所述控制單元能夠獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量和音量。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述控制單元能夠對所述噪聲信號執(zhí)行梅爾倒譜系數(shù)計算和歸一化計算，并且能夠根據(jù)計算結果獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述車輛安全預警系統(tǒng)還包括存儲單元，所述存儲單元中存儲有頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述控制單元能夠將所述噪聲信號的頻譜特征向量與所述頻譜特征向量經(jīng)驗值進行比較以及將所述噪聲信號的音量與所述音量閾值進行比較，并且能夠在所述噪聲信號的頻譜特征向量與所述頻譜特征向量經(jīng)驗值相匹配并且所述噪聲信號的音量達到或超過所述音量閾值時，判定前方有車輛急剎車。
在上述方法的優(yōu)選技術方案中，所述車輛安全預警系統(tǒng)還包括預警單元，當所述控制單元判定前方有車輛急剎車時，所述預警單元向駕駛員發(fā)出預警，并且/或者所述控制單元控制車輛采取制動措施。
在本發(fā)明的優(yōu)選技術方案中，通過安裝在車輛頭部的指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列來采集車輛前方的噪聲信號，通過梅爾倒譜系數(shù)計算和歸一化計算獲得該噪聲的頻譜特征向量，同時計算出該噪聲的音量，根據(jù)該噪聲的頻譜特征向量判斷該聲源是否為剎車聲信號，在該聲源是剎車聲信號的情況下，進一步判斷音量是否達到或超過音量閾值，進而判斷前方是否有車輛急剎車，根據(jù)判斷結果確定是否向駕駛員發(fā)出預警。具體地，當前方有車輛急剎車時，通過車內警示燈、車內語音或者揚聲器播放急剎車聲音等方式提醒駕駛員。本領域技術人員能夠理解的是，本發(fā)明的方法能夠在前方發(fā)生狀況的第一時間向駕駛員發(fā)出預警，從而避免因駕駛員注意力不集中而導致發(fā)生交通事故，同時也不會產(chǎn)生現(xiàn)有防碰撞系統(tǒng)因緊急制動給駕乘人員帶來的沖擊。換句話說，通過本發(fā)明的方法能夠在前方有車輛剎車時及時提醒駕駛員，尤其是在駕駛員疲勞駕駛和開車分神時，使駕駛員執(zhí)行剎車減速或制動停車的操作，有效地避免了因駕駛員反應不及時而導致發(fā)生交通事故的危險。
方案1、一種基于噪聲的車輛安全預警方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
采集車輛前方的噪聲信號；
獲取所述噪聲信號的信號特征；以及
根據(jù)所述信號特征判斷前方是否有車輛急剎車。
方案2、根據(jù)方案1所述的基于噪聲的車輛安全預警方法，其特征在于，所述“采集車輛前方的噪聲信號”的步驟進一步包括：
通過傳聲器采集車輛正前方的噪聲信號。
方案3、根據(jù)方案2所述的基于噪聲的車輛安全預警方法，其特征在于，所述傳聲器是指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列。
方案4、根據(jù)方案3所述的基于噪聲的車輛安全預警方法，其特征在于，所述指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列設置在所述車輛的頭部。
方案5、根據(jù)方案1所述的基于噪聲的車輛安全預警方法，其特征在于，所述信號特征包括頻譜特征向量和音量，
所述“獲取所述噪聲信號的信號特征”的步驟進一步包括：獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量和獲取所述噪聲信號的音量。
方案6、根據(jù)方案5所述的基于噪聲的車輛安全預警方法，其特征在于，所述“獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量”的步驟進一步包括：
對所述噪聲信號執(zhí)行梅爾倒譜系數(shù)計算和歸一化計算；以及
根據(jù)計算結果獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量。
方案7、根據(jù)方案6所述的基于噪聲的車輛安全預警方法，其特征在于，所述車輛安全預警方法還包括：在根據(jù)所述信號特征判斷前方是否有車輛急剎車之前，獲取車輛急剎車的頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值。
方案8、根據(jù)方案7所述的基于噪聲的車輛安全預警方法，其特征在于，所述“根據(jù)所述信號特征判斷前方是否有車輛急剎車”的步驟進一步包括：
當所述噪聲信號的頻譜特征向量與所述頻譜特征向量經(jīng)驗值相匹配并且所述噪聲信號的音量達到或超過所述音量閾值時，判定前方有車輛急剎車。
方案9、根據(jù)方案1至8中任一項所述的基于噪聲的車輛安全預警方法，其特征在于，所述車輛安全預警方法還包括：
當判定前方有車輛急剎車時，向駕駛員發(fā)出預警，并且/或者生成使車輛制動的制動信號。
方案10、一種基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)，其特征在于，所述車輛安全預警系統(tǒng)包括：
噪聲采集單元，其用于采集車輛前方的噪聲信號；和
控制單元，其能夠提取所述噪聲采集單元采集到的噪聲信號的信號特征并根據(jù)所述信號特征判斷前方是否有車輛急剎車。
方案11、根據(jù)方案10所述的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)，其特征在于，所述噪聲采集單元包括指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列。
方案12、根據(jù)方案11所述的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)，其特征在于，所述指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列設置在所述車輛的頭部。
方案13、根據(jù)方案10所述的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)，其特征在于，所述信號特征包括頻譜特征向量和音量，所述控制單元能夠獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量和音量。
方案14、根據(jù)方案13所述的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元能夠對所述噪聲信號執(zhí)行梅爾倒譜系數(shù)計算和歸一化計算，并且能夠根據(jù)計算結果獲取所述噪聲信號的頻譜特征向量。
方案15、根據(jù)方案14所述的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)，其特征在于，所述車輛安全預警系統(tǒng)還包括存儲單元，所述存儲單元中存儲有頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值。
方案16、根據(jù)方案15所述的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元能夠將所述噪聲信號的頻譜特征向量與所述頻譜特征向量經(jīng)驗值進行比較以及將所述噪聲信號的音量與所述音量閾值進行比較，并且能夠在所述噪聲信號的頻譜特征向量與所述頻譜特征向量經(jīng)驗值相匹配并且所述噪聲信號的音量達到或超過所述音量閾值時，判定前方有車輛急剎車。
方案17、根據(jù)方案10至16中任一項所述的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)，其特征在于，所述車輛安全預警系統(tǒng)還包括預警單元，當所述控制單元判定前方有車輛急剎車時，所述預警單元向駕駛員發(fā)出預警，并且/或者所述控制單元控制車輛采取制動措施。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的基于噪聲的車輛安全預警方法的步驟流程圖。
具體實施方式
下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術原理，并非用于限制本發(fā)明的保護范圍。本領域技術人員可以根據(jù)需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。需要說明的是，在本發(fā)明的實施方案中，所述車輛可以是任何類型的車輛，包括但不限于傳統(tǒng)燃油汽車和新能源電動汽車。
本發(fā)明的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)包括依次連接的噪聲采集單元、控制單元和預警單元，本發(fā)明的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)還包括與控制單元相連接的存儲單元，其中，噪聲采集單元用于采集車輛前方的噪聲信號，預警單元用于向駕駛員發(fā)出預警，存儲單元用于存儲頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值；控制單元用于將噪聲采集單元采集的噪聲信號與存儲單元存儲的頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值進行匹配，并且用于控制預警單元向駕駛員發(fā)出預警。進一步，本發(fā)明的基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)(尤其是控制單元和存儲單元)優(yōu)選地通過汽車head unit(汽車中控裝置)來實現(xiàn)，或者本領域技術人員還可以根據(jù)需要通過任何合適的車載模塊來實現(xiàn)該系統(tǒng)。并且，該控制單元和存儲單元可以采用任何合適的物理形式，在這方面作出的改變都不偏離本發(fā)明的基本原理，因此都將落入本發(fā)明的保護范圍之內。
如圖1所示，本發(fā)明的基于噪聲的車輛安全預警方法主要包括：步驟S100，采集車輛前方的噪聲信號；步驟S200，獲取所述噪聲信號的信號特征；可選的步驟S300，通過反復試驗來獲取車輛急剎車的頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值；步驟S400，根據(jù)所述信號特征判斷前方是否有車輛急剎車。
具體地，在步驟S100中，可以通過設置在車輛頭部的噪聲采集單元(例如指向性傳聲器或傳聲器陣列)持續(xù)地采集車輛正前方的噪聲信號。需要說明的是，此處可以采用能夠采集車輛前方噪聲信號的任何類型的聲音傳感器來執(zhí)行噪聲信號采集工作，而不是僅僅局限于傳聲器，并且該指向性傳聲器具體是指能夠接受車輛正前方的噪聲信號并能夠盡量排除車輛其他方位上噪聲信號干擾的傳聲器，例如強指向傳聲器。總而言之，本發(fā)明的保護范圍不局限于噪聲信號采集裝置的具體類型，只要能夠采集車輛正前方的噪聲信號，該采集裝置可以采用任何適當?shù)男问?，并且可以安裝在車輛上任何適當?shù)奈恢谩?/p>
進一步，在滿足噪聲信號能夠被準確采集的情況下，設置在車輛頭部的指向性傳聲器可以是一個，也可以是成一定規(guī)則布置的多個(即指向性傳聲器陣列)，以便通過該指向性傳聲器陣列能夠提高采集到的噪聲信號的準確度和完整度，為后續(xù)噪聲處理的工作提供可靠的依據(jù)。本領域技術人員能夠理解的是，盡管本發(fā)明是以指向性傳聲器為例對車輛前方的噪聲信號進行采集的，但是很明顯，除了指向性傳聲器外，還可以通過無指向傳聲器來采集噪聲信號，然后根據(jù)采集到的噪聲的頻率、長短、振幅等特征來篩選出來自車輛正前方的噪聲信號。
具體地，在步驟S200中，將步驟S100中指向性傳聲器采集到的噪聲信號通過梅爾倒譜系數(shù)計算和歸一化計算來獲得頻譜特征向量，同時計算出該噪聲信號的音量。需要說明的是，通過頻率倒譜能夠獲得噪聲的頻率；而梅爾頻率倒譜相對于普通的對數(shù)倒譜中的線性間隔的頻帶更能近似人類的聽覺系統(tǒng)，因此這種頻率彎曲可以更好地表示聲音；進一步，梅爾倒譜系數(shù)則為組成梅爾頻率倒譜的系數(shù)。還需要說明的是，歸一化計算用于將梅爾倒譜計算中用到的一系列濾波器進行歸一化處理。梅爾倒譜系數(shù)計算和歸一化計算本身是本領域技術人員常用且能夠理解的手段，所以在此不作詳細說明。除此之外還需要說明的是，這里的音量是指采集到的噪聲的能量，具體公式可以表現(xiàn)為：
其中，xi為采集的音頻PCM數(shù)據(jù)，E為音量結果，N為一幀音頻數(shù)據(jù)的采樣個數(shù)。
進一步，上述運算可以在控制單元內完成，或者本領域技術人員可根據(jù)需要設置與控制單元相連接的處理單元，用于處理上述運算。當所述運算在控制單元內完成時，控制單元可以包括相應的處理模塊。
具體地，在可選的步驟S300中，可以選取目前市場上所有常用的汽車剎車裝置進行急剎車試驗，然后對每個汽車剎車裝置分別進行急剎車試驗。更具體地，分別對每個汽車剎車裝置進行急剎車的剎車音測試，并按依次遠離的順序分別對每個汽車剎車裝置的剎車音進行數(shù)據(jù)采集，記錄測試結果，對該測試結果通過梅爾倒譜系數(shù)的方法進行計算分析，然后根據(jù)計算分析結果設定急剎車的頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值。此外，本領域技術人員也可以根據(jù)需要通過其他任何形式獲得急剎車音的頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值，只要該頻譜特征向量經(jīng)驗值和音量閾值能夠盡可能準確地區(qū)分普通力度的剎車和急剎車即可。
具體地，在步驟S400中，當由步驟S200獲得的噪聲信號的頻譜特征向量與由步驟S300獲得的頻譜特征向量經(jīng)驗值相匹配(即，相似度滿足設定值，例如相似度為85％)時，且由步驟S200獲得的噪聲信號的音量達到或超過由步驟S300獲得的音量閾值時，判定前方有車輛急剎車。本領域技術人員能夠理解是，保證頻譜特征向量與頻譜特征向量經(jīng)驗值滿足設定的相似度的同時，保證音量也達到或超過音量閾值時才能判定前方有車輛急剎車，能夠有效地提高判定結果的準確性。本領域技術人員能夠的是，采集的頻譜特征向量與頻譜特征向量經(jīng)驗值相似度的設定值不僅限于85％，根據(jù)應用環(huán)境不同，該設定值的大小還可以采用其它值，例如80％，只要能夠準確地區(qū)分剎車噪聲與其他噪聲即可。
最后，在一個可選的步驟中，根據(jù)步驟S400中對前方是否有車輛急剎車的判定結果，通過預警單元(例如車內警示燈和/或車內揚聲器)提醒駕駛員做出相應的動作，并且/或者同時通過控制單元命令車輛制動器進行制動。具體地，當前方有車輛進行急剎車時，可通過但不限于點亮車內警示燈、車內語音播放警示音或車內揚聲器播放急剎車聲音的方式來提醒駕駛員，以便駕駛員能夠反應過來并操縱汽車，例如減速剎車、靠邊停車。當前方?jīng)]有車輛急剎車時，不對駕駛員作任何提醒。本領域技術人員能夠理解的是，當前方有車輛進行急剎車時提醒駕駛員的目的在于，使駕駛員將注意力集中到或重新回到車輛行駛的前方路面上，防止駕駛員因疲勞駕駛或開車分神來不及反應而引發(fā)交通事故。進一步，除了上述提醒駕駛員的方式外，還可以通過其他裝置或其他方式來提醒駕駛員，例如，正常行車時駕駛員能夠始終觸碰到的座椅振動器、能夠吹拂駕駛員的噴氣裝置等。
本領域技術人員容易理解的是，基于噪聲的車輛安全預警系統(tǒng)優(yōu)選地在車輛啟動時自動開啟，或者本領域技術人員也可以根據(jù)需要將其設置成由人工手動開啟。此外，可以在該提醒系統(tǒng)中設置相應的程序，使得當駕駛員主動對車輛進行緊急剎車時，該提醒系統(tǒng)不會發(fā)出提醒。
綜上所述，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，通過安裝在車輛頭部的指向性傳聲器或指向性傳聲器陣列來采集車輛前方的噪聲信號，并通過梅爾倒譜系數(shù)計算和歸一化計算獲得該噪聲的頻譜特征向量，同時計算噪聲信號的音量，根據(jù)該噪聲的頻譜特征向量是否與頻譜特征向量經(jīng)驗值相匹配，以及該噪聲的音量是否達到或超過音量閾值，進而判斷前方是否有車輛急剎車，根據(jù)判斷結果確定是否向駕駛員發(fā)出預警。通過本發(fā)明的方法能夠在前方有車輛剎車時及時提醒駕駛員，尤其是在駕駛員疲勞駕駛和開車分神時，使駕駛員執(zhí)行剎車減速或制動停車的操作，有效地避免了因駕駛員反應不及時而導致發(fā)生交通事故的危險。
至此，已經(jīng)結合附圖所示的優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發(fā)明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發(fā)明的保護范圍之內。