[發(fā)明專利]一種基于BP網(wǎng)絡(luò)的噪聲分類方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910960086.5
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110827844B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張濤;耿彥章;邵洋洋
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G10L21/0208
• 分類號: G10L21/0208;G10L21/0216;G10L25/24;G10L25/27;G10L25/30
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種基于BP網(wǎng)絡(luò)的噪聲分類方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)對輸入的噪聲信號進(jìn)行預(yù)處理，包括分幀以及加窗處理；

2)對預(yù)處理后的每一幀噪聲信號分別進(jìn)行傅里葉變換得到噪聲信號功率譜；

3)利用所述的每一幀噪聲信號的功率譜分別計(jì)算每一幀噪聲信號的梅爾頻率倒譜系數(shù)及梅爾頻率倒譜系數(shù)的一階差分；

4)計(jì)算每一幀噪聲信號的伽瑪通頻率倒譜系數(shù)；

5)將每一幀噪聲信號的梅爾頻率倒譜系數(shù)、梅爾頻率倒譜系數(shù)的一階差分和伽瑪通頻率倒譜系數(shù)組合作為該幀噪聲信號的聯(lián)合特征，將全部幀噪聲信號的聯(lián)合特征中的一部分作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，另一部分作為測試數(shù)據(jù)；

6)訓(xùn)練一級BP網(wǎng)絡(luò)；

7)訓(xùn)練二級BP網(wǎng)絡(luò)；所述的訓(xùn)練二級BP網(wǎng)絡(luò)，是將經(jīng)一級BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到的每一大類中的每一幀噪聲信號的梅爾頻率倒譜系數(shù)、梅爾頻率倒譜系數(shù)的一階差分和伽瑪通頻率倒譜系數(shù)進(jìn)行組合輸入到相應(yīng)類別的二級BP網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，經(jīng)二級BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后得到每一大類中的每一幀噪聲信號的識別結(jié)果，并保存已訓(xùn)練好的二級BP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重；

8)將一級BP網(wǎng)絡(luò)和二級BP網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合進(jìn)行測試，得到最終的噪聲信號分類結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP網(wǎng)絡(luò)的噪聲分類方法，其特征在于，步驟2)是采用如下公式對每一幀噪聲信號進(jìn)行傅里葉變換：

X(i,k)＝FFT[x_i(n)]

其中，X(i,k)是第i幀信號在第k條譜線處的功率譜，F(xiàn)FT表示傅里葉變換，x_i(n)表示第i幀信號，n表示序列索引號。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP網(wǎng)絡(luò)的噪聲分類方法，其特征在于，步驟3)包括：

(3.1)對每一幀噪聲信號的功率譜計(jì)算譜線能量：

E(i,k)＝[X(i,k)]²

其中，E(i,k)表示第i幀數(shù)據(jù)在第k條譜線的譜線能量；X(i,k)是第i幀信號在第k條譜線處的功率譜；

(3.2)計(jì)算每一幀噪聲信號通過梅爾濾波器的能量

其中，S(i,m)表示第i幀信號通過第m個(gè)梅爾濾波器的能量，M是梅爾濾波器的總數(shù)，H_m(k)表示第m個(gè)梅爾濾波器在第k條譜線處的頻域響應(yīng)，N是譜線的總數(shù)；

(3.3)計(jì)算梅爾頻率倒譜系數(shù)：

其中，mfcc(i,k)為第i幀噪聲信號在第k條譜線處的梅爾頻率倒譜系數(shù)；

(3.4)計(jì)算梅爾頻率倒譜系數(shù)的一階差分：

Vmfcc(i,k)＝2mfcc(i-2,k)-mfcc(i-1,k)+mfcc(i+1,k)+2mfcc(i+2,k)

其中，Vmfcc(i,k)表示第i幀信號在第k條譜線處的梅爾頻率倒譜系數(shù)的一階差分，mfcc(i-2,k)、mfcc(i-1,k)、mfcc(i+1,k)和mfcc(i+2,k)分別表示第i-2幀信號、i-1幀信號、i+1幀信號和i+2幀信號在第k條譜線處的梅爾頻率倒譜系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP網(wǎng)絡(luò)的噪聲分類方法，其特征在于，步驟4)包括：

(4.1)通過所得到的譜線能量，計(jì)算通過伽瑪通濾波器的能量：

其中，R(i,p)表示第i幀噪聲信號通過第p個(gè)伽瑪通濾波器的能量，P是伽瑪通濾波器的總數(shù)，H_p(k)表示第p個(gè)伽瑪通濾波器在第k條譜線的頻域響應(yīng)，N是譜線的總數(shù)，e(f)表示指數(shù)壓縮值；E(i,k)表示第i幀數(shù)據(jù)在第k條譜線的譜線能量；

(4.2)計(jì)算伽瑪通頻率倒譜系數(shù)：

其中，gfcc(i,k)表示第i幀信號在第k條譜線處的伽瑪通頻率倒譜系數(shù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP網(wǎng)絡(luò)的噪聲分類方法，其特征在于，步驟6)所述的訓(xùn)練一級BP網(wǎng)絡(luò)，是將所述的訓(xùn)練數(shù)據(jù)輸入到一級BP網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，經(jīng)一級BP網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后得到每一幀噪聲信號所屬的大類類別，并保存已訓(xùn)練好的一級BP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于BP網(wǎng)絡(luò)的噪聲分類方法，其特征在于，步驟8)是根據(jù)保存的一級BP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重和二級BP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)權(quán)重，將所述的測試數(shù)據(jù)輸入到由一級BP網(wǎng)絡(luò)和二級BP網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)構(gòu)成的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行測試，得到對測試數(shù)據(jù)中每一幀噪聲信號的識別結(jié)果。