[發明專利]基于瞬時頻率的帶靜默間斷信號的端點識別方法及應用

有效

• 申請號: 202010006727.6
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111081274B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 唐懷玉;楊龍;仵建星;李宸祎;陳健
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學;中國電波傳播研究所(中國電子科技集團公司第二十二研究所)
• 主分類號: G10L25/18
• 分類號: G10L25/18;G10L25/87
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發明屬于數字信號處理技術領域，公開了一種基于瞬時頻率的帶靜默間斷信號的端點識別方法及應用，輸入待端點識別的帶靜默間斷信號，要求輸入信號為雙通道數字信號，若為單路信號，利用希爾伯特變換得到另外一路信號；進行兩通道功率平衡，確保后續求得的瞬時頻率的準確性；利用瞬時相位得到帶靜默間斷信號的瞬時頻率差分量；根據有用信號和靜默在瞬時頻率差分量的值域上分布的區別完成帶靜默間斷信號的端點識別，截取有用信號。本發明可有效提高低信噪比或功率時變的帶靜默間斷信號端點識別的準確性，為后續信號處理提供條件，可以用于帶靜默間斷信號接收機系統。

技術領域

本發明屬于數字信號處理技術領域，尤其涉及一種基于瞬時頻率的帶靜默間斷信號的端點識別方法及應用。

背景技術

帶靜默間斷信號是指存在靜默時段的一種常見信號形式，在信號的靜默時段不包含有用信息，信號內容為背景白噪聲，而在有用信號時段則是有用信號與背景白噪聲的疊加信號。在信號接收機系統中常常需要將間斷信號的有用信號時間截取出來再進行下一步信號處理，因為截取后的信號相比原來的帶靜默間斷信號的數據量大幅下降，因此處理復雜度和時間也將大幅下降，并且有些制式的信號在有用信號段時長、靜默時長等方面存在固定特征，利用端點識別技術可以提取到這些時長特征，進而以此作為信號識別的依據，因此帶靜默間斷信號的端點識別技術是數字信號處理中一個重要研究領域。

目前，在帶靜默間斷信號端點識別領域已取得了一定的論文及專利等相關成果。2008年，科大訊飛公司提出《一種應用于語音識別系統的端點檢測方法》，采用能量雙門限與模型分類器判決相結合的方式，即檢測-驗證策略進行語音信號端點檢測，在檢測階段，采用能量雙門限算法進行能量初判；在驗證階段，先采用段過零率判決，然后再使用模型分類器進一步的驗證。2008年，武漢理工大學的肖宜提出《語音識別中雙門限端點檢測算法的研究》采用短時能量和短時過零率相結合的方法，利用短時能量和短時過零兩個門限來確定語音信號的起點和終點。這些成果基本都是基于信號瞬時功率或幅度作為判別特征進行端點識別的，當信號的信噪條件較好時，基于信號瞬時功率或幅度的技術方案可以很好地完成信號端點識別，然而當信號的信噪條件比較差或者伴有復雜噪聲時，基于信號瞬時功率或幅度的方案的性能便會急劇下降，因為此時噪聲的功率增大，在時域上噪聲幅度與有用信號的幅度相當，從幅度上難以區別靜默和有用信號，不能實現精確的端點識別。而且當信號的功率隨時間變化時，基于信號瞬時功率或幅度的方案難以設定適當的判決門限，將功率不同的各段有用信號全部識別出來，常會出現漏檢現象，只能識別出部分有用信號。

另一方面瞬時頻率分析是數字信號處理中的常用方法，不同于傳統的頻譜分析，只能分析整個信號在整個頻譜上的分布情況，瞬時頻率可以顯示信號在每一個時刻的角頻率。信號的瞬時頻率只與其頻率分布有關，而與信號的瞬時功率大小無關。因此，對于功率大小相當的噪聲和有用信號，基于瞬時功率的端點識別方法很難將它們區分出來，但是噪聲和有用信號的頻譜分布是不同的，瞬時頻率也是不同的，然而現有端點識別技術并未有效利用信號的瞬時頻率特征。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

(1)當信號的信噪比較低時，現有端點識別技術的識別精度很低。

(2)當信號的功率隨時間變化時，現有端點識別技術會出現漏檢現象，識別性能下降。

(3)現有端點識別技術沒有有效利用有用信號與噪聲在瞬時頻率上的分布差異。

解決上述技術問題的難度：本發明提出的基于瞬時頻率的帶靜默間斷信號的端點識別方法相比現有的端點識別技術，不是從信號的瞬時能量域著手，而是從信號的瞬時頻率域入手，根據信號在瞬時頻率域上的分布特征來實現有用信號的起止點識別，技術實現的計算復雜度相對更大，需要設計一個快速準確的求解信號瞬時頻率的算法，同時為了區別有用信號與噪聲，需要基于二者在瞬時頻率域上的區別設計一個合理的判決門限，這是實現精確端點識別的關鍵。