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      一種音頻比對(duì)系統(tǒng)及其音頻能量比對(duì)方法

      文檔序號(hào):2832110閱讀:700來(lái)源:國(guó)知局

      專(zhuān)利名稱(chēng)::一種音頻比對(duì)系統(tǒng)及其音頻能量比對(duì)方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      :本發(fā)明涉及語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域,尤指一種音頻識(shí)別系統(tǒng)及其音頻比對(duì)方法。
      背景技術(shù)
      :傳統(tǒng)的語(yǔ)音識(shí)別是從語(yǔ)音中識(shí)別一段特定內(nèi)容并根據(jù)內(nèi)容產(chǎn)生其它相關(guān)應(yīng)用。現(xiàn)有的音頻比對(duì)技術(shù)都是基于梅爾倒頻i普系數(shù)(MelFrequencyCepstrumCoefficient,MFCC)算法,通過(guò)MFCC算法提耳又音頻特征參數(shù),再根據(jù)音頻特征參數(shù)的歐氏距離來(lái)判定音頻的相似性,而實(shí)際使用中表明這樣的方法在音頻質(zhì)量較高情況下可正常工作,但在噪聲較大、干擾較大的場(chǎng)合有一定的誤報(bào)現(xiàn)象,對(duì)于音頻內(nèi)容為音樂(lè)的情況,誤報(bào)尤為頻繁。在實(shí)際的應(yīng)用中,比對(duì)的應(yīng)用通常是對(duì)通過(guò)不同的信號(hào)接收方法得到的相同節(jié)目進(jìn)行比對(duì),例如衛(wèi)星節(jié)目與空收節(jié)目的比對(duì),而不同的信號(hào)接收方法必然導(dǎo)致兩路音頻內(nèi)容存在一定差異,空收的內(nèi)容因外界因素干擾也與源內(nèi)容存在差異,MFCC算法是根據(jù)人耳的聽(tīng)覺(jué)特性提取音頻特征參數(shù),因此音頻內(nèi)容的差異會(huì)導(dǎo)致算法產(chǎn)生誤4艮。
      發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題,本發(fā)明的目的之一在于提供一種受外界干擾小、能夠準(zhǔn)確識(shí)別音頻相似性的音頻比對(duì)系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種準(zhǔn)確識(shí)別音頻能量的比對(duì)方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的音頻比對(duì)系統(tǒng),包括音頻序列確定單元、音頻序列處理單元和音頻相似性判定單元;音頻幀、音頻序列確定單元用于確定需要比對(duì)的音頻序列的長(zhǎng)度,以及其中音頻幀的個(gè)數(shù);音頻序列處理單元用于處理需要比對(duì)的音頻序列的各個(gè)音頻幀的比值,根據(jù)比值的大小確定為正常音頻幀或者異常音頻幀,并根據(jù)正常音頻幀進(jìn)行平均值處理,得到待比對(duì)音頻幀能量的平均比值k值,根據(jù)音頻能量平均比值的區(qū)間,得到待比對(duì)音頻中音頻幀的比值在區(qū)間內(nèi)的個(gè)凄t;音頻相似性判定單元用于根據(jù)音頻序列處理單元得到的待比對(duì)音頻間能量比值在區(qū)間內(nèi)的個(gè)數(shù)與音頻幀總數(shù)的比值范圍來(lái)確定待比對(duì)音頻的相似性。進(jìn)一步,所述音頻序列處理單元中的音頻序列由多個(gè)音頻幀構(gòu)成,音頻幀為音頻上選取的N個(gè)取樣點(diǎn)集合,其涵蓋的時(shí)間為50-100ms。進(jìn)一步,所述N的值為512或1024。進(jìn)一步,所述相鄰音頻幀之間有一段重迭區(qū)域,該重迭區(qū)域包含了M個(gè)取j羊點(diǎn),且M為所述N值的一半。進(jìn)一步,所述音頻序列中的音頻幀個(gè)數(shù)為100-200個(gè)。進(jìn)一步,所述待比對(duì)音頻幀能量的平均值K小于10,則表明兩對(duì)比音頻幀為正常音頻幀,否則為異常音頻幀。上述音頻比對(duì)系統(tǒng)采用音頻能量比對(duì)方法,具體步驟為l)確定音頻幀、音頻序列乂人待比對(duì)音頻中選取N個(gè)耳又樣點(diǎn)組成對(duì)應(yīng)的音頻幀,并選:f又100-200個(gè)音頻幀構(gòu)成對(duì)應(yīng)的音頻序列;2)計(jì)算音頻幀的能量值得到每一個(gè)取樣點(diǎn)的能量值,根據(jù)音頻能量的對(duì)稱(chēng)特性,計(jì)算得出音頻幀的能量值;3)計(jì)算待比對(duì)音頻幀能量平均比值K值首先根據(jù)待比對(duì)音頻中每一對(duì)應(yīng)的音頻幀的能量比值將音頻幀分為正常音頻幀或異常音頻幀;其次通過(guò)對(duì)正常音頻幀求和和平均的值相比后得到待比對(duì)音頻能量的平均比值K值;4)計(jì)算待比對(duì)音頻中超過(guò)音頻能量平均比值K值的音頻幀個(gè)數(shù)K值的取值范圍為r,音頻能量的比值區(qū)間為(K-r,K+r),計(jì)算得出待比對(duì)音頻中對(duì)應(yīng)音頻幀能量之比在區(qū)間內(nèi)的個(gè)數(shù);5)判定待比對(duì)音頻的相似性根據(jù)步驟4)中得出在音頻能量比值區(qū)間內(nèi)的音頻幀個(gè)數(shù)與音頻幀總數(shù)的比值大小s來(lái)判定二路音頻的相似性。進(jìn)一步,所述取樣點(diǎn)的個(gè)ltN為512或1024。進(jìn)一步,步驟l)中選取的相鄰音頻幀之間有一段重迭區(qū)域,該區(qū)域包含了M個(gè)耳又樣點(diǎn),且M為所述N值的一半。進(jìn)一步,步驟2)中計(jì)算兩路音頻能量值時(shí)只需計(jì)算能量值為正值的采樣點(diǎn),將音頻幀包含的采樣點(diǎn)的能量值累加就得到音頻幀的能量值。進(jìn)一步,所述待比對(duì)音頻中對(duì)應(yīng)的音頻幀能量之比小于10,則表明是正常音頻幀,否則該音頻幀為異常音頻幀。進(jìn)一步,所述KK3,所述0.1〈s〈0.2。本發(fā)明的音頻比對(duì)系統(tǒng)是對(duì)待對(duì)比音頻整體分割出多個(gè)音頻幀,以音頻幀之間能量對(duì)比而得出對(duì)比音頻的相似度,此種對(duì)比方式受外界環(huán)境影響較小,即使在噪聲較大、干擾較大的環(huán)境下也不會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象。該音頻比對(duì)系統(tǒng)可以應(yīng)用在音頻傳輸上,在衛(wèi)星與衛(wèi)星間比對(duì),可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)比對(duì)衛(wèi)星的傳輸節(jié)目是否正常;另外音頻比對(duì)系統(tǒng)也可以進(jìn)行衛(wèi)星與AM/FM間進(jìn)行比對(duì),監(jiān)測(cè)在轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星信號(hào)時(shí)節(jié)目?jī)?nèi)容是否發(fā)生變化,實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或非法內(nèi)容的攻擊;同樣,該系統(tǒng)可以在光纖與AM/FM間進(jìn)行比對(duì),光纖信號(hào)是可靠的,因此可以以光纖信號(hào)為基準(zhǔn)來(lái)監(jiān)測(cè)其它信號(hào)源的合法性。圖1為音頻幀、音頻序列劃分方法的示意圖2為本發(fā)明音頻比對(duì)系統(tǒng)與中波臺(tái)信號(hào)源間的鏈路圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的音頻比對(duì)系統(tǒng),包括包括音頻序列確定單元、音頻序列處理單元和音頻相似性判定單元;音頻幀、音頻序列確定單元用于確定需要比對(duì)的音頻序列的長(zhǎng)度,以及其中音頻幀的個(gè)數(shù);音頻序列處理單元用于處理需要比對(duì)的音頻序列的各個(gè)音頻幀的比值,根據(jù)比值的大小確定為正常音頻幀或者異常音頻幀,并根據(jù)正常音頻幀進(jìn)行平均值處理,得到待比對(duì)音頻幀能量的平均比值k值,根據(jù)音頻能量平均比值的區(qū)間,得到待比對(duì)音頻中音頻幀的比值在區(qū)間內(nèi)的個(gè)數(shù);音頻相似性判定單元用于根據(jù)音頻序列處理單元得到的待比對(duì)音頻間能量比值在區(qū)間內(nèi)的個(gè)數(shù)與音頻幀總數(shù)的比值范圍來(lái)確定待比對(duì)音頻的相似性。該系統(tǒng)的具體工作步驟及原理如下1)音頻序列是比對(duì)的最小單位,音頻幀是計(jì)算音頻序列能量值的最小單位。先選取N個(gè)取樣點(diǎn)集合成一個(gè)觀(guān)測(cè)單位,稱(chēng)為音頻幀,通常N的值是512或1024,涵蓋的時(shí)間約為50100ms左右。為了避免相鄰兩個(gè)音頻幀的變化過(guò)大,所以?xún)蓚€(gè)相鄰音頻幀之間有一段重迭區(qū)域,此重迭區(qū)域包含了M個(gè)取樣點(diǎn),通常M的值約是N的一半。語(yǔ)音識(shí)別所用的音頻的取樣頻率為8KHz或16KHz,以8KHz來(lái)說(shuō),若音頻幀長(zhǎng)度為512個(gè)取樣點(diǎn),則對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度是512/8000*1000=64mso才艮據(jù)音頻幀確定音頻序列,通常音頻序列取>100-200個(gè)音頻幀,若每個(gè)音頻序列包含100個(gè)音頻幀,則對(duì)應(yīng)的音頻序列長(zhǎng)度為64*100=6400ms,具體劃分方法如圖1所示;2)計(jì)算音頻幀的能量值根據(jù)音頻能量對(duì)稱(chēng)的特性,計(jì)算兩路音頻能量值時(shí)只需計(jì)算能量值為正值的采樣點(diǎn),將音頻幀包含的采樣點(diǎn)的能量值累加就得到音頻幀的能量值;3)計(jì)算待比對(duì)音頻幀能量平均比值K值首先對(duì)音頻幀分類(lèi),計(jì)算兩路音頻序列的各個(gè)音頻幀的比值,分析音頻幀的能量比值,若小于10,表明是正常音頻幀,否則表明該幀為異常音頻幀,計(jì)算平均能量比值時(shí)不再對(duì)該幀的能量值進(jìn)行計(jì)算,這樣可以消除大的比值對(duì)K值的影響;其次計(jì)算K值,通過(guò)對(duì)正常音頻幀能量值求和平均計(jì)算得到兩路音頻的K值,先將正常音頻值的能量值進(jìn)行累加,再做平均值,得到兩路音頻的平均比值-K值;4)計(jì)算超過(guò)音頻能量K值的音頻幀個(gè)數(shù),設(shè)定K值的取值范圍,通常取為2,即音頻能量比值的區(qū)間為(K-2,K+2),計(jì)算兩路音頻比值在區(qū)間內(nèi)的個(gè)數(shù),得出的個(gè)數(shù)包括在步驟3)中得出的異常音頻幀;5)判定待比對(duì)音頻的相似性,根據(jù)步驟4)中得出個(gè)數(shù)與總音頻幀總數(shù)的比值來(lái)判定二路音頻的相似性,比值通常取為0.15,若小于0.15表明是兩路音頻相似,否則表明兩路音頻不相似。總體上,若兩路音頻內(nèi)容相同,則二者的整體趨勢(shì)相同、音頻幀能量比值在一個(gè)較小的區(qū)間內(nèi)波動(dòng),若比對(duì)的兩路音頻不相同,則比值沒(méi)有規(guī)律,且會(huì)出現(xiàn)比值較大的情況,因此該方法首先通過(guò)去除異常幀得到能量平均比值(K值),然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)大于K值正常區(qū)間內(nèi)的點(diǎn)數(shù)是判定二路音頻的相似性。需要指出的是K的取值范圍根據(jù)實(shí)際需要可以為1-3之間的任意數(shù)值,音頻相似性判斷處的音頻能量比值區(qū)間內(nèi)的音頻幀個(gè)數(shù)與音頻幀總數(shù)的比值大小可以根據(jù)需要在0.1-0.2之間任意選取。以下通過(guò)實(shí)際案例對(duì)本發(fā)明的音頻能量比對(duì)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試通過(guò)音頻錄制軟件錄制兩路音頻素材,下面分別稱(chēng)為源素材與目標(biāo)素材,素材長(zhǎng)度為l小時(shí),釆樣率為8K,內(nèi)容包含新聞、音樂(lè)和普通的談話(huà)類(lèi)節(jié)目。通過(guò)CoolEdit軟件對(duì)目標(biāo)素材進(jìn)行多種效果處理后,使用音頻能量比對(duì)法與源素材進(jìn)行比對(duì)。首先對(duì)音頻串臺(tái)、替換情況進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試項(xiàng)中包括對(duì)多種類(lèi)型的音頻內(nèi)容,以測(cè)試算法的適應(yīng)性,測(cè)試項(xiàng)內(nèi)容如"談話(huà)被音樂(lè)替換"表示源素材是談話(huà)類(lèi)節(jié)目,對(duì)應(yīng)的目標(biāo)素材內(nèi)容被替換為音樂(lè),"談話(huà)中串音樂(lè)"表示源素材是談話(huà)類(lèi)節(jié)目,對(duì)應(yīng)的目標(biāo)素材在源素材基礎(chǔ)上進(jìn)行音樂(lè)的串音處理,其它以此類(lèi)推。測(cè)試結(jié)果如下表1所示,音頻能量比對(duì)法準(zhǔn)確的對(duì)比對(duì)中的異常進(jìn)行了報(bào)警。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表l音頻串臺(tái)、替換測(cè)試表其次,對(duì)于不同節(jié)目,算法應(yīng)該一直報(bào)警,不應(yīng)該出現(xiàn)比對(duì)成功、比對(duì)失敗反反復(fù)復(fù)的情況,下面使用兩路完全不同的音頻素材進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表2所示,算法可以對(duì)兩路不同的音頻一直報(bào)警。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2不同節(jié)目的測(cè)試本發(fā)明的音頻能量比對(duì)系統(tǒng)及方法可以應(yīng)用在廣播傳輸上,以某中波臺(tái)為例說(shuō)明該技術(shù)的應(yīng)用。該中波臺(tái)擔(dān)負(fù)著轉(zhuǎn)播中央廣播和省廣播節(jié)目的職責(zé),轉(zhuǎn)播信號(hào)源來(lái)自中星6B和亞太6號(hào)衛(wèi)星接收,另有光纖到臺(tái)信號(hào)源,形成較完整的信號(hào)鏈路。如圖2所示。音頻比對(duì)系統(tǒng)采用音頻能量比對(duì)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)兩路音頻的比對(duì)。音頻比對(duì)系統(tǒng)就廣播轉(zhuǎn)播信號(hào)鏈路的特點(diǎn),采用多個(gè)環(huán)節(jié)比對(duì)各類(lèi)接收的用于轉(zhuǎn)播的信號(hào)源和經(jīng)發(fā)射后重新接收的信號(hào),可以實(shí)現(xiàn)任意兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的比對(duì),不改變?cè)纛l播控流程。以中央廣播為例,中央廣播有衛(wèi)星來(lái)源(中星6B的l號(hào)天線(xiàn)、中星6B的2號(hào)天線(xiàn)、亞太6號(hào))、AM/FM接收機(jī)、光纖三種類(lèi)型信號(hào)源。音頻比對(duì)系統(tǒng)可以在衛(wèi)星與衛(wèi)星間比對(duì),可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)比對(duì)衛(wèi)星的傳輸節(jié)目是否正常,例如該系統(tǒng)成功的發(fā)現(xiàn)了2009年2月9日中星6B衛(wèi)星發(fā)生故障事件;音頻比對(duì)系統(tǒng)也可以衛(wèi)星與AM/FM間進(jìn)行比對(duì),監(jiān)測(cè)在轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星信號(hào)時(shí)節(jié)目?jī)?nèi)容是否發(fā)生變化,實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障或非法內(nèi)容的攻擊;同樣,該系統(tǒng)可以在光纖與AM/FM間進(jìn)行比對(duì),情形與衛(wèi)星與AM/FM比對(duì)類(lèi)似,從技術(shù)角度來(lái)說(shuō),光纖信號(hào)是可靠的,因此可以以光纖信號(hào)為基準(zhǔn)來(lái)監(jiān)測(cè)其它信號(hào)源的合法性。需要指出的是根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施方式所做出的任何變形,均不脫離本發(fā)明的精神以及權(quán)利要求所記載的范圍。權(quán)利要求1.一種音頻比對(duì)系統(tǒng),其特征在于,包括音頻序列確定單元、音頻序列處理單元和音頻相似性判定單元;音頻幀、音頻序列確定單元用于確定需要比對(duì)的音頻序列的長(zhǎng)度,以及其中音頻幀的個(gè)數(shù);音頻序列處理單元用于處理需要比對(duì)的音頻序列的各個(gè)音頻幀的比值,根據(jù)比值的大小確定為正常音頻幀或者異常音頻幀,并根據(jù)正常音頻幀進(jìn)行平均值處理,得到待比對(duì)音頻幀能量的平均比值k值,根據(jù)音頻能量平均比值的區(qū)間,得到待比對(duì)音頻中音頻幀的比值在區(qū)間內(nèi)的個(gè)數(shù);音頻相似性判定單元用于根據(jù)音頻序列處理單元得到的待比對(duì)音頻間能量比值在區(qū)間內(nèi)的個(gè)數(shù)與音頻幀總數(shù)的比值范圍來(lái)確定待比對(duì)音頻的相似性。2.如權(quán)利要求1所述的音頻比對(duì)系統(tǒng),其特征在于,所述音頻序列處理單元中的音頻序列由多個(gè)音頻幀構(gòu)成,音頻幀為音頻上選取的N個(gè)取樣點(diǎn)集合。3.如權(quán)利要求1所述的音頻比對(duì)系統(tǒng),其特征在于,所述相鄰音頻幀之間有一段重迭區(qū)域,該重迭區(qū)域包含了M個(gè)取樣點(diǎn),且M為所述N值的一半。4.如權(quán)利要求1所述的音頻比對(duì)系統(tǒng),其特征在于,所述待比對(duì)音頻幀能量的平均值K小于IO,則表明兩對(duì)比音頻幀為正常音頻幀,否則為異常音頻幀。5.如權(quán)利要求1所述的音頻比對(duì)系統(tǒng)采用的音頻能量比對(duì)方法,具體步驟為l)確定音頻幀、音頻序列從待比對(duì)音頻中選取N個(gè)取樣點(diǎn)組成對(duì)應(yīng)的音頻幀,并選取100-200個(gè)音頻幀構(gòu)成對(duì)應(yīng)的音頻序列;2)計(jì)算音頻幀的能量值得到每一個(gè)取j羊點(diǎn)的能量值,根據(jù)音頻能量的對(duì)稱(chēng)特性,計(jì)算得出音頻幀的能量值;3)計(jì)算待比對(duì)音頻幀能量平均比值K值首先根據(jù)待比對(duì)音頻中每一對(duì)應(yīng)的音頻幀的能量比值將音頻幀分為正常音頻幀或異常音頻幀;其次通過(guò)對(duì)正常音頻幀求和和平均的值相比后得到待比對(duì)音頻能量的平均比值K值;4)計(jì)算待比對(duì)音頻中超過(guò)音頻能量平均比值K值的音頻幀個(gè)數(shù)K值的取值范圍為r,音頻能量的比值區(qū)間為(K-r,K+r),計(jì)算得出待比對(duì)音頻中對(duì)應(yīng)音頻幀能量之比在區(qū)間內(nèi)的個(gè)數(shù);5)判定待比對(duì)音頻的相似性根據(jù)步驟4)中得出在音頻能量比值區(qū)間內(nèi)的音頻幀個(gè)數(shù)與音頻幀總數(shù)的比值大小s來(lái)判定二路音頻的相似性。6.如權(quán)利要求5所述的音頻能量比對(duì)方法,其特征在于,所述取樣點(diǎn)的個(gè)凄tN為512或1024。7.如權(quán)利要求5所述的音頻能量比對(duì)方法,其特征在于,步驟l)中選取的相鄰音頻幀之間有一段重迭區(qū)域,該區(qū)域包含了M個(gè)取樣點(diǎn),且M為所述N值的一半。8.如權(quán)利要求5所述的音頻能量比對(duì)方法,其特征在于,步驟2)中計(jì)算兩路音頻能量值時(shí)只需計(jì)算能量值為正值的采樣點(diǎn),將音頻幀包含的采樣點(diǎn)的能量值累加就得到音頻幀的能量值。9.如權(quán)利要求5所述的音頻能量比對(duì)方法,其特征在于,所述待比對(duì)音頻中對(duì)應(yīng)的音頻幀能量之比小于10,則表明是正常音頻幀,否則該音頻幀為異常音頻幀。10.如權(quán)利要求5所述的音頻能量比對(duì)方法,其特征在于,所述KK3,所述0.KsO.2。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種音頻比對(duì)系統(tǒng)及其音頻能量比對(duì)方法,該音頻比對(duì)系統(tǒng),包括音頻序列確定單元、音頻序列處理單元和音頻相似性判定單元。該音頻能量比對(duì)方法通過(guò)去除異常幀得到能量平均比值(K值),然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)大于K值正常區(qū)間內(nèi)的點(diǎn)數(shù)來(lái)判定二路音頻的相似性。本發(fā)明的音頻比對(duì)系統(tǒng)是對(duì)待對(duì)比音頻整體分割出多個(gè)音頻幀,以音頻幀之間能量對(duì)比而得出對(duì)比音頻的相似度,此種對(duì)比方式受外界環(huán)境影響較小,即使在噪聲較大、干擾較大的環(huán)境下也不會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)現(xiàn)象,對(duì)廣播上的音頻傳輸有重大意義。文檔編號(hào)G10L15/00GK101593517SQ20091008757公開(kāi)日2009年12月2日申請(qǐng)日期2009年6月29日優(yōu)先權(quán)日2009年6月29日發(fā)明者何永飛,陶元順申請(qǐng)人:北京市博匯科技有限公司
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