[发明专利]基于Gammatone滤波器组的车型特征提取方法

权利要求书

1.一种基于Gammatone滤波器组的车型特征提取方法，其特征在于：

包括以下步骤：

1】采集原始车辆声信号s(n)，n表示采样数据序列中数据点的编号，采样率f_s满足奈奎斯特采样定理，即f_s≥2f_max，f_max为信号的最高频率；对采样率为f_s的原始车辆声信号s(n)进行预滤波、归一化、加窗分帧的预处理，得到时域的短时信号x(n)；相应计算如下所示：

信号预滤波：y(n)=s(n)+0.9375·s(n-1)  (1)

信号归一化：y‾(n)=y(n)|y(n)max|---(2)]]>

加窗分帧：x(n)=y‾(n)·w(n)---(3)]]>

所述加窗分帧采用重叠分帧，w(n)为加窗函数，采用hamming窗，其函数表达式如下：

w(n)=h(n)=0.54-0.46cos[2πn/(N-1)],0≤n≤N-10,else---(4)]]>

其中，N为窗函数数据序列长度，即序列包含数据点数；n为此数据序列中任一数据点编号；

2】确定滤波器组应用的频率范围[f_L,f_H](f_L为滤波范围的频率下界，f_H为滤波范围的频率上界)、滤波器个数M与滤波器的阶数r，实现M个一组的Gammatone滤波器组：

gm(n)=12πj∫Gm(z)zn-1dz---(5)]]>

其中，G_m(z)为滤波器在离散系统中的对应函数，z为Z变换中的复变量，n为离散系统中数据序列的任一数据点编号(n为整数)，j为虚数单位，m表示滤波器组中任一滤波器的编号，

3】短时信号x(n)通过Gammatone滤波器组，划分为M个子带信号(M为滤波器个数)x_m(n)：

x_m(n)=x(n)*g_m(n)1≤m≤M  (6)

4】对子带信号x_m(n)作N点的FFT计算，N为子带信号数据序列长度，得到子带信号的功率谱X_m(k)，进一步对其取模平方，得到子带信号的能量谱E_m(k)；再除以子带信号帧长度N得到信号的功率谱G_m(k)；对各子带信号平均功率谱G_m(k)加和并取对数，得到子带信号的对数功率值，相应计算如下所示：

子带信号能量谱：E_m(k)=|X_m(k)|²  (7)

子带信号功率谱：Gm(k)=Em(k)N---(8)]]>

子带信号对数功率值：em=log(Σk=1NGm(k)),1≤m≤M---(9)]]>

其中，k代表子带信号数据序列中任一点编号，m代表子带信号编号，与各滤波器编号对应，

5】得到车型识别特征系数，实现车型识别：

5.1】对各子带信号的对数功率值组成的数据序列e(m)按照定义进行离散余弦变换，得到子带信号的原始p阶倒谱系数C(n)，转换公式为：

C(n)=2MΣm=1Me(m)cos[πnM(m-0.5)],n=1,2,...,p---(10)]]>

式中：

e(m)={e₁,…,e_m,…,e_M}；

n代表得到倒谱系数数据序列点的编号；

p为倒谱系数的阶数；

5.2】对得到的原始p阶倒谱系数C(n)，根据半正弦窗函数表达式(11)进行升半正弦倒谱提升，得到提升后的车型识别特征系数，如式（12）所示：

w(i)=1+6×sin(πi/N),1≤i≤N  (11)

C_G(n)=C(n)×w(i)  (12)

其中，N对应倒谱系数的阶数p，N=p，i代表1到N的正整数，式(12)中’×’表示C(n)与w(i)两数据序列作点乘运算，即对应位置数据点相乘。

2.根据权利要求1所述基于Gammatone滤波器组的车型特征提取方法，其特征在于：所述步骤2实现M个一组的Gammatone滤波器组，具体如下：

2.1】根据式(13)、式(14)计算得到各滤波器的中心频率及带宽：

中心频率f_m为：

fm=(fH+228.7)exp(-vi9.26)-228.7---(13)]]>

其中，f_H为滤波器的截止频率上界，v_i是滤波器重叠因子，用于指定相邻滤波器之间的重叠百分比，

再由中心频率f_m计算带宽，表达式为

bm=ERB(fm)=24.7×(4.37fm1000+1)---(14)]]>

2.2】对各参数对应的Gammatone滤波器，其冲击响应的典型模式为：

其中，A为滤波器增益，r为滤波器阶数，b_m为滤波器带宽，f_m为滤波器的中心频率，为相位，U(t)为阶跃函数，t为时域变量符号，M为滤波器个数，m表示滤波器组中任一滤波器的编号，简化模型中，取

对上式中g_m(t)按照拉普拉斯变换定义，计算得到滤波器在复频域的对

应函数G_m(s)：

Gm(s)=∫-∞∞gm(t)e-stdt]]>

=A2∫0∞tr-1e(-2πERB(fm)t)(ej2πfmt+e-j2πfmt)e-stdt]]>

=A2[(r-1)!(s+b-jω)n+(r-1)!(s+b+jω)n]---(16)]]>

其中，A为滤波器增益，r为滤波器阶数，f_m是中心频率，是相位，U(t)为阶跃函数，s为复频率，j为虚数单位，b=2πERB(f_m),ω=2πf_m,m表示滤波器组中任一滤波器的编号；

2.3】根据拉普拉斯变换中s平面与Z变换中z平面的映射关系，将G_m(s)转换为离散系统中Z变换的G_m(z)，得到滤波器在离散系统中z变换域的表示形式，再由逆z变换得定义，计算得到离散系统中一组M个的Gammatone滤波器的单位冲击响应：

gm(n)=12πj∫Gm(z)zn-1dz---(17)]]>

其中，G_m(z)为滤波器在离散系统中的对应函数，z为Z变换中的复变量，n为离散系统中数据序列的任一数据点编号，n为整数，j为虚数单位，m表示滤波器组中任一滤波器的编号。