[发明专利]一种用于封闭式耳机的危险报警系统芯片

权利要求书

1.一种用于封闭式耳机的危险报警系统芯片，所述芯片内置于耳机，其特征在于，包括：

通讯接口一，具备多条数据通道，用于接收多个环境检测麦克风接收的环境声音信号，并将所述环境声音信号传递给模拟数字转换器；

模拟数字转换器，用于将所述环境声音信号进行模式转换后传递给核心处理器；

核心处理器，用于提取所述处理后环境声音信号中的音频特征，识别出潜在威胁车辆及其实时相对位置、速度，预估所述潜在威胁车辆的行驶轨迹，生成显示信号，当所述行驶轨迹入侵所述耳机佩戴者安全范围时，生成报警信号，将所述显示信号和报警信号传递给通讯接口二；

通讯接口二，具备多条数据通道，用于将所述显示信号和报警信号发送到显示终端来进行显示和报警；

所述核心处理器包括：参数计算模块、潜在威胁车辆识别模块、潜在威胁车辆位置检测模块、潜在威胁车辆速度生成模块、潜在威胁车辆行驶轨迹预估模块和危险识别模块；

所述参数计算模块，用于计算其他环境检测麦克风相对于第一个环境检测麦克风的功率系数，相对于第一个环境检测麦克风的延迟系数，以及每个通道的过零率；所述功率系数、延迟系数和过零率依次采用以下公式定义：

其中，N是环境检测麦克风及其数据通道的序号，W_L是窗口长度，X_N是序号为N的环境检测麦克风的通道音频信号，X₁是第一个环境检测麦克风的通道音频信号，d∈[-40,40]是延迟补偿；

所述潜在威胁车辆识别模块，用于基于所述功率系数、延迟系数和/或过零率构造梅尔倒频谱系数，通过机器学习训练建立梅尔倒频谱系数与车辆鸣笛存在的特征关系，进而通过梅尔倒频谱系数对应检测车辆鸣笛；通以下步骤检测车辆轮胎与地面的摩擦声或车辆发动机声：

S1，通过每个音频帧x(t)的快速傅里叶变换计算得到傅里叶波谱X(f)，仅保留了该对称波谱的左半部分；

S2，通过以下公式获得音频帧x(t)功率谱，

其中，Fs是采样频率，M是音频信号长度，t是时刻；

S3，通过Px(f)获得B维度特征向量v＝(v1,v2，…，vB),

其中，k＝1、2、……B，a、b、B为通过试验获得的经验参数，△1＝a/b，△2＝(1-a)/(B-b)；

S4，通过机器学习训练建立特征向量v与车辆轮胎与地面的摩擦声或车辆发动机声对应关系，来识别环境中的潜在威胁车辆。

2.根据权利要求1所述的用于封闭式耳机的危险报警系统芯片，其特征在于，其中，a＝0.3，b＝18，B＝20。

3.根据权利要求1所述的用于封闭式耳机的危险报警系统芯片，其特征在于，所述潜在威胁车辆位置检测模块，用于基于所述功率系数和/或延迟系数构造三维特征向量，通过机器学习训练获得0-360°均匀分布的多个方向的角度下的三维特征向量样本，在相邻方向的所述三维特征向量样本的均值之间进行插值，得到三维空间中的多边形模型，其对应于潜在威胁车辆的方向，通过多边形模型上最接近新接收的特征向量的点确定声源方向；基于所述功率系数、延迟系数和/或过零率构造梅尔倒频谱系数，通过机器学习训练建立最大梅尔倒频谱系数与潜在威胁车辆距离的函数关系，通过最大梅尔倒频谱系数对应得到潜在威胁车辆的距离。

4.根据权利要求1所述的用于封闭式耳机的危险报警系统芯片，其特征在于，所述潜在威胁车辆速度生成模块，用于基于潜在威胁车辆的距离和方向得到潜在威胁车辆速度。

5.根据权利要求1所述的用于封闭式耳机的危险报警系统芯片，其特征在于，所述潜在威胁车辆行驶轨迹预估模块，用于基于潜在威胁车辆的距离、速度拟合出潜在威胁车辆时间段△t后的行驶轨迹。

6.根据权利要求1所述的用于封闭式耳机的危险报警系统芯片，其特征在于，所述危险识别模块，当所述潜在威胁车辆时间段△t后的行驶轨迹侵入所述耳机佩戴者一安全距离阈值△d时，生成所述报警信号。