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飛機艙音背景聲特征實(shí)時(shí)分析系統開(kāi)發(fā)及應用
摘要：對飛機機栽駕駛艙話(huà)音記錄器記錄的非人聲艙音信號分析，已從利用計算機音頻處理的記錄器譯碼系統進(jìn)行辨聽(tīng)發(fā)展到基于小波變換理論、線(xiàn)性調頻z變換等方法的分析，但這些都是離線(xiàn)分析。為避免離線(xiàn)分析缺點(diǎn)，提出了艙音背景聲特征實(shí)時(shí)分析系統開(kāi)發(fā)的新思路及實(shí)現流程;然后基于Matlab與VC++混合編程原理，在VC++環(huán)境下調用工具箱函數及自編m函數;最后以典型艙音背景聲為例。實(shí)現在專(zhuān)用音頻軟件Adobe Audilioll界面下的實(shí)時(shí)分析，提供了高效、方便的艙音背景聲頻譜特征提取途徑。
關(guān)鍵詞：計算機;飛機;艙音背景聲;聲譜分析;Vc++語(yǔ)言
飛機機載駕駛艙話(huà)音記錄器?(cockpit Voice Recorder，cVR)是航空器事故淵查的關(guān)鍵證據之一，它不僅能夠判斷機組的操縱、意識、決斷、生理心理狀態(tài).還可以分析航空器狀態(tài)及所處環(huán)境。對事故調查員而言，駕駛艙中的非人聲成分是重要的信息來(lái)源。這些非人艙音信息包括：各種開(kāi)關(guān)提示聲、報警聲、發(fā)動(dòng)機噪音、起落架操縱手柄的使用音響等。對飛機機載駕駛艙話(huà)音記錄器記錄的非人聲艙音信號的分析，已從基于傅立葉變換分析方法、短時(shí)傅立葉變換(sTFr)的計算機音頻處理的記錄器譯碼系統辨聽(tīng)分析f：習發(fā)展到基于小波變換理論、線(xiàn)性調頻z變換等方法的分析嗍，并分別在A(yíng)dobe AudiIion環(huán)境和Wavelet 1鈿lbox下完成對這些非人的艙音背景聲分析，但這些都是離線(xiàn)分析。為避免離線(xiàn)分析帶來(lái)的缺點(diǎn)，基于MatIab與VC++混合編程原理16J，通過(guò)利用MalhTools公司的Matcom，在vC++環(huán)境下調用工具箱函數及自編m函數。以給定的超音速警告聲這種典型艙音背景聲為例，實(shí)現在專(zhuān)用音頻分析軟件Adobe Audilion界面下實(shí)時(shí)分析，為提取艙音背景聲的頻潛特征提供了方便。
l、問(wèn)題的提出
MATLAB作為—個(gè)強大數學(xué)分析應用工具、簡(jiǎn)潔而豐富的函數資源，為用戶(hù)提供很多現代信號處理1=具包，同時(shí)也給用戶(hù)帶來(lái)最直觀(guān)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，但在執行效率和程序編寫(xiě)方面存在一些局限，使得采用該語(yǔ)言編制的應用程序不能直接為音頻分析軟件Adobe Audition所利用。visual c++是Micms硪公司推出的可視化編程語(yǔ)言，是目前最強大的綜合性軟件開(kāi)發(fā)工具之一，如把MATLAB與Visual c++很好地結合起來(lái)，將大大提高編程丁作的效率，既可利用Vc實(shí)現實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的、交互式的、高效率的用戶(hù)界面，又可充分利用MAⅡAB強大的信號分析功能和圖形處理功能，將使原系統軟件部分更加完善，達到功能模塊化、軟件智能化、接口開(kāi)放化的目的。因此，基于混合編程思想開(kāi)發(fā)出一種具有多種信號分析功能又能適應嵌入到Adobe Audition音頻分析軟件的信號分析軟件，對于實(shí)現實(shí)時(shí)音頻特征分析具有重要的應用價(jià)值。
2、實(shí)時(shí)分析系統的開(kāi)發(fā)
3、實(shí)時(shí)分析系統程序編制及其應用舉例
利用小波工具箱中的文件町以實(shí)現信號的變換、濾波、譜估計、濾波器沒(méi)計等。如果能在其他的環(huán)境，如Vc++下調用MArrLAB工具箱中的文件，不僅提高算法速度，而且計算的可靠性提高。本文基于Matlab與vc++混合編程原理，通過(guò)利用Matcom特點(diǎn)，在vc++環(huán)境下淵用工具箱函數及自編m函數。飛機駕駛艙中超音速警告聲這種典型艙音背景聲為例，說(shuō)明利用Matcom實(shí)現Matlab和vc++混合編程、及在A(yíng)dobe Audition界面下實(shí)時(shí)分析方法選擇過(guò)程。
3.1 幾種混合編程方法的比較
混合編程有幾種結合方法。方法1：在Matlab下編寫(xiě).m文件，后通過(guò)Matlab自身的編澤連接器把皿文件轉換成c++代碼，并嵌入到Vc++程序中。方法2：通過(guò)客戶(hù)，月匠務(wù)器方式，在Vc++中使用Matlab服務(wù)引擎，通過(guò)引擎調用Matlab中的函數。方法3：在vc++中包含Matlab中的數學(xué)函數庫，使用數學(xué)函數庫中的特定函數。方法4：利用Matcom實(shí)現Matlab與Visual c++混合編程。其中方法l、2都不能脫離Matlab環(huán)境，方法3則需要用liMef命令導出lib.1ib、1ibeng.1ib以及l(fā)ibmcc.ib等靜態(tài)連接文件，且這三種方法都不能有效地提高程序的執行效率。方法4可將Madab的源代碼譯成同等功能的c++源代碼，既保持了Matlab的優(yōu)良算法，又保持了c++的高執行效率。本文采用了方法4。
3.2 Matcom的功能說(shuō)明
(1)利用Matcom生成獨立執行的exe文件。在MATLAB中雖可以由M文件生成執行程序，但是它無(wú)法脫離MATLAB環(huán)境的支持，利用Matcom則可以生成不需要MAlLAB環(huán)境支持的exe文件。運行Matcom，打開(kāi)所需要編譯的M文件，在file菜單下有compile to exe，Matcom便自動(dòng)完成exe文件的編澤與連接。編譯完成以后，可以在matcom45、debug目錄下找到與M文件同名的exe文件。
(2)利用Matcom生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)文件。這項功能針對Vc開(kāi)發(fā)，生成的方式如同exe文件生成的方式。生成DLL文件的同時(shí)也生成cPP文件，但是DLL文件使用不方便。這里直接使用CPP文件，該cPP文件同樣在眥teom45、debug目錄下。
3.3 Matcom的功能說(shuō)明
(1)利用Matcom生成獨立執行的exe文件。在MATLAB中雖可以由M文件生成執行程序，但是它無(wú)法脫離MATLAB環(huán)境的支持，利用Matc砌則可以生成不需要MA下LAB環(huán)境支持的exe文件。運行Matcom，打開(kāi)所需要編澤的M文件，在flle菜單下有compile to exe，Matcom便自動(dòng)完成exe文件的編譯與連接。編譯完成以后，可以在matc145\debug目錄下找到與M文件同名的exe文件。
(2)利用Matcom生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)文件。這項功能針對Vc開(kāi)發(fā)，生成的方式如同exe文件生成的方式。生成DLL文件的同時(shí)也生成cPP文件，但是DLL文件使用不方便。這里直接使用cPP文件，該cPP文件同樣在mateom45、debug目錄下。
3.4 在MATLAB環(huán)境下編寫(xiě).m功能函數
該函數利用z變換是實(shí)現對超音速警告聲頻譜的細化分析。
3.5 VC++環(huán)境F對功能甬數的調用
在菜單中，選擇pmject，add t0 pmjec堋les，將上述zz.cpp和zz.h加入工程中，并且將相應的文件加入std也.h中，并添加鏈接庫文件：在1如l扎ption、directory中選include，加入e：、lnatcom45.1jb(包含呦tc呦.h)，選lib咖y選項，加入e：、IIlat—corn45.1ib。
4、結淪
首先提出了艙音背景聲特征實(shí)時(shí)分析系統開(kāi)發(fā)思路及實(shí)現流程。然后在比較幾種混合編程方法基礎上，基于Madab與Vc++混合編程原理及利用Matcom代碼轉換方便、生成的代碼可讀性好、支持圖形函數、代碼執行的速度比不轉換平均提高1.5倍以上等優(yōu)勢，在vc++環(huán)境下調用工具箱函數及自編m函數等程序編制，實(shí)現實(shí)時(shí)分析系統開(kāi)發(fā)。最后以典型艙音背景聲為例，實(shí)現在專(zhuān)用音頻軟件Adobe Audition界面下的實(shí)時(shí)分析，提供高效、方便的艙音背景聲頻譜特征提取的途徑。
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