小麦音频信号预处理方法的研究

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1、2010年8月农机化研究第8期小麦音频信号预处理方法的研究丁宁，沈二波，杨红卫(1．河南工业大学信息科学与工程学院，郑州450001；2．开封大学国际教育学院，河南开封475004)摘要：研究声学测定法在小麦品质测定中的应用，利用语音信号处理技术对自制试验装置采集的小麦音频信号进行了预处理。通过MATLAB对比了几种常用的端点检测算法，利用LPCC与频带方差特征结合的方法对小麦音频信号进行端点检测，并较为准确地检测出不同品种小麦音频信号的端点，为后续的小麦声学测定和特征提取等奠定了基础。关键词：小麦音频信号；端点检测；信号处理；特征提取

2、中图分类号：S122文献标识码：A文章编号：1003—188X(2010)08-0158—040引言小麦音频信号声学检测是利用物质的声学特性(即在声波作用预加重下的反射特性、散射特性、透射特性、吸收特性和衰减系数等)来检测物质的某些物理、化学、生理性质的方加窗分帧法。随着计算机技术的发展，声学应用的范围越来越广，其中利用农产品的声学特性及信号处理技术对其端点检测内部品质进行检测是较为活跃的研究方向之一，有着广阔的应用前景卜。信号预处理是小麦声学检测的信号分析关键环节之一，本文主要研究小麦音频信号的预处理技术特征提取图1小麦音频信号处理流

3、程图1小麦音频信号的获取Fig．1Thechartofthedeterminationoftheaudiosignalofwheat本文在参考前人研究的基础上，根据小麦的品质2小麦音频信号的预处理特性及声学法测定方法的要求，研究了小麦籽粒声音信号采集装置。此装置由单粒自动进料器、进料导预处理是信号处理中的重要环节。信号的预处理槽、信号采集箱、金属钢板、压电音频传感器、信号放是指在经过抽样量化后转换为数字信号而进行的预大器和信号处理装置组成。加重、加窗和分帧等处理，其目的是为后续信号处理小麦通过单粒自动进料器按一定速度单粒快速进提供方便，

4、有效提高所研究信号的质量。样，撞击金属钢板产生声信号，由压电传感器接收信2．1预加重号，并通过信号放大器至计算机系统，利用信号采集由于信号在高频段部分有严重的跌落，频谱较尖卡采集噪声信号与小麦信号两路数据，存入TXT格式锐，需要对信号进行预加重的处理以提升高频部分，文件。为了方便信号的后续处理，将其转换为音频平滑信号频谱，便于信号的特征分析与参数提取。预WAV文件。下面对小麦音频信号进行预处理，并提取加重处理一般使用一阶数字滤波器，其表达式为出时域和频域特征，结合信号处理技术求出小麦的声H(z)=1一沙·(1)学特性。其流程图如图1所示

5、。值的一般范围为[0．94，0．97]。义稀号进行分析后，要对信号进行去加重处理，从而还原成原信号收稿日期：2009—12—09特征。基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目(2008BADA8B04)作者简介：丁宁(1985一)，女，河南洛阳人，硕士生，(E—mail)2．2分帧dn1985624@126．COnl。经过量化预加重的数字信号是非平稳的时变信·158·2010年8月农机化研究第8期号，而一般用来分析的信号是短时平稳的，为了得到种变换求得信号的频域特征来进行的。本文主要分短时平稳信号，需要对信号进行加窗分帧处理。信号析了频

6、带方差及倒谱特征的端点检测算法。的分帧可以是连续的，也可用于交叠分段处理，交叠3．2．1基于频带方差的端点检测4j部分称之为帧移。已知矢量X：{(。)，(09，)，⋯⋯，(tO)}，其一般采用不同形状和长度的窗来处理信号，可直中各分量((c，)可以首先计算每一帧信号的FFTr，然接用音频信号乘以窗函数得到。常用的窗函数有矩后取一部分频率分量分别求出各点的频谱能量得来。形窗、汉明窗和汉宁窗，这几个函数的频率响应都具利用以下公式求得信号频带方差，并以此作为特征进有低通特性。本文选取可使低通特性更平滑、能有效行端点检测。检测方法类似时域的方法

7、，首先确定一克服泄露现象的汉宁窗来进行分帧处理。个门限值，可取为M=3D+eps，D是背景噪声的实验中可利用MATLAB工具箱中的enframe函数频带方差值。一般音频信号的能量要大于背景噪声，进行分帧，或者直接分段读取音频信号，也可实现分D比较大，可作为判别有声与无声帧的依据。帧处理。定义均值为3小麦音频信号的端点检测E：)(4)ni=O‘端点检测是指从背景噪声中找出信号的开始点和频带方差为终止点，这是语音信号处理领域的基本问题。由于采D音[()一E]。(5)集到的原始小麦声音信号受周围环境影响，并夹杂有对于简单的声音信号，也可以通过

8、计算方差的方噪音，本文应用语音信号的端点检测算法对小麦音频法进行端点检测。信号进行端点分割，其目的是对连续信号进行更加准3．2．2基于倒谱特征的音频信号端点检测确的处理和分析。只有准确地找出信号的起始点，才