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飛機(jī)艙音背景聲特征實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用
摘要：對(duì)飛機(jī)機(jī)栽駕駛艙話音記錄器記錄的非人聲艙音信號(hào)分析，已從利用計(jì)算機(jī)音頻處理的記錄器譯碼系統(tǒng)進(jìn)行辨聽(tīng)發(fā)展到基于小波變換理論、線性調(diào)頻z變換等方法的分析，但這些都是離線分析。為避免離線分析缺點(diǎn)，提出了艙音背景聲特征實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的新思路及實(shí)現(xiàn)流程;然后基于Matlab與VC++混合編程原理，在VC++環(huán)境下調(diào)用工具箱函數(shù)及自編m函數(shù);最后以典型艙音背景聲為例。實(shí)現(xiàn)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(jì)算機(jī);飛機(jī);艙音背景聲;聲譜分析;Vc++語(yǔ)言
飛機(jī)機(jī)載駕駛艙話音記錄器?(cockpit Voice Recorder，cVR)是航空器事故淵查的關(guān)鍵證據(jù)之一，它不僅能夠判斷機(jī)組的操縱、意識(shí)、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(duì)事故調(diào)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(bào)警聲、發(fā)動(dòng)機(jī)噪音、起落架操縱手柄的使用音響等。對(duì)飛機(jī)機(jī)載駕駛艙話音記錄器記錄的非人聲艙音信號(hào)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(jì)算機(jī)音頻處理的記錄器譯碼系統(tǒng)辨聽(tīng)分析f：習(xí)發(fā)展到基于小波變換理論、線性調(diào)頻z變換等方法的分析嗍，并分別在Adobe AudiIion環(huán)境和Wavelet 1鈿lbox下完成對(duì)這些非人的艙音背景聲分析，但這些都是離線分析。為避免離線分析帶來(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(diào)用工具箱函數(shù)及自編m函數(shù)。以給定的超音速警告聲這種典型艙音背景聲為例，實(shí)現(xiàn)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(qiáng)大數(shù)學(xué)分析應(yīng)用工具、簡(jiǎn)潔而豐富的函數(shù)資源，為用戶提供很多現(xiàn)代信號(hào)處理1=具包，同時(shí)也給用戶帶來(lái)最直觀的開(kāi)發(fā)環(huán)境，但在執(zhí)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(yīng)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(qiáng)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(jié)合起來(lái)，將大大提高編程丁作的效率，既可利用Vc實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的、交互式的、高效率的用戶界面，又可充分利用MAⅡAB強(qiáng)大的信號(hào)分析功能和圖形處理功能，將使原系統(tǒng)軟件部分更加完善，達(dá)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(hào)分析功能又能適應(yīng)嵌入到Adobe Audition音頻分析軟件的信號(hào)分析軟件，對(duì)于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)音頻特征分析具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
2、實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)
3、實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)程序編制及其應(yīng)用舉例
利用小波工具箱中的文件町以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換、濾波、譜估計(jì)、濾波器沒(méi)計(jì)等。如果能在其他的環(huán)境，如Vc++下調(diào)用MArrLAB工具箱中的文件，不僅提高算法速度，而且計(jì)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(shù)及自編m函數(shù)。飛機(jī)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(xiàn)Matlab和vc++混合編程、及在Adobe 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(jié)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(zhuǎn)換成c++代碼，并嵌入到Vc++程序中。方法2：通過(guò)客戶，月匠務(wù)器方式，在Vc++中使用Matlab服務(wù)引擎，通過(guò)引擎調(diào)用Matlab中的函數(shù)。方法3：在vc++中包含Matlab中的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，使用數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)中的特定函數(shù)。方法4：利用Matcom實(shí)現(xiàn)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(dǎo)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(zhí)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(zhí)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(dú)立執(zhí)行的exe文件。在MATLAB中雖可以由M文件生成執(zhí)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(yùn)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(kù)(DLL)文件。這項(xiàng)功能針對(duì)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(dú)立執(zhí)行的exe文件。在MATLAB中雖可以由M文件生成執(zhí)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(yùn)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(kù)(DLL)文件。這項(xiàng)功能針對(duì)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(shù)
該函數(shù)利用z變換是實(shí)現(xiàn)對(duì)超音速警告聲頻譜的細(xì)化分析。
3.5 VC++環(huán)境F對(duì)功能甬?dāng)?shù)的調(diào)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(yīng)的文件加入std也.h中，并添加鏈接庫(kù)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(xiàng)，加入e：、IIlat—corn45.1ib。
4、結(jié)淪
首先提出了艙音背景聲特征實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)思路及實(shí)現(xiàn)流程。然后在比較幾種混合編程方法基礎(chǔ)上，基于Madab與Vc++混合編程原理及利用Matcom代碼轉(zhuǎn)換方便、生成的代碼可讀性好、支持圖形函數(shù)、代碼執(zhí)行的速度比不轉(zhuǎn)換平均提高1.5倍以上等優(yōu)勢(shì)，在vc++環(huán)境下調(diào)用工具箱函數(shù)及自編m函數(shù)等程序編制，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。最后以典型艙音背景聲為例，實(shí)現(xiàn)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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