CN102365446A - 转速增减判断装置以及转速增减判断方法 - Google Patents

Abstract

转速增减判断装置(3000)，具有：DFT分析部(3002)，按照每个规定的时间计算出发动机声音中的、规定的频率的频率信号；以及加减速判断部(3006(j))，对上述频率信号的相位随着时间的经过是加速地增加还是加速地减少进行判断，由此判断发动机转速的增加或者减少。

Description

转速增减判断装置以及转速增减判断方法

技术领域

本发明涉及一种转速增减判断装置，该转速增减判断装置使用位于本车辆周围的周围车辆的发动机声音，来判断周围车辆的发动机转速的增减。

背景技术

以往，作为判断在本车辆周围存在的车辆的状况的技术存在如下所示的技术。

作为第一种现有技术是如下一种技术：将周围的声音转换为声压等级信号，并对在声压等级信号的特定频带的绝对量和判断等级进行比较，从而判断在本车辆周围是否存在周围车辆、并根据声压等级信号的时间变化来判断周围车辆是否接近(例如，参照日本专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2000-99853号公报。

在第一种现有技术中，将周围的声音转换为声压等级信号，并对在声压等级信号的特定频带的绝对量和判断等级进行比较，从而判断是否存在周围车辆、并根据声压等级信号的时间变化来判断周围车辆是否接近。因而利用第一种现有技术存在以下问题：无法进一步判断作为接近状况的周围车辆的发动机转速增减的状况或者周围车辆加减速的状况。

另外，对于周围车辆的发动机转速的增减或者周围车辆的接近和加速等的判断，一般情况下需要能够观测发动机声音频率变化或声压变化的足够长时间(数秒)的声音信号。因此，在需要短时间内将周围车辆的发动机转速的增减状况或者周围车辆的加减速的状况通知驾驶员的安全驾驶支援等的应用中难以使用现有技术。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供转速增减判断装置，该转速增减判断装置能够实时地对在本车辆周围存在的周围车辆的发动机转速的增减进行判断。

为了达到上述目的，本发明某些方面涉及的转速增减判断装置具有：频率分析单元，按照每个规定的时间计算出发动机声音中的、规定的频率的频率信号；以及转速判断单元，随着时间的经过，对上述频率信号的相位是加速地增加还是加速地减少进行判断，由此判断发动机转速的增加或者减少。

具体地说，上述转速判断单元在随着时间的经过上述相位加速地增加的情况下，判断为发动机转速增加；在随着时间的经过上述相位加速地减少的情况下，判断为发动机转速减少。

在发动机转速增加的情况下，发动机声音的频率随着时间的经过而增加，并且发动机声音的频率信号的相位加速地增加。另一方面，在发动机转速减少的情况下，发动机声音的频率随着时间的经过而减少，并且发动机声音的频率信号的相位加速地减少。相位正在加速地增加还是正在加速地减少能够根据短时间范围内所包含的相位来进行判断。因此，根据该结构，能够实时地判断在本车周围存在的周围车辆的发动机转速的增减。

优选的是，上述转速增减判断装置还具有相位曲线计算部，计算对上述频率信号的相位随时间变化进行近似的相位曲线，上述转速判断单元通过基于上述相位曲线的形状对上述频率信号的相位是加速地增加还是加速地减少进行判断，从而判断发动机的转速增加或是减少。

具体地说，上述转速判断单元在上述相位曲线向下凸的情况下判断为上述频率信号的相位正在加速地增加，从而判断发动机转速正在增加。

另外，上述转速判断单元在上述相位曲线向上凸的情况下判断为上述频率信号的相位正在加速地减少，从而判断发动机转速正在减少。

具有如下性质：在相位曲线加速地增加的情况下，相位曲线具有向下凸的形状，在相位加速度减少的情况下，相位曲线具有向上凸的形状。通过利用该性质，能够精确地判断相位是正在加速地增加还是正在加速地减少，从而能够判断发动机转速正在增加还是正在减少。

优选的是，上述转速判断单元仅在随着时间的经过的相位的变化值在规定阈值以下的情况下，判断上述发动机转速增加或减少。

在周围车辆换挡的情况下，相位急剧变化。因此，除了这样的情况以外，能够进行上述判断。

优选的是，上述转速增减判断装置还具备相位校正部，为了与规定数量的上述相位之间的差变小，在与上述规定数量的上述相位不同的其他上述相位上加上±2π×m弧度，从而对上述其他相位进行校正，其中，m是自然数。

由此，能够对与其他时刻的相位偏移较大的相位进行校正，并能够精确地判断发动机转速的增减。

另外，上述转速增减判断单元还具有：误差计算单元，对上述相位曲线与上述频率信号的相位之间的误差进行计算；以及相位校正部，按照每个相互不同的角度范围，通过对上述相位加上±2π×m弧度，使得上述相位收纳于该角度范围内，由此对上述相位进行校正，其中，m是自然数，上述相位曲线计算部按照每个角度范围计算出上述相位曲线，上述误差计算单元按照每个上述角度范围，计算出上述误差，上述相位校正部进一步选择上述相位曲线与上述频率信号相位之间的误差最小时的角度范围，上述转速判断单元也可以通过基于在所选择的上述角度范围的上述相位曲线的形状，来判断上述频率信号的相位是加速地增加还是加速地减少，从而判断发动机转速增加或者减少。

由此，能够对与其他时刻的相位偏移较大的相位进行校正，并能够精确地判断发动机转速的增减。

优选的是，上述频率分析单元按照每个规定的时间计算出在包含杂音和发动机声音的混合声音中的、上述规定频率的频率信号，上述相位曲线计算部，计算对上述混合声音的频率信号的相位随时间变化进行近似的相位曲线，上述转速增减判断装置还具有：误差计算单元，对上述相位曲线和上述混合声音的频率信号的相位之间的误差进行计算；以及音响信号识别单元，基于上述误差，对上述混合声音是否是发动机声音进行识别，上述转速判断单元对由上述音响信号识别单元识别为发动机声音的上述混合声音的相位判断发动机转速的增加或者减少。

根据该结构，能够去除杂音的影响，仅对发动机声音判断发动机转速的增加或减少。因此，能够提高判断的精度。

优选的是，上述频率分析单元对由各自接受发动机声音的输入且相互分开进行配置的多个麦克风所接受的多个发动机声音的每一个计算频率信号，上述转速增减判断装置还具有：方向检测部，其基于由上述多个麦克风所接受的多个上述发动机声音到达的时间差来检测上述发动机声音的声音源方向，仅在由上述转速判断单元判断为发动机转速正在增加的情况下，输出上述声音源方向的检测结果。

仅在判断为发动机转速正在增加的情况下能够输出声音源方向的检测结果。因此仅在周围车辆一边加速一边接近这样特别危险的情况能够向驾驶员提示周围车辆接近的方向。

另外，本发明不但能够实现具有上述特征的单元的转速增减判断装置，也能够实现将包含于转速增减判断装置中特征的单元作为步骤的转速增减判断方法，以及将包含于转速增减判断方法中特征的步骤作为使计算机执行的程序。并且，这样的程序中，当然能够通过CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory)等非易失性的记录介质或因特网等的通信网络流通。

根据本发明能够实时地判读在本车辆周围存在的周围车辆的发动机转速的增减。

附图说明

图1是对本发明的相位进行说明的图。

图2是对本发明的相位进行说明的图。

图3是对发动机声音进行说明的图。

图4是对发动机转速固定时的发动机声音的相位进行说明的图。

图5是对发动机转速增加来使车辆加速时的发动机声音的相位进行说明的图。

图6是对发动机转速减少来使车辆减速时的发动机声音的相位进行说明的图。

图7是示出在本发明的实施方式1中的加减速判断装置的整体结构的框图。

图8是示出在本发明的实施方式1中的加减速判断装置的动作顺序的流程图。

图9是对DFT分析中的能量和相位进行说明的图。

图10是对相位的校正处理进行说明的图。

图11是对相位的校正处理进行说明的图。

图12是对相位曲线的计算处理进行说明的图。

图13是对相位的校正处理进行说明的图。

图14是对相位的校正处理进行说明的图。

图15是示出在本发明的实施方式2中的杂音去除装置的整体结构的框图。

图16是示出在本发明的实施方式2中的杂音去除装置的提取声音判断部的结构的框图。

图17是示出在本发明的实施方式2中的杂音去除装置的动作顺序的流程图。

图18是示出对在本发明的实施方式2中的提取声音的频率信号进行判断处理的动作顺序的流程图。

图19是对频率分析进行说明的图。

图20是对发动机声音和风杂音进行说明的图。

图21是对相位距离的计算处理进行说明的图。

图22是对发动机声音的相位曲线进行说明的图。

图23是对相位曲线的误差进行说明的图。

图24是对发动机声音的提取处理进行说明的图。

图25是示出在本发明实施方式3的车辆检测装置的整体结构的框图。

图26是示出在本发明实施方式3的车辆检测装置的提取声音判断部结构的框图。

图27是示出在本发明实施方式3的杂音去除装置的动作顺序的流程图。

图28是示出对在本发明的实施方式3中的提取声音的频率信号进行判断处理的动作顺序的流程图。

具体实施方式

本发明的特征是关注发动机声音等的周期声音、即频率随着时间而变化的声音的相位的时间变化来判断车辆的加减速。另外，本发明所说的周期声音是指相位固定或者相位变化连续的声音。

在这里使用图1来对本发明中使用的相位进行定义。在图1(a)中概要地示出了输入的发动机声音的例子。横轴表示时间，纵轴表示振幅。在这里发动机的转速相对于时刻是固定的，示出了发动机声音的频率没有变化的情况下的例子。

另外，在图1(b)中示出了使用傅里叶变换来进行频率分析时的作为基础波形的频率f的正弦波(在这里将与发动机声音频率相同的值作为规定的频率f)。横轴和纵轴与图1(a)相同。通过将该基础波形和输入了的混合声音进行叠加处理，从而求出频率信号(相位)。在该例子中将基础波形进行固定而不在时间轴方向上移动，来进行与输入的发动机声音的叠加处理，从而求出每个时刻的频率信号(相位)。

在图1(c)示出了通过该处理求出的结果。横轴表示时间，纵轴表示相位。在该例子中发动机的转速相对于时刻是固定的，输入了的发动机声音的频率相对于时刻固定。因此，在规定的频率f的相位不是加速地增加或者加速地减少。在该例子中，将与转速固定的发动机声音的频率相同的值作为规定的频率f，但在将比发动机声音频率小的值作为规定的频率f的情况下相位按照一次函数增加。另外，在将比发动机声音频率大的值作为规定的频率f的情况下相位按照一次函数减少。在哪一种情况下，在规定的频率f的相位都不是加速地增加或者加速地减少。

另外，在音频信号领域或快速傅里叶变换(FFT)等中通常将基础波形在时间轴方向上移动并进行叠加。将该基础波形在时间轴方向上移动并进行叠加的情况下，通过之后对相位进行校正从而能够变换为在本发明中定义的相位。下面使用附图来进行说明。

图2是对相位进行说明的图。在图2(a)中概要地示出输入的发动机声音的例子。横轴表示时间，纵轴表示振幅。

另外，在图2(b)中示出了使用傅里叶变换来进行频率分析的情况下的作为基础波形的频率f的正弦波(在这里将与发动机声音频率相同的值作为规定的频率f)。横轴和纵轴与图2(a)相同。通过将该基础波形与输入了的混合声音进行叠加处理从而求出频率信号(相位)。在该例子中通过使基础波形在时间轴方向上移动并与输入了的发动机声音进行叠加处理，从而求出每个时刻的频率信号(相位)。

在图2(c)示出了通过该处理求出的结果。横轴表示时间，纵轴表示相位。由于输入了的发动机声音的频率为f，因此以1/f的时间的周期规则地重复在频率f的相位的模式。因此，通过将由计算出的相位ψ(t)得到的规则地重复的相位进行校正(ψ′(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πft)(f是分析频率))，从而得到如图2(d)所示的相位。即，通过进行相位校正能够变换为图1(c)所示的在本发明中所定义的相位。

接下来，对频率变化进行说明，该频率针对伴随着发动机转速的发动机声音的时间。

图3是在后述的DFT分析部对汽车的发动机声音进行分析的谱图。纵轴表示频率，横轴表示时间，颜色的浓度表示频率信号的能量的大小。深色(黑色)表示能量较大。图3是尽量去除了风等的杂音的数据，颜色深的部分(较黑的部分)大体表示发动机声音。通常像这样发动机声音是随着时间转速变化的数据，根据谱图可知频率随着时间的经过而变化。

发动机是通过规定数量的气缸进行活塞运动从而使驱动***运转。并且由车辆所发出的发动机声音包括依存于该发动机运转的声音和不依存于发动机运转的固定振动声音或非周期声音。特别是从车辆外部能够检测的主要的声音是依存于发动机运转的周期声音。在本实施方式中，着眼依存于该发动机运转的周期声音进行加减速的判断。

如图3中的虚线的圆501、502以及503所示，可知发动机声音因转速的变化频率根据时间部分地变化。

在此，关注频率变化时，可知几乎不存在频率随机的变化或者离散地跳跃这样的情况，在以规定的时间间隔来看时，示出规定的增减。例如，可知在区间A中越向右频率越减少。在该区间中发动机的转速降低车辆减速。可知在区间B中越向右频率越增加。在该区间中发动机转速增加车辆加速。另外，可知在区间C中大体上以固定的频率推移。在该区间发动机的转速固定，车辆稳定行驶。

在此，对发动机转速的增减和发动机声音的相位的关系进行分析。

图4(a)是概要地示出在区间C中发动机转速固定时的发动机声音的图。在这里将发动机声音的频率设为f。图4(b)是示出基础波形的图。在这里将基础波形的频率设为与发动机声音的频率相同的值。图4(c)是表示相位相对于基础波形的图。如图4(c)所示，作为发动机转速固定的发动机声音如图1示出的正弦波所示，具有这固定的周期。因此，在规定频率f的相位相对于时间变化没有加速地增加或者加速地减少。

另外，作为对象的声音是固定的频率，在基础波形的频率较低的情况下，相位慢慢变迟。但是，因为减少量固定，所以相位的形状线性地减少。另一方面，设为对象的声音是固定的频率，基础波形的频率较高的情况下，相位渐渐变快。但是，因为该增加量固定所以相位的形状线性地增加。

图5(a)是概要地示出在区间B发动机转速增加、车辆加速时发动机声音的图。此时发动机声音的频率与时间一起增加。图5(b)是表示基础波形的图。例如基础波形的频率设为f。图5(c)是表示相位相对于基础波形的图。发动机声音具有如正弦波的周期性，并且具有周期渐渐变快的波形，因此如图5(c)所示，相对于基础波形的相位随着时间变化加速地增加。

图6(a)是概要地示出在区间A发动机转速降低、车辆减速时的发动机声音的图。此时发动机声音的频率与时间一起减少。图6(b)是表示基础波形的图。例如基础波形的频率设为f。图6(c)是表示相位相对于基础波形的图。发动机声音具有如正弦波的周期性，并且具有周期渐渐变慢的波形，因此如图6(c)所示，相对于基础波形的相位随着时间变化加速地减少。

从而，如图5(c)或图6(c)所示，通过使用相对于基础波形的相位，求出相对于相位随时间变化的加速的增减，从而能够判断发动机转速的增减、即能够判断车辆的加减速。另外，在本实施方式中通过利用在短时间内变化较大的相位的性质，与根据谱图能量的变化而求出的加减速的以往技术相比较，能够以短时间的数据判断瞬时的加减速。由此，能够在短时间内将周围车辆的加减速的状况通知驾驶员。例如，在这些车辆行驶的道路是优先道路，在对方的车辆行驶的道路存在暂时停止线的死角交叉点的情况下，能够通知驾驶员对方的车辆是将要加速或者稳定行驶通过交叉点还是以将要在暂时停止线停止。

下面对于本发明的实施方式参照附图来进行说明。

(实施方式1)

对实施方式1涉及的加减速判断装置进行说明。该加减速判断装置与权利要求中的转速增减判断装置对应。

图7是示出本发明实施方式1的杂音去除装置的结构的框图。

在图7中加减速判断装置3000具有：DFT分析部3002，相位校正部3003(j)(j＝1～M)、频率信号选择部3004(j)(j＝1～M)、相位曲线计算部3005(j)(j＝1～M)、以及加减速判断部3006(j)(j＝1～M)。相位校正部3003(j)(j＝1～M)具有M个相位校正部，第j个相位校正部3003(j)执行有关后述的频带j的处理。在本说明书中以同样参考符号记载的处理部是相同的。

DFT分析部3002与权利要求中的频率分析单元对应。加减速判断部3006(j)与权利要求中的转速判断单元对应。

DFT分析部3002对被输入的发动机声音3001实施傅里叶变换处理，对多个频带中的每一个频带求出包含发动机声音3001的相位信息的频率信号。另外，DFT分析部3002也可已使用快速傅里叶变换、离散余弦变换、或小波变换等其他的频率变换方法来进行频率变换。

下面假设由DFT分析部3002求出的频带的个数为M，指定它们的频带号码用符号j(j＝1～M)表示。

相位校正部3003(j)(j＝1～M)对DFT分析部3002求出的频带j的频率信号将时刻t的频率信号的相位设为ψ(t)(弧度)时，相位校正为ψ′(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πft)(f是分析频率)。

频率信号选择部3004(j)(j＝1～M)在规定的时间宽度内从相位校正部3003(j)(j＝1～M)进行相位校正后的频率信号中选择用于计算相位曲线的频率信号。

相位曲线计算部3005(j)(j＝1～M)使用对频率信号选择部3004(j)(j＝1～M)选择的频率信号进行校正后的相位ψ′(t)，将伴随时间经过相位发生变化的相位形状计算为二次曲线。

加减速判断部3006(j)(j＝1～M)根据相位曲线计算部3005(j)(j＝1～M)计算的相位曲线以相位的增加量为基础判断发动机转速的增减、即车辆的加减速。随着时间的经过，发动机转速正在增加时是车辆正在加速的时候，发动机转速正在减少的时候是车辆正在减速的时候。

在时间方向上移动规定的时间宽度并进行这些处理。

另外，本发明所需的结构要件是图7所示的DFT分析部3002和加减速判断部3006(j)。DFT分析部3002如果能够直接得出图1(c)所示的在本发明中所定义的相位则不需要相位校正部3003(j)。

接着对如上构成的加减速判断装置3000的动作进行说明。

下面，对第j个频带进行说明。在这里以频带的中心频率和基础波形的频率一致的情况为例进行说明。即，对分析频率f判断相位ψ′(t)(＝mod 2π(ψ(t)-2πft))的频率f是否增加。另外，在本实施方式中DFT分析部3002将所说的基础波形在时间轴上移动并进行通常的频率分析，这样得到的相位ψ(t)。因此进行将相位校正为前述定义的相位ψ′的处理(ψ′(t)(＝mod 2π(ψ(t)-2πft)))。

图8是表示加减速判断装置3000的动作顺序的流程图。

最初，DFT分析部3002接受发动机声音3001并对发动机声音3001实施傅里叶变换处理，按照每个频带j求出频率信号(步骤S101)。

接着，相位校正部3003(j)对DFT分析部3002求出的频带j的频率信号将时刻t的频率信号的相位设为ψ(t)(弧度)时，通过将ψ(t)变换为ψ′(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πft)(f是分析频率)来进行相位校正(步骤S102(j))。

在此使用附图对在本发明中使用相位的理由以及进行相位校正的方法例子进行说明。

图3是在DFT分析部3002对汽车的发动机声音进行分析的谱图。纵轴表示频率，横轴表示时间，颜色的浓度表示频率信号的能量的大小。浓的颜色表示能量较大。图3是尽量去除风等的杂音后的数据，颜色浓的部分大体表示发动机声音。通常情况下，像这样的发动机声音是转速与时间一起变化的数据，根据谱图可知频率与时间的经过一起变化。

发动机是通过规定数量的气缸进行活塞运动从而使驱动***运转。并且由车辆所发出的发动机声音包括依存于该发动机运转的声音和不依存于发动机运转的固定振动声音或非周期声音。特别是从车辆外部能够检测的主要的声音是依存于发动机运转的周期声音。在本实施方式中，关注周期声音是依存于该发动机运转的周期声音这一点，并基于相位的时间变化进行加减速的判断。

如图3中的虚线的圆501、502以及503所示，可知发动机声音因转速的变化频率根据时间进行变化。在此，关注频率变化时，可知几乎不存在频率随机的变化或者离散地跳跃这样的情况，在以规定的时间间隔来看时，示出规定的增减。例如，可知在区间A中越向右频率越减少。在该区间中发动机的转速降低车辆减速。可知在区间B中越向右频率越增加。在该区间中发动机转速增加车辆加速。另外，可知在区间C中大体上以固定的频率推移。在该区间发动机的转速固定，车辆稳定行驶。

图9是对DFT分析的能量和相位进行说明的图。图9(a)与图3相同，是对汽车的发动机声音进行DFT分析的谱图。

图9(b)是示出DFT分析的概念的图。例如，从发动机转速增加来进行加速的区间的时刻t1开始，使用规定的时间窗宽度的规定的窗函数(海因窗)来在多个空间上表示频率信号601。算出频率f1、f2、f3等各频率的振幅和相位。频率信号601的长度表示振幅的大小(能量)，频率信号601和实轴所成的角度表示相位。并且，一边进行时间偏移一边求出各时刻的频率信号。在这里，通常情况下，谱图仅表示在各时刻的各频率的能量，而对相位进行了省略。图3和图9(a)所示的谱图也相同，仅表示DFT分析后的能量的大小。

在将频率信号的实部表示为x(t)、频率信号的虚部表示为y(t)时，频率信号的相位ψ(t)以及大小(能量)P(t)是公式1以及公式2表示。

[算式1]

ψ(t)＝mod 2π(arctan(y(t)/x(t)))     (公式1)

[算式2]

$P\left(t\right)=\sqrt{x{\left(t\right)}^2+y{\left(t\right)}^2}$ (公式2)

在这里的符号t表示频率信号的时刻。

图9(c)表示在图9(a)中发动机的转速增加来进行加速的区间的频率(例如频率f4)的能量的时间变化。横轴是时间轴，纵轴表示频率信号的大小(能量)。根据图9(c)可知，能量的变动是随机，无法观测其增加或减少。如图9(c)所示，通常情况下，谱图省略相位信息，而仅由能量表示信号的变化。因此，为了观测发动机声音的声压的变化，需要足够长时间(数秒)的声音信号。进而，在存在风等的杂音的情况下，因为声压的变化被噪音淹没，所以观测困难。因此，在需要短时间内将周围车辆的加减速的状况通知驾驶员的安全行驶支援等的应用中进行使用，在以往情况下是困难的。

在图9(d)中示出了在图9(a)中发动机的转速增加来进行加速的区间的规定的频率间(例如转速的频率从f4增加到f5)的时间变化。横轴表示时间轴。纵轴是频率，填涂有斜线的部分902表示具有一定的能量的区间。根据图9(d)可知，频率的变动是随机，无法观测发动机转速的增加或减少。如图9(c)所示，通常情况下，在谱图中省略了相位信息，而仅由能量表示信号的变化，因此为了观测发动机声音的频率变化，需要足够长时间(数秒)的声音信号。进而，在存在风等的杂音的情况下，因为频率的变化进一步被噪音淹没，所以观测困难。例如，即使发动机声音从频率f4变化为频率f5，期间如果存在杂音也无法根据频率信息观测变化。因此，在需要将周围车辆的加减速的状况在短时间内通知驾驶员的安全行驶支援等的应用中进行使用是困难的。

因此在本实施方式中关注相位，根据相位的时间变化判断加减速。

上述发动机声音的转速的增减和相位随时间变化的关系用算式表示时，可以表示为以下的关系式。

[算式3]

ψ(t)＝2π∫f(t)dt    (公式3)

如图3等所示可知发动机声音等的频率的变化几乎不存在频率随机的变化或者离散地跳跃这样的情况，在以规定的时间间隔来看时，示出规定的增减。从而，该增减例如以下述的公式4所示一次的分段线性函数近似。

[算式4]

f(t)＝At+f₀    (公式4)

具体的说，在规定的时间区间进行观察的情况下，能够认为时刻t的频率f以从初始值f₀开始在时间t内比例(比例系数A)地进行增减的线段来进行线性近似。

并且，以上公式4表示频率f的情况下，时刻t的相位ψ能够表示为公式5。

[算式5]

ψ(t)＝2π∫f(t)dt＝2π∫(At+f₀)dt＝πAt²+2πf₀t+ψ₀   (公式5)

在这里右边的第3项ψ₀是初始相位，第2项(2πf₀t)表示在时间t内相位按比例前进角频率2πf₀t。并且根据第一项(πAt²)可知，相位能够以二次曲线进行近似。

接下来，对相位校正处理进行说明，该相位校正处理易于进行相位的时间变化的近似处理。

通常情况下，由FFT或DFT得到的相位是一边将基础波形在时间轴上偏离一边进行计算，因此如图2(c)和图2(d)所示，需要将相位ψ(t)变换为相位ψ′(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πft)(f是分析频率)，由此进行相位校正。下面进行详细说明。

最初相位校正部3003(j)决定基准的时刻。图10(a)是表示从图9(a)的时刻t1起在规定时间区间的相位的图，将图10(a)的黑圆标记的时刻t0决定为基准的时刻。

接下来，相位校正部3003(j)决定进行相位校正的、频率信号的多个时刻。在这个例子中，将图10(a)的5个白圆标记的时刻(t1、t2、t3、t4、t5)决定为频率信号的校正相位的时刻。

在此将基准的时刻t0的频率信号的相位表示为算式6。

[算式6]

ψ(t₀)＝mod 2π(arctan(y(t₀)/x(t₀)))    (公式6)

将对相位进行校正的5个时刻的频率信号的相位表示为算式7。

[算式7]

ψ(t_i)＝mod 2π(arctan(y(t_i)/x(t_i)))(i＝1，2，3，4，5)    (公式7)

将这些修改之前的相位用在图10(a)中的×表示。另外对应时刻的频率信号的大小可用算式8表示。

[算式8]

$P\left(t_i\right)=\sqrt{x{\left(t\right)}^2+y{\left(t_i\right)}^2},(i=\mathrm{1,2,3,4,5})$ (公式8)

接着，在图11中示出对在时刻t2的频率信号的相位进行校正的方法。图11(a)和图10(a)是相同内容的图。另外，图11(b)是以1/f(f是分析频率)的时间间隔、以等角速度用实线表示在0～2π(弧度)之间规则地变化的相位。在此，将校正之后的相位表示为算式9。

[算式9]

ψ′(t_i)(i＝0，1，2，3，4，5)

在图11(b)在对基准的时刻t0的相位和时刻t2的相位进行比较时，时刻t2的相位比时刻t0的相位大算式10的量。

[算式10]

Δψ＝2πf(t₂-t₀)    (公式9)

因此，在图11(a)中，为了校正与基准的时刻t0的相位ψ(t0)之间的时间差引起的相位的偏差，从时刻t2的相位ψ(t2)减去Δψ来求出ψ′(t2)。这是相位校正后的时刻t2的相位。此时，时刻t0的相位因为是基准的时刻的相位，所以相位校正后也是相同的值。具体地说，通过公式10与公式11求出相位校正后的相位。

[算式11]

ψ′(t₀)＝ψ(t₀)    (公式10)

[算式12]

ψ′(t_i)＝mod 2π(ψ(t_i)-2πf(t_i-t₀))(i＝1，2，3，4，5)     (公式11)

将相位校正后的频率信号的相位在图10(b)中用符号×表示。图10(b)的显示的方法与图10(a)相同，因此省略说明。

接着，相位曲线计算部3005(j)使用相位校正部3003(j)求出的校正后的相位信息，将相位随时间变化计算为曲线。

再一次参照图8，频率信号选择部3004(j)根据相位校正部3003(j)求出的、在规定时间宽度的相位校正的频率信号来对相位曲线计算部3005(j)计算相位形状时使用的频率信号进行选择(步骤103(j))。在这里将作为分析对象的时刻设为t0，根据在时刻t0和时刻t1、t2、t3、t4、t5的频率信号的相位计算相位的形状。此时，在求出相位曲线时使用的频率信号(时刻t0～t5的6个频率信号)由规定值以上的数量构成。这是因为在用于求出相位距离所选择的频率信号的数量少的情况下难以判断相位随时间变化的规则性。在这里规定的时间宽度的时长也可以基于提取声音的相位随时间变化的性质决定。

接着，相位曲线计算部3005(j)计算出相位曲线(步骤S104(j))。假设相位曲线例如由以下的二次多项式(公式12)近似地计算出。

[算式13]

Ψ(t)＝A₂t²+A₁t+A₀      (公式12)

图12是用于说明相位曲线的计算处理的图。如图12所示，根据规定的数量的点能够计算出二次曲线。在本实施方式中将二次曲线作为再回归曲线来进行计算。具体地说，在将各时刻t_i(i＝0，1，2，3，4，5)的校正后的相位设为ψ′(t_i)的情况下，二次曲线Ψ(t)的各系数A₂、A₁、A₀分别表示为

[算式14]

$A_2=\frac{S_{(t\×t,\mathrm{\ψ})}\×S_{(t,t)}-S_{(t,\mathrm{\ψ})}\×S_{(t,t\×t)}}{S_{(t,t)}\×S_{(t\×t,t\×t)}-S_{(t,t\×t)}\×S_{(t,t\×t)}}$ (公式13)

[算式15]

$A_1=\frac{S_{(t,\mathrm{\ψ})}\×S_{(t\×t,t\×t)}-S_{(t\×t,\mathrm{\ψ})}\×S_{(t,t\×t)}}{S_{(t,t)}\×S_{(t\×t,t\×t)}-S_{(t,t\×t)}\×S_{(t,t\×t)}}$ (公式14)

[算式16]

$A_0=\frac{\mathrm{\Σ}{\mathrm{\ψ}}_i^{\′}}{n}-A_1\×\frac{\mathrm{\Σ}{t}_i}{n}-A_2\×\frac{\mathrm{\Σ}{\left(t_i\right)}^2}{n}$ (公式15)

另外，各系数是：

[算式17]

$S_{(t,t)}=\mathrm{\Σ}(t_i\×t_i)-\frac{\mathrm{\Σ}{t}_i\×\mathrm{\Σ}{t}_i}{n}$ (公式16)

[算式18]

$S_{(t,\mathrm{\ψ})}=\mathrm{\Σ}(t_i\×{\mathrm{\ψ}}^{\′}\left(t_i\right))-\frac{\mathrm{\Σ}{t}_i\×\mathrm{\Σ}{\mathrm{\ψ}}^{\′}\left(t_i\right)}{n}$ (公式17)

[算式19]

$S_{(t,t\×t)}=\mathrm{\Σ}(t_i\×t_i\×t_i)-\frac{\mathrm{\Σ}{t}_i\×\mathrm{\Σ}(t_i\×t_i)}{n}$ (公式18)

[算式20]

$S_{(t\×t,\mathrm{\ψ})}=\mathrm{\Σ}(t_i\×t_i\×{\mathrm{\ψ}}^{\′}\left(t_i\right))-\frac{\mathrm{\Σ}(t_i\×t_i)\×\mathrm{\Σ}{\mathrm{\ψ}}^{\′}\left(t_i\right)}{n}$ (公式19)

[算式21]

$S_{(t\×t,t\×t)}=\mathrm{\Σ}(t_i\×t_i\×t_i\×t_i)-\frac{\mathrm{\Σ}(t_i\×t_i)\×\mathrm{\Σ}(t_i\×t_i)}{n}$ (公式20)

再次参照图8，加减速判断部3006(j)(j＝1～M)根据相位曲线计算部3005(j)(j＝1～M)计算出的相位曲线，以相位的增加量为基础，判断发动机转速的增减、即判断车辆的加减速(步骤S105(j))。即，加减速判断部3006(j)根据相位曲线计算部3005(j)计算出的曲线判断加减速。具体地说，根据相位曲线计算部3005(j)计算出的二次曲线是凸向来进行加减速的判断。在公式12得到的系数A2是正数，即向下凸的情况下，判断发动机的转速增加、即车辆加速。另一方面，在系数A2为负数、即向上凸的情况下，判断为发动机转速减少、即车辆减速。

另外，在本实施方式中，对于作为分析对象的时刻t0，根据时刻t1、t2、t3、t4、t5的相位来计算相位的形状。例如，在将时刻t2作为分析对象的情况下(即，将时刻t2设为时刻t0′的情况下)，既可以根据时刻t1′、t2′、t3′、t4′、t5′的相位重新计算出相位曲线而判断加减速，也可以根据从已经算出的t0、t1、t2、t3、t4、t5的相位算出的相位曲线判断加减速。通过进行后者的判断方法，从而起到削减计算量的效果。并且，也可以不按照每个时刻判断加减速，而将分析对象设为规定的区间，按照每个规定的区间判断加减速。

另外，相位校正部3003(j)在进行相位校正时也可以进一步进行以下说明的相位校正处理。在进行以下说明的相位校正处理的情况下，附带进行相位曲线的计算和与相位曲线之间的误差计算等的处理。因此，相位校正部3003(j)一边随时参照相位曲线计算部3005(j)的计算结果一边进行处理。

图13是进一步说明实施相位校正的图。图13的图表均为对发动机声音的一部分进行频率分析的图表，横轴表示时间，纵轴表示相位。各白圆标记是由相位校正部3003(j)进行相位校正的频率信号。

在图13(a)中使用由白圆标记示出的频率信号的相位来算出相位曲线时，能够算出以粗的虚线表示的曲线。细的虚线是误差阈值。细的虚线是表示发动机声音和杂音的边界的线，如果相位在两个细的虚线内侧则表示发动机声音的相位，如果在外侧则表示杂音的相位。在计算与所计算出的相位曲线之间的误差时，可知各频率信号与曲线的误差大的情况下，从阈值偏离较大的点较多。在这里，关注时刻t6、t7、t8、t9的频率信号的相位时可知与其他时刻的相位偏离较大。这是因为相位以0～2π的周期成为环状。因此，考虑到因成为环状的现象也可以计算出相位曲线。由此，能够对与其他时刻相位偏离较大的相位进行校正，能够精确地曲线近似相位随时间的变化。

例如，也可以使用前、后、或者前后N个相位来进行相位校正。在图13(b)中例如算出从时刻t1到t5(例如，N＝5)的相位的平均值。平均相位设为ψ＝2π×10/360。接着在时刻t6的相位设为ψ(6)＝2π×170/360。但因为相位循环，存在ψ(6)＝(2π×170/360)±2π的可能性。另外，在实际情况中存在±2π×m(m为自然数)，但在这里仅考虑m＝1的情况。另外，在频率变化较大的情况下，因为相位变化也较大，所以也可以根据分析的声音来进行考虑改变m。另外，用于计算平均值的相位的选择时刻不限于时刻t1～t5，可能使用任意的时刻。

接着将时刻t6的相位ψ(6)校正为与平均相位ψ的误差小的值。在图13(b)的情况下，ψ(6)＝(2π×170/360)-2π。同样使用时刻t2～t5的相位和校正后的时刻t6的相位对时刻t7的相位进行校正。在本例的情况下，ψ(7)校正为ψ(7)＝ψ(7)-2π。在时刻t8、t9进行同样的处理。

图13(c)表示校正后的相位。可知时刻t6、t7、t8、t9的相位已经已经被校正。在使用校正后的相位曲线对相位曲线进行计算的情况下，计算以粗的虚线表示的曲线。图13(c)的情况下，曲线和其阈值内包含各频率信号，因此作为发动机声音能够适当地提取出来。

另外，相位校正方法也不限于此。例如，也可以首先计算相位曲线，对与计算出的形状误差大的各点进行±2π的相位校正。另外，也可以对相位取得的角度范围进行校正。以下，使用附图进行说明。

图14是用于说明相位校正处理的图。图14的任一个图表中纵轴表示相位横轴表示时间。白圆标记表示在各时刻的频率信号的相位。图14(a)表示将从0到2π作为角度范围时的频率信号的相位。基于各相位以计算出的黑色的曲线来表示相位曲线。图14(c)以与曲线的误差为基础来对相位进行校正。具体地说，对时刻t1的相位进行加上+2π的校正。另外，对时刻t8的相位进行加上-2π的校正。

另一方面，图14(b)表示将-π到π设为角度范围的的情况下的频率信号的相位。与图14(a)相同，以各相位为基础以计算出的黑色的曲线表示相位曲线。图14(d)表示将与曲线的误差作为基础来对相位进行校正。具体地说，对时刻t10的相位进行加上-2π的校正。在对与图14(c)的角度范围的情况下的曲线的误差和与图14(d)的角度范围的情况下的曲线的误差进行比较时，可知与图14(c)的角度范围的情况下的曲线的误差变小。因此，采用使用了图14(c)的角度范围的相位曲线。如上所述，也可以进行角度范围的控制，来计算相位曲线。由此，能够对与其他时刻的相位较大偏离的相位进行校正，从而可更加精确地进行加减速的判断。

如以上说明，在发动机转速增加的情况下，发动机声音的频率随着时间的经过而增加，发动机声音的频率信号的相位加速地增加。另一方面，在发动机转速减少的情况下，发动机声音的频率随着时间的经过减少，发动机声音的频率信号的相位加速地减少。相位是加速地增加还是加速地减少能够根据在短时间范围内所包含的相位来进行判断。因此，根据实施方式1，能够实时地判断在本车周围存在的周围车辆的发动机转速的增减。由此，能够实时地判断周围车辆正在加速或者正在减速。

实施方式2

接下来，对实施方式2所涉及的杂音去除装置进行说明。该杂音去除装置对应权利要求中的转速增减判断装置。

在实施方式1中，对接受发动机声音、以相位随时间变化为基础来进行加减速的判断的手法进行说明。在本实施方式中，对以下方法来进行说明：接受发动机声音和风等的杂音的混合声音，从混合声音中提取发动机声音，以相位随时间变化为基础来进行加减速的判断。

图15以及图16是表示本发明的实施方式2中的杂音去除装置的结构的框图。

在图15中，杂音去除装置1500具有麦克风2400、DFT分析部2402、杂音去除处理部1504以及加减速判断部3006(j)。

DFT分析部2402进行与图7所示的DFT分析部3002相同的处理。因此，在此不重复进行详细的说明。

以下，假设将由DFT分析部2402求出的频带的个数设为M，将指定这些频带的号码用符号j(j＝1～M)表示。

杂音去除处理部1504具有相位校正部1501(j)(j＝1～M)、提取声音判断部1502(j)(j＝1～M)、以及声音提取部1503(j)(j＝1～M)。声音提取部1503(j)与权利要求中的音响信号识别单元对应。

相位校正部1501(j)(j＝1～M)对DFT分析部2402求出的频带j的频率信号将时刻t的频率信号的相位设为ψ(弧度)时，将相位校正为ψ′(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πft)(f为分析频率)。

提取声音判断部1502(j)(j＝1～M)在规定的时间宽度内，根据对在作为分析对象的时刻进行了相位校正的频率信号，来对相位随时间变化近似的相位曲线(近似曲线)进行计算，并对计算出的相位曲线和作为分析对象的时刻的相位之间的误差进行计算。此时用于求相位距离(相位曲线和设为分析对象的时刻的相位之间的误差)时使用的频率信号的数值由第一阈值以上的数值构成。此时相位距离使用ψ′(t)来进行计算。

声音提取部1503(j)(j＝1～M)以提取声音判断部1502(j)(j＝1～M)计算出的误差(相位距离)为基础，将误差在第二阈值以下的频率信号作为提取声音来进行提取。

加减速判断部3006(j)(j＝1～M)根据相位曲线计算部3005(j)(j＝1～M)计算出的相位曲线、以相位的增加量为基础仅对由声音提取部1503(j)(j＝1～M)所提取的发动机声音判断发动机转速的增减、即车辆的加减速。

通过一边在时间方向上移动规定的时间宽度一边进行这些处理，从而能够按照每个时间-频率区域提取出提取声音的频率信号2408。

并且，在加减速判断部3006(j)基于被提取出的发动机声音的相位曲线的形状(具体地说是凸的趋向)来判断加减速。即，加减速判断部3006(j)(j＝1～M)根据相位曲线计算部3005(j)(j＝1～M)计算出的相位曲线、以相位的增加量为基础仅对由声音提取部1503(j)(j＝1～M)所提取的发动机声音判断加减速。

在图16示出表示提取声音判断部1502(j)(j＝1～M)的结构的框图。

提取声音判断部1502(j)(j＝1～M)具有频率信号选择部1600(j)(j＝1～M)、相位距离判断部1601(j)(j＝1～M)、以及相位曲线计算部1602(j)(j＝1～M)。相位距离判断部1601(j)与权利要求中的误差计算单元对应。

频率信号选择部1600(j)(j＝1～M)在规定的时间宽度上从相位校正部1501(j)(j＝1～M)进行了相位校正的频率信号中选择用于计算相位曲线以及计算相位距离的频率信号。

相位曲线计算部1602(j)(j＝1～M)使用对频率信号选择部1600(j)(j＝1～M)选择的频率信号进行相位校正后的相位ψ′(t)，将随着时间的经过相位变化的相位形状作为二次曲线来进行计算。并且相位距离判断部1601(j)(j＝1～M)对相位曲线计算部1602(j)(j＝1～M)计算出的相位曲线和作为分析对象的时刻的校正后的相位ψ′(t)的相位距离进行判断。

对如上所构成的杂音去除装置1500的动作进行说明。

在下面对第j个频带进行说明，但其他的频带也进行相同的处理。在这里以频带的中心频率和分析频率(求出相位距离的ψ′(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πft)的频率是f，判断在频率f是否存在提取声音)一致的情况为例进行了说明。作为其他方法，也可以将在频带中包含的多个频率作为分析频率来进行提取声音的判断。这种情况下，能够判断在中心频率的周边频率是否存在提取声音。

图17以及图18是表示杂音去除装置1500的动作顺序的流程图。153

最初，麦克风2400收集来自外部的混合声音2401，将收集的混合声音输出到DFT分析部2402(S200)。

DFT分析部2402接受混合声音2401，对混合声音2401实施傅里叶变换处理，并按照每个频带j求出混合声音2401的频率信号(步骤S300)。

接着，相位校正部1501(j)对DFT分析部2402求出的频带j的频率信号在将时刻t的频率信号的相位设为ψ(t)(弧度)时，通过将相位ψ(t)变换为ψ′(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πft)(f为分析频率)，来进行相位校正(步骤S1700(j))。

在此，通过附图对在本发明中使用相位的理由进行说明。

图19是对在DFT分析中的能量和相位进行说明的图。图19(a)与图3相同，是对汽车的发动机声音进行DFT分析的谱图。

图19(b)是从时刻t1开始使用规定的时间窗宽度的海因窗来在多个空间上表示频率信号601的图。计算出频率f1、f2、f3等各频率的能量和相位。频率信号601的长度表示能量，频率信号601与实轴所成的角度表示相位。

并且，如图19(a)中的t1、t2、t3所示，一边进行时间偏移一边求出在各时刻的频率信号。另外，通常情况下，谱图仅表示在各时刻的各频率的能量，对相位进行省略。图3和图19(a)所示的谱图同样，仅表示DFT分析后的能量的大小。

在图19(c)中示出在图19(a)中规定的频率(例如频率f4)在时间方向上的相位的变动。横轴表示时间，纵轴表示频率信号的相位，是以0～2π(弧度)间的值进行表示。

在图19(d)表示在图19(a)中的、规定频率(例如频率f4)的能量随时间的变化。横轴是时间轴，纵轴表示频率信号的大小(能量)。

图20是说明存在风等杂音情况下的汽车发动机声音的图。图20(a)与图3相同，是对汽车发动机声音进行DFT分析后的谱图。纵轴表示频率，横轴表示时间，颜色的浓度表示频率信号能量的大小。但是与图3不同，因为包含风等杂音，所以在发动机声音以外的频率也存在颜色深的部分，因此成为仅以能量完全不清楚是发动机声音还是风杂音的状态。

图20(b)是表示在时刻t2的发动机声音部分频率f4在规定时间的能量推移的图表。可知因风等杂音的影响能量不稳定。图20(c)是表示在时刻t3的不存在发动机声音的部分的频率f4在规定时间的能量推移的图表。可知存在非稳定的能量。另外，可知即使对图20(b)以及图20(c)进行比较，仅以能量也完全不能区别是存在风杂音还是存在发动机声音。

因此，在本发明中为了提取发动机声音使用相位随时间的变化。首先，对发动机声音的相位特性进行说明。

发动机通过规定数量的汽缸进行活塞运动从而使驱动***运转。并且车辆所发出的发动机声音包括依靠该发动机运行的声音、和不依靠发动机运行的固定振动声音或非周期声音。特别是从车辆外部能够检测到的主要的声音是依赖于发动机运行的周期声音，在本发明中将依赖于发动机运行的周期声音作为发动机声音来进行提取。

如图3所示，可知发动机声音通过转速的变化从而频率发生变化。在此关注于频率变化时，可知几乎不存在频率的随机变化或离散的跳跃，以规定的时间间隔来看频率大体根据时刻来进行变化。因此，发动机声音能够以上述公式4示出的分段线性函数近似。具体地说，在以规定的时间区间来看的情况下，可以认为在时刻t的频率f能够以从初始值f₀开始在时间t内比例地(比例系数A)增减的线段来进行线性近似。

并且，在将频率f用上述公式4表示的情况下，在时刻t的相位ψ能够用上述公式5表示。

相位校正部1501(j)进行用于使相位随时间变化的近似处理变得容易的相位校正处理。即，相位校正部1501(j)通过将在图19(c)中示出的频率信号的相位ψ(t)变换为相位ψ′(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πft)(f是分析频率)，从而进行相位校正。

该相位校正处理的详细情况与参照图10以及图11来进行说明的实施方式1所涉及相位校正部3003(j)执行的相位校正处理相同。因此，在这里不进行重复的详细说明。

再一次参照图17，提取声音判断部1502(j)使用相位校正部1501(j)求出的校正后的相位信息来计算相位的形状。然后，求出作为分析对象的时刻的频率信号与在与作为分析对象时刻不同的多个时刻的频率信号之间的相位距离(误差)(步骤S1701(j))。

图18是表示对提取声音的频率信号进行判断处理(步骤S1701(j))的动作顺序的流程图。

频率信号选择处理(S1800(j))以及相位曲线计算处理(S1801(j))分别与在实施方式1中所说明的频率信号选择处理(图8的S103(j))以及相位曲线计算处理(S104(j))相同。因此在这里不重复这些详细的说明。

参照图18相位距离判断部1601(j)根据相位曲线计算部1602(j)算出的形状来计算相位距离(步骤S1802(j))。在该例子中，相位距离(误差)E0是相位的差分误差，由公式21求出。

[算式22]

E₀＝|Ψ(t₀)-ψ′(t₀)|     (公式21)

另外，也可以除去作为分析对象的点来计算形状，并对计算出的形状和作为分析对象的点的相位的差进行计算。根据该计算方法，在包含与作为分析对象的点算出的形状显著偏离的噪声的情况下能够更加准确地将形状进行近似。

另外，在本例中，根据时刻t1、t2、t3、t4、t5的相位，对于作为分析对象的时刻t0计算出相位的形状。例如，在将t2作为分析对象的情况下(即，作为时刻t0‘的情况下)，既可以重新根据时刻t1′、t2′、t3′、t4′、t5′的相位计算出相位曲线来计算出误差，也可以根据已经计算出的t0、t1、t2、t3、t4、t5的相位曲线来计算误差。即，使用已经计算出的相位曲线的误差是公式22。

[算式23]

E_i＝|Ψ(t_i)-ψ′(t_i)|     (公式22)

根据该方法，因为相位曲线的计算次数减少，所以起到了减少计算量的效果。进而，也可以将分析对象设为规定的区间，根据误差的平均值来辨别在分析对象区域中的所有的频率信号是否存在误差。例如，误差的平均值可用以下的公式23来进行表示。

[算式24]

$E=1/n\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}|\mathrm{\Ψ}\left(t_k\right)-{\mathrm{\ψ}}^{\′}\left(t_k\right)|$ (公式23)

再一次参考图17，声音提取部1503(j)将相位距离(误差)在阈值以下的作为分析对象的频率信号的每一个作为提取声音来进行提取(步骤S1702(j))。

并且加减速判断部3006(j)以所提取的发动机声音部分的相位曲线的形状(凸向)为基础来判断加减速(步骤S105(j))。

图21是概要地示出在求出相位距离的规定的时间宽度(96ms)中的混合声音的频率信号的进行相位校正后的相位ψ′(t)的图。横轴表示时间t，纵轴表示进行校正的相位。黑圆标记表示作为分析对象的频率信号的相位，白圆标记表示用于求出相位曲线所使用的频率信号的相位。粗的虚线1101是计算出的相位曲线。可知以进行相位校正的各点为基础作为相位曲线来计算出二次曲线。细的虚线1102表示误差的阈值(例如设为20度)。即，上侧的虚线1102是使虚线1101向上偏移阈值量的线，下侧的虚线1102是使虚线1101向下偏移阈值量的线。作为分析对象的频率信号的相位如果被收纳在两个虚线1102以内则判断为该频率信号是提取声音(周期声音)的频率信号，如果没有被收纳在两个虚线1102以内则判断为该频率信号是杂音的频率信号。

在图21(a)中，以黑圆标记表示的分析对象的频率信号的相位与相位的二次曲线的误差未达到阈值。因此声音提取部1503(j)将该频率信号作为提取声音的频率信号来进行提取。在图21(b)中，以黑圆标记表示的分析对象的频率信号的各个相位与相位的二次曲线的误差在阈值以上。因此，声音提取部1503(j)不将这些频率信号作为提取声音的频率信号来进行提取，而是作为杂音去除。

图22是对由本实施方式表示的方法的发动机声音提取处理进行说明的图。如公式3所示，在以分段线性函数对发动机声音进行近似的情况下，相位如公式12所示，能够用二次曲线来进行近似。

图22(a)是与图19(a)所示的图相同的谱图。图22(b)～图22(e)是表示在图22(a)中以四角标记表示的四个区域的频率信号的图表。四个区域中的每一个都是具有一个频带的区域。在图22(b)～图22(e)所表示的图表中，横轴表示时间，纵轴表示相位。白圆标记表示实际分析的频率信号，粗的虚线表示计算出的近似曲线。另外，细的虚线表示提取声音和杂音的阈值。

图22(b)是表示发动机的转速正在下降，即在时间-频率空间中频率随时间变化能够以负的倾向的一次式近似的、发动机声音部分的校正后的相位的图表。可知相位曲线呈现向上凸的形状。并且可知所分析后的各频率信号大体收纳在阈值以内。

图22(c)是表示发动机的转速正在提高，即在时间-频率空间中频率随时间变化能够以正的倾向的一次式近似的、发动机声音部分的校正后的相位的图表。可知相位曲线呈现向下凸的形状。并且可知所分析后的各频率信号大体收纳在阈值以内。

图22(d)是表示发动机的转速恒定，即在时间-频率空间中频率没有变化、二次系数能够近似为零的、发动机声音部分的校正后的相位的图表。可知相位曲线的二次项为零、呈现一次直线的形状。并且可知所分析后的各频率信号大体收纳在阈值以内。根据这些可知二次曲线的表现能够识别包含频率没有变化的发动机声音。

图22(e)是表示对风杂音部分校正后的相位的图表。可知因为风杂音的频率信号的相位是分散的，所以即使计算出二次的近似曲线，也因该曲线的误差大而几乎没有阈值以内的信号部分。

这样，根据所计算的曲线和与曲线的误差能够区别风杂音和发动机声音。

图23是说明相位曲线的误差的图。横轴表示发动机声音、雨声、以及风杂音的各音响信号。纵轴表示从本发明得到的相位曲线的误差的均值以及分布。即、纵轴的线段宽度表示得到的误差的范围，菱形表示平均值。例如、在发动机声音的情况下，误差的范围是从1度到18度之间，误差的平均值是10度。

分析条件如下。对于以8KHz进行抽样的各种声音，以256点(32ms)进行频率分析，以768点(96ms)作为区间来进行相位曲线的计算。并且计算出相位曲线的误差的均值与分布。通过图23可知，相对于发动机声音的平均值10度与相位曲线的误差小的情况，雨声68度、风杂音48度与相位的相位曲线之间的误差大。这样可知，如发动机声音的周期声音和如风杂音的非周期声音在与相位曲线的误差上存在很大差异。在本例中，例如将阈值设定为20度等，将阈值以下作为发动机声音来进行适当的提取。

图24是用来说明声音识别的图。各图表的横轴表示时间，纵轴表示频率。图24(a)是对风杂音和发动机声音混合的声音进行频率分析的谱图。颜色的深度表示能量的大小，颜色越浓表示的能量越大。分析条件如下。对于以8KHz进行抽样的声音，以512点进行频率分析，以1536点作为区间来进行相位曲线的计算。并且将相位曲线误差的阈值设为20度来进行发动机声音的提取。

图24(b)是以在本实施方式中的手法对风杂音和发动机声音进行识别的图表。黑色部分是作为发动机声音而被提取出的部分。图24(a)中因风等的影响而混合有杂音，所以到底哪部分是发动机声音来进行提取是困难的。但是在以本实施方式的方法在提取发动机声音的情况下，示出了能够适当地提取发动机声音的情形。特别是可知发动机转速急剧增加部分或减少部分能够与恒定声音一起提取。

如上所述，根据本实施方式，按照每个时间-频率区域能够区分发动机声音、风杂音、雨声、背景噪音等。因此，能够去除杂音的影响，仅对发动机声音判断发动机转速增加或减少(周围车辆的加速度增加或减少)。因此能够提高判断精度。

实施方式3

接下来对实施方式3所涉及的车辆检测装置进行说明。该车辆检测装置与权利要求的转速增减判断装置对应。

实施方式3涉及的车辆检测装置是根据从多个麦克风输入的各个混合音判断发动机声音(提取声音)的频率信号，通过声音到达的时间差计算车辆到达方向，向驾驶员通知接近车辆的方向以及存在。此时，仅对加速接近车辆方向以及存在进行通知，对正在减速或匀速运行的接近的车辆不通知方向以及存在。

图25以及图26是示出在本发明实施方式3的车辆检测装置结构的框图。

在图25中，车辆检测装置4100具有麦克风4107(1)、麦克风4107(2)、DFT分析部1100、车辆检测处理部4101、加减速判断部3006(j)(j＝1～M)、以及方向检测部4108。

车辆检测处理部4101具有相位校正部4102(j)(j＝1～M)、提取声音判断部4103(j)(j＝1～M)、声音提取部4104(j)(j＝1～M)、方向检测部4108、以及提示部4106。

另外，在图26中，提取声音判断部4103(j)(j＝1～M)、具有相位距离判断部4200(j)(j＝1～M)、相位曲线计算部4201(j)(j＝1～M)、以及频率信号选择部4202(j)(j＝1～M)。相位距离判断部4200(j)与权利要求中的误差计算单元对应。

在图25中，麦克风4107(1)收集来自外部的混合声音2401(1)。麦克风4107(2)收集来自外部混合声音2401(2)。在本例子中，麦克风4107(1)和麦克风4107(2)分别在本车辆左前和右前的保险杠处进行设置。这些混合声音的每一个例如由以8KHz进行抽样车辆的发动机声音和风杂音构成。另外，抽样的频率也不限于8KHz。

DFT分析部1100对所输入的混合声音2401(1)和混合声音2402(2)的每一个实施离散傅里叶变换处理，求出混合声音2401(1)和混合声音2402(2)的频率信号。在这里的DFT时间窗宽度是256点(38ms)。在下面将由DFT分析部1100求出的频带的个数设为M，用符号j(j＝1～M)表示指定这些频带的号码。在该例子中以每隔10Hz间隔对在车辆发动机声音存在的10Hz～500Hz的频带进行分割(M＝50)，求出频率信号。

相位校正部4102(j)(j＝1～M)对DFT分析部1100求出的频带j(j＝1～M)的频率信号将时刻t的频率信号的相位设为ψ(t)(弧度)时，将相位校正为ψ″(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πf′t)(f′是频带的频率)。在该例子中，不以分析频率对ψ(t)进行校正，而以求出频率信号的频带的频率f′来进行校正。

提取声音判断部4103(j)(j＝1～M)在规定的时间宽度内根据在作为分析对象时刻进行了相位校正的频率信号算出相位曲线，以计算出的相位曲线为基础对提取的声音进行判断。此时，在求出相位距离时所使用的频率信号的数量由第一阈值以上的数量构成。在这里将规定的时间宽度设为96ms。另外，此时相位距离使用校正后的相位ψ″(t)来进行计算。提取声音判断部4103(j)(j＝1～M)实施的处理与实施方式2示出的提取声音判断部1502(j)(j＝1～M)实施的处理相同，因此这里不重复进行详细的说明。

图26是示出提取声音判断部4103(j)(j＝1～M)的结构的框图。

提取声音判断部4103(j)(j＝1～M)具有相位距离判断部4200(j)(j＝1～M)、相位曲线计算部4201(j)(j＝1～M)、以及频率信号选择部1600(j)(j＝1～M)。

频率信号选择部4202(j)(j＝1～M)在规定的时间宽度内，从相位校正部4102(j)(j＝1～M)进行相位校正的频率信号中选择用于计算相位曲线以及计算相位距离的频率信号。频率信号选择部4202(j)(j＝1～M)实施的处理与实施方式2中示出的频率信号选择部1600(j)(j＝1～M)实施的处理相同。因此不重复进行详细说明。

相位曲线计算部4201(j)(j＝1～M)使用频率信号校正后的相位ψ′′(t)来将随着时间经过相位变化的相位形状作为曲线进行计算。相位曲线计算部4201(j)(j＝1～M)实施的处理与实施方式2示出的相位曲线计算部1602(j)(j＝1～M)实施的处理相同，因此不重复进行详细的说明。

并且，相位距离判断部4200(j)(j＝1～M)对与相位曲线计算部4201(j)(j＝1～M)算出的相位曲线之间的相位距离是否为第二阈值以下进行判断。具体地说，将计算出相位曲线的区间设为768点(96ms)来计算相位曲线，并求出相位距离。相位距离判断部4200(j)(j＝1～M)的相位曲线计算方法以及相位距离(误差)的计算方法与实施方式2示出的相位距离判断部1601(j)(j＝1～M)的方法相同。因此不重复进行详细的说明。

接着，声音提取部4104(j)(j＝1～M)以提取声音判断部4103(j)(j＝1～M)判断的相位距离为基础，来提取发动机声音。具体地说，将误差的阈值设为20度，阈值以下作为发动机声音进行提取。声音提取部4104(j)(j＝1～M)实施的处理与实施方式2示出的声音提取部1503(j)(j＝1～M)实施的处理相同。因此不重复进行详细的说明。另外，声音提取部4104(j)(j＝1～M)进一步在提取出发动机声音时输出提取声音检测标记4105。

再一次参照图25，加减速判断部3006(j)基于提取声音检测标记4105的有无，仅对声音提取部4104(j)提取出的发动机声音根据相位曲线计算部4201(j)算出的相位曲线，以相位的增加量为基础来对发动机转速的增减即车辆的加减速进行判断。

方向检测部4108对所提取出的发动机声音的时间-频率区域确定车辆存在的方向。例如以到达的时间差为基础检测车辆的方向。例如在某一个麦克风提取到发动机声音的情况下，使用两个麦克风来确定车辆存在的方向。风杂音对两个麦克风来说是不均匀的，因为也存在仅在一个麦克风存在杂音，另一个不存在杂音的情况。另外，也可以在两个麦克风提取发动机声音的情况下确定方向。

另外，方向检测部4108仅在由加减速判断部3006(j)判断为发动机转速正在增加的情况下(判断为车辆加速的情况下)输出车辆方向的检测结果。

将麦克风4107(1)以及麦克风4107(2)的间隔设为d(m)。根据相对于本车辆方位θ(弧度)检测出发动机声音。当将在麦克风间到达的时间差设为Δt(s)，将声速设为c(m/s)时，方位θ(弧度)能够以公式24进行表示。

[算式25]

θ＝sin^-1(Δtc/d)      (公式24)

最后与车辆检测装置4100连接的提示部4106向驾驶员通知由方向检测部4108检测到的车辆方向。例如提示部4106也可以在显示器上显示车辆来自哪个方向。另外，因为方向检测部4108仅输出判断为发动机转速正在增加的车辆的方向，所以提示部4106能够仅将正加速的车辆的方向通知驾驶员。

车辆检测装置4100以及提示部4106一边在时间方向上移动规定的时间宽度一边进行这样的处理。

接下来对如上所述构成的车辆检测装置4100的动作进行说明。

在下面对第j个频带(频带的频率为f′)进行说明。

图27、图28是表示车辆检测装置4100的动作顺序的流程图。

最初，麦克风4107(1)以及4107(2)分别收集来自外部的混合声音2401，并将这些收集的混合声输出到DFT分析部2402(步骤S201)。

DFT分析部1100接受混合声音2401(1)和混合声音2401(2)，并分别对混合声音2401(1)和混合声音2401(2)实施离散傅里叶变换处理，求出混合声音2401(1)和混合声音2401(2)的频率信号(步骤S300)。

接下来，相位校正部4102(j)对DFT分析部1100求出的频带j(频率f′)的频率信号将时刻t的频率信号的相位设为ψ(t)(弧度)时，通过将相位ψ(t)变换为ψ″(t)＝mod 2π(ψ(t)-2πf′t)(f′是频带的频率)，来进行相位的校正(步骤S4300(j))。

接着，提取声音判断部4103(j)(相位距离判断部4200(j))按照每个混合声音(混合声音2401(1)、混合声音2402(2))，使用在规定时间宽度内的第一阈值以上的数量构成的进行相位校正了的频率信号(第一阈值是具有在规定的时间宽度内的时刻的频率信号的80％的数量)的相位ψ″(t)，来设定分析频率f，并使用所设定的分析频率f来求出相位距离(步骤S4301(j))。

使用图28对步骤4301(j)的处理进行详细的说明。最初，频率信号选择部4202(j)根据相位校正部4102(j)求出的在规定时间宽度内进行相位校正的频率信号，选择用于相位曲线计算部4201(j)计算相位形状的频率信号(步骤S1800(j))。

并且，相位曲线计算部4201(j)计算出相位曲线(步骤S1801(j))。

接下来，相位距离判断部4200(j)对相位曲线计算部4201(j)计算出的形状与作为分析对象时刻的校正后的相位之间的相位距离进行计算(步骤S1802(j))。

再次参照图27，声音提取部4104(j)将相位距离为第二阈值以下的、在规定的时间宽度的频率信号判断为发动机声音的频率信号(步骤S4302(j))。另外，声音提取部4104(j)(j＝1～M)进一步在提取发动机声音时，输出提取声音检测标记4105。

加速度判断部3006(j)基于提取声音检测标记4105的有无，仅对由声音提取部4104(j)提取出的发动机声音，根据相位曲线计算部4201(j)计算出的相位曲线以相位的增加量为基础来判断加减速(S4303(j))。

方向检测部4108对由声音提取部4104(j)提取出的发动机声音的时间-频率区域确定车辆存在的方向，仅在判断车辆的发动机转速正在增加的情况下(判断车辆正在加速的情况下)，向提示部4106输出车辆方向的检测结果。提示部4106向驾驶员通知由方向检测部4108所检测到的车辆的方向(步骤S4304)。

如上所述，根据实施方式3所涉及的车辆检测装置仅在判断为发动机转速正在增加的情况下，能够输出声音源方向的检测结果。因此，仅在如周围车辆一边加速一边接近等特别危险的情况下，能够向驾驶员提示周围车辆接近方向。

以上是对本发明的实施方式涉及的加减速判断装置、杂音去除装置以及车辆检测装置进行说明，但本发明并不限于这些实施方式。

例如，在上述实施方式中，以提取发动机声音为例来进行说明，但本发明作为提取对象的声音并不限于发动机声音，例如，只要是例如人或者动物的声音或者电动机声音等的周期的声音，就可适用本发明。

另外，声音提取部按照每个频率信号判断是周期声音还是杂音，但也可以按照每个规定的时间宽度判断包含在该规定时间宽度内的频率信号时周期声音还是杂音。例如，参照图21，声音提取部也可以按照各个规定的时间宽度，针对在该时间宽度所包含频率信号的相位与相位曲线计算部求出的二次曲线之间的误差未达到阈值的相位的比例在规定的比例以上时，将包含在该时间宽度内的全部的频率信号判断为周期声音；在上述比例未达到规定比例的情况下，将包含在该时间宽度内的所有频率信号判断为杂音。

另外，加速度判断部也可以仅在随着时间的经过相位的变化值在规定阈值以下的情况下，判断发动机转速的增加或者减少(周围车辆的加减速)。例如，也可以仅在连续时刻间的相位的差的绝对值在规定阈值以下的情况下，进行上述判断。如在周围车辆换挡的情况下，相位急剧变化。因此，除了上述这种情况，能够进行上述判断。

另外，在实施方式3中，仅对加速接近的车辆提示其方向，但也可以对正在加速的接近车辆和正在匀速运行接近的车辆提示方向，而对正在减速接近的车辆不提示方向。

另外，上述各装置具体地说也可以构成为由微处理器、ROM、RAM、硬盘驱动器、显示单元、键盘、以及鼠标等构成计算机***。在RAM或者硬盘驱动器中存储有计算机程序。微处理器通过按照计算机程序来进行动作从而各装置实现其功能。在这里，计算机程序为了实现规定的功能，而由多个命令代码组合而成，其中，该命令代码表示对计算机的指令。

进而，构成上述各装置的构成元件的一部分或者全部也可以由一个***LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)构成。***LSI是将多个结构部件集成到一个芯片上而被制造的超多功能LSI。具体地说，是包含微处理器、ROM、RAM等而构成的计算机***。RAM存储有计算机程序。微处理器按照计算机程序来进行动作，从而***LSI实现其功能。

另外，构成上述各装置的结构要件的一部分或者全部也可以是由在各装置可拆装的IC卡或者单体模块来构成。IC卡或者模块是由微处理器、ROM、RAM等构成的计算机***。IC卡或者模块也可以包含上述超多功能LSI。微处理器按照计算机程序来进行动作，从而IC卡或者模块实现其功能。该IC卡或者该模块也可以具有防篡改性。

另外，本发明也可以使上述所示的方法。另外，既可以是通过计算机实现这些方法的计算机程序，也可以是由上述计算机程序构成的数字信号。

进而，本发明的上述计算机程序或者数字信号也可以记录在计算机能够读取的非易失性的记录介质中，例如软盘、硬盘、CD-ROM、MO、DVD、DVD-ROM、DVD-RAM、BD(蓝光盘(注册商标))、半导体存储器等。另外，在这些非易失性记录介质中所记录的也可以是记录上述数字信号。

另外，本发明也可以是将上述计算机程序或者上述数字信号经由电通信线路、无线或者有线通信线路、以因特网为代表的网络、以及数据广播等来进行传送。

另外，本发明也可以是具有微处理器和存储器的计算机***，上述存储器存储上述计算机程序，上述微处理器按照上述计算机程序来进行动作。

另外，本发明也可以通过将上述程序或者上述数字信号存储在上述非易失性的存储介质中来进行传送，或者通过经由上述网络来传送上述程序或者上述数字信号，从而通过上述其他计算机来进行实施。

进而，也可以分别将上述实施方式以及上述变形例进行组合。

本次所公开的实施方式是所有的点的例示，应该理解为不是对其限定。本发明的保护范围不是上述说明内容，而是由权利要求的范围所示。并且包含与权利要求的范围相当的意思以及范围内的所有的变形。

本发明适用于以下的转速增减判断装置，该转速增减判断装置能够使用周围车辆的发动机声音来对发动机转速的增减进行判断。

符号说明

1100、2402、3002DFT分析部

1500杂音去除装置

1501(j)(j＝1～M)、3003(j)(j＝1～M)、4102(j)(j＝1～M)相位校正部

1502(j)(j＝1～M)、4103(j)(j＝1～M)提取声音判断部

1503(j)(j＝1～M)、4104(j)(j＝1～M)声音提取部

1504杂音去除处理部

1600(j)(j＝1～M)、3004(j)(j＝1～M)、4202(j)(j＝1～M)频率信号选择部

1601(j)(j＝1～M)、4200(j)(j＝1～M)相位距离判断部

1602(j)(j＝1～M)、3005(j)(j＝1～M)、4201(j)(j＝1～M)相位曲线计算部

2400、4107(1)、4107(2)麦克风

2401混合声音

2408提取声音的频率信号

3000加减速判断装置

3006(j)(j＝1～M)加减速判断部

4100车辆检测装置

4101车辆检测处理部

4106提示部

4108方向检测部

Claims (14)

1.一种转速增减判断装置，具有：

频率分析单元，按照每个规定的时间计算出发动机声音中的、规定的频率的频率信号；以及

转速判断单元，对上述频率信号的相位随着时间的经过是加速度地增加还是加速度地减少进行判断，由此判断发动机转速的增加或者减少。

2.如权利要求1所述的转速增减判断装置，

上述转速判断单元在随着时间的经过上述相位加速度地增加的情况下，判断为发动机转速正在增加；在随着时间的经过上述相位加速度地减少的情况下，判断为发动机转速正在减少。

3.如权利要求1所述的转速增减判断装置，

还具有相位曲线计算部，计算对上述频率信号的相位随时间变化进行近似的相位曲线，

上述转速判断单元通过基于上述相位曲线的形状对上述频率信号的相位是加速度地增加还是加速度地减少进行判断，从而判断发动机的转速是增加还是减少。

4.如权利要求3所述的转速增减判断装置，

上述转速判断单元在上述相位曲线向下凸的情况下判断为上述频率信号的相位正在加速度地增加，从而判断为发动机转速正在增加。

5.如权利要求3所述的转速增减判断装置，

上述转速判断单元在上述相位曲线向上凸的情况下判断为上述频率信号的相位正在加速度地减少，从而判断为发动机转速正在减少。

6.如权利要求3所述的转速增减判断装置，

上述转速判断单元仅在随着时间的经过的相位的变化值在规定阈值以下的情况下，判断上述发动机转速是增加还是减少。

7.如权利要求3所述的转速增减判断装置，

上述相位曲线是由二次多项式表示的曲线。

8.如权利要求3所述的转速增减判断装置，

还具备相位校正部，在与规定数量的上述相位不同的其他上述相位上加上±2π×m弧度，以使与上述规定数量的上述相位之间的差变小，从而对其他上述相位进行校正，其中，m是自然数。

9.如权利要求3所述的转速增减判断装置，

还具有：

误差计算单元，对上述相位曲线与上述频率信号的相位之间的误差进行计算；以及

相位校正部，按照每个相互不同的角度范围，通过对上述相位加上±2π×m弧度，以使上述相位收纳于该角度范围内，由此对上述相位进行校正，其中，m是自然数，

上述相位曲线计算部按照每个上述角度范围计算出上述相位曲线，

上述误差计算单元按照每个上述角度范围计算出上述误差，

上述相位校正部进一步选择上述相位曲线与上述频率信号相位之间的误差最小时的角度范围，

上述转速判断单元通过基于在所选择的上述角度范围的上述相位曲线的形状，来判断上述频率信号的相位是加速度地增加还是加速度地减少，从而判断发动机转速增加或者减少。

10.如权利要求3所述的转速增减判断装置，

上述频率分析单元按照每个上述规定的时间计算在包含杂音和发动机声音的混合声音中的、上述规定的频率的频率信号，

上述相位曲线计算部，计算对上述混合声音的频率信号的相位随时间变化进行近似的相位曲线，

上述转速增减判断装置还具有：

误差计算单元，对上述相位曲线和上述混合声音的频率信号的相位之间的误差进行计算；以及

音响信号识别单元，基于上述误差，对上述混合声音是否是发动机声音进行识别，

上述转速判断单元对由上述音响信号识别单元识别为发动机声音的上述混合声音的相位判断发动机转速的增加或者减少。

11.如权利要求1所述的转速增减判断装置，

上述频率分析单元对由各自接受发动机声音的输入且相互分开进行配置的多个麦克风所接受的多个发动机声音的每一个计算频率信号，

上述转速增减判断装置还具有：

方向检测部，基于由上述多个麦克风所接受的多个上述发动机声音到达的时间差来检测上述发动机声音的声音源方向，仅在由上述转速判断单元判断为发动机转速正在增加的情况下，输出上述声音源方向的检测结果。

12.如权利要求1所述的转速增减判断装置，

上述转速判断单元进一步在发动机转速正在增加的情况下判断为发出上述发动机声音的车辆正在加速，在发动机转速正在减少的情况下判断为发出上述发动机声音的车辆正在减速。

13.一种转速增减判断方法，具有以下步骤：

频率分析步骤，按照每个规定的时间计算发动机声音中的、规定的频率的频率信号；以及

转速判断步骤，通过对上述频率信号的相位随着时间的经过是加速度地增加还是加速度地减少进行判断，从而判断发动机转速的增加或者减少。

14.一种用于计算机执行的程序，具有以下步骤：

频率分析步骤，按照每个规定的时间计算发动机声音中的、规定的频率的频率信号；以及

转速判断步骤，通过对上述频率信号的相位随着时间的经过是加速度地增加还是加速度地减少进行判断，从而判断发动机转速的增加或者减少。

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