CN116866809B - 一种音频播放设备故障的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种音频播放设备故障的检测方法，包括：响应于接收到进行检测的自检指令，播放预设音频文件pcm＿mic，采集播放预预设音频文件pcm＿mic所输出的声音，形成音频文件pcm＿play；得到播放音频文件的二值化的频谱和声音采集装置采集到的音频文件的二值化的频谱；对二元谱按位进行异或操作，得到异或操作结果，若异或操作结果≥预设相干度阈值，对齐的音频信号帧记为对齐音频帧，若异或操作结果＜预设相干度阈值，则继续找到对齐音频帧；基于计算得到的预设音频文件pcm＿mic与音频文件pcm＿play的互相关系数和互相关系数谱，判断待检测的音频播放设备异常。本发明检测效率高，方便，省时省力。

Description

一种音频播放设备故障的检测方法

技术领域

本发明涉及音频播放设备故障检测技术领域，具体是一种音频播放设备故障的检测方法。

背景技术

现有的音频播放设备（例如音箱、音响等）如果是在出厂前的检测，往往需要依赖于专业的检测设备进行检测，这类专业检测设备价格较贵，只能适用于出厂时的音频播放设备检测，很难应用到出厂后已经交付到消费者（企业）使用后的检测。对于已经投入到使用状态（并不限制为必须是在播放状态）下的音频播放设备，例如广播***中的音箱，其检测一般是通过人耳辨听方式，这种人耳检测方式可靠性不高，很大程度上依赖于人员的经验。另外对于广播***而言，如果音频播放设备分布范围大胆分布密度稀疏，则检测非常不方便并且耗时巨大。特别是在嘈杂的环境下，这种人耳检测方式更难以有效检测。很难判断音频播放设备是否能够输出（播放）声音，以及虽然可以输出声音但音质差，音质差包括只有低音而缺乏高音和只有高音而缺乏低音这两种类型。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种音频播放设备故障的检测方法，其能够解决背景技术所描述的问题。

实现本发明的目的的技术方案为：一种音频播放设备故障的检测方法，包括如下步骤：

步骤1：响应于接收到进行检测的自检指令，待检测的音频播放设备播放预设音频文件pcm_mic，通过声音采集装置采集待检测的音频播放设备播放预设音频文件pcm_mic所输出的声音，形成音频文件pcm_play；

步骤2：分别取预设音频文件pcm_mic的第一帧与音频文件pcm_play的第一帧分别作为待对齐的pcm_mic音频帧和pcm_play音频帧，并分别将待对齐的pcm_mic音频帧和pcm_play音频帧进行傅里叶变换，以将时域的音频转换为频域的音频，分别得到频域的fft_mic音频和fft_play音频，

将fft_mic音频和fft_play音频各自对应的各个子带振幅分别与预设阈值比较，比较结果大于或等于0的子带振幅设为1，比较结果小于0的子带振幅设为0，从而得到fft_mic音频和fft_play音频各自的二元谱，也即得到了播放音频文件的二值化的频谱和声音采集装置采集到的音频文件的二值化的频谱；

步骤3：fft_mic音频的二元谱和fft_play音频的二元谱按位进行异或操作，得到异或操作结果，若异或操作结果≥预设相干度阈值，则将预设音频文件pcm_mic的第一帧与音频文件pcm_play的第一帧视为已经对齐的音频信号帧，对齐的音频信号帧记为对齐音频帧，找到对齐音频帧，则继续执行步骤4，

若异或操作结果＜预设相干度阈值，则取预设音频文件pcm_mic的下一帧作为新的待对齐的pcm_mic音频帧，然后跳转至步骤2，直至预设音频文件pcm_mic的任一帧与音频文件pcm_play的任一帧进行比较后，符号异或操作结果≥预设相干度阈值，从而找到对齐音频帧并继续执行步骤4，或者直至接收到自检结束指令，如果接收到自检结束指令后依然未找到对齐音频帧，则判断待检测的广播视频出现故障；

步骤4：按帧分别计算预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play各自的自谱功率密度和互谱功率密度，基于自谱功率密度和互谱功率密度计算预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play的互相关系数和互相关系数谱，并基于对齐音频帧，按对应的对齐音频帧比较预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play的互相关系数，若根据互相关系数判断为预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play两者为强相关，则判断待检测的音频播放设备正常，若根据互相关系数判断为预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play两者为弱相关，则判断待检测的音频播放设备异常。

进一步地，声音采集装置直接安装在待检测的音频播放设备上而与待检测的音频播放设备形成一个一体装置。

进一步地，声音采集装置安装在待检测的音频播放设备的周围而与待检测的音频播放设备形成分离装置。

进一步地，将预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play分别存储起来。

进一步地，傅里叶变换采用FFT短时快速傅里叶变换。

进一步地，在步骤2中，分别计算fft_mic音频和fft_play音频各自的功率谱，并通过功率计算出fft_mic音频和fft_play音频各自的子带振幅，子带振幅也即是子带的频率振幅，对于采样点数为N的fft_mic音频和fft_play音频，得到N-1个子带振幅。

进一步地，在步骤3中，基于对齐音频帧计算出音频文件pcm_play与预设音频文件pcm_mic两者之间的信号传输延迟，信号传输延迟也即待检测的播放设备开始播放预设音频文件pcm_mic的播放时间与声音采集装置成功采集到声音的采集时间的时间差。

进一步地，在步骤4中，在判断待检测的音频播放设备异常之后，继续执行步骤5，

步骤5：计算音频文件pcm_play的音频能量，若音频能量＜能量阈值，则判断待检测的音频播放设备未有声音输出，不能正常播放，若音频能量≥预设的能量阈值，则判断互相关系数谱中低频部分的系数和高频部分的系数大小，若低频部分的系数小于高频部分的系数且小于预设的系数阈值，则说明待检测的音频播放设备为低音故障，也即只有高音输出而未有低音输出，若高频部分的系数大于低频部分的系数且小于预设的系数阈值，则说明待检测的音频播放设备为高音故障，也即只有低音输出而未有高音输出。

本发明的有益效果为：本发明通过对比采集的声音（音频）和内部播放的音频之间的相关性可以判断出待检测的音频播放设备是否有声音输出，以及在有声音输出后判断出是低音故障还是高音故障的检测，不需要专业检测设备，检测效率更高，并且可以在音频播放设备出厂完成交付后进入使用状态的过程中检测，能够适应诸如广播***具有音频播放设备角度且分布较散（稀疏）的场景，耗时少且方便，省时省力。

附图说明

图1为本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方案，对本发明做进一步描述：

如图1所示，一种音频播放设备故障的检测方法，待检测的音频播放设备上外设有声音采集装置，也即声音采集装置是采集待检测的音频播放设备播放后所输出的声音（音频），而不是直接在电路或者软件上采集由待检测的音频播放设备内部的音频文件的数据。当然，声音采集装置可以直接安装在待检测的音频播放设备上而与待检测的音频播放设备形成一个一体装置；也可以安装在待检测的音频播放设备的周围而与待检测的音频播放设备形成分离装置，也即是与待检测的音频播放设备是一个分离的独立装置。声音采集装置可以为具有拾音功能的麦克风或者其他可以拾音的设备。如果待检测的音频播放设备有多个，则每个待检测的音频播放设备上均设置有声音采集装置，声音采集装置的数量可以为1个，也可以是多个。所述检测方法，包括如下步骤：

步骤1：响应于接收到进行检测的自检指令，待检测的音频播放设备播放预设音频文件pcm_mic。声音采集装置采集待检测的音频播放设备播放预设音频文件pcm_mic所输出的声音，形成音频文件pcm_play。也即声音采集装置采集到待检测的音频播放设备输出的并且经过空气传播后的声音，采集到的声音形成音频文件pcm_play。

对于广播***而言，由广播主机向待检测的音频播放设备发送自检指令。对于其他的待检测的音频播放设备，可以由上位机或者服务器或者其他控制端来下发自检指令。

在一个可选的实施方式中，将预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play分别存储起来，例如，分别存储到mic_fifo存储区域和play_fifo存储区域。

步骤2：分别取预设音频文件pcm_mic的第一帧与音频文件pcm_play的第一帧分别作为待对齐的pcm_mic音频帧和pcm_play音频帧，并分别将待对齐的pcm_mic音频帧和pcm_play音频帧进行傅里叶变换，以将时域的音频转换为频域的音频，分别得到频域的fft_mic音频和fft_play音频，也即是预设音频文件pcm_mic的第一帧进行傅里叶变换后得到fft_mic音频，音频文件pcm_play进行傅里叶变换后得到fft_play音频。

在实际使用时，傅里叶变换可以采用FFT短时快速傅里叶变换。

分别计算fft_mic音频和fft_play音频各自的功率谱，并通过功率计算出fft_mic音频和fft_play音频各自的子带振幅，子带振幅也即是子带的频率振幅，对于采样点数为N的fft_mic音频和fft_play音频，得到N-1个子带振幅。

在本实施例中，预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play所对应的采样点数均为64，因此，每一帧包括64个采样点数，第一帧也即是取前64个采样点数。64个采样点数对应64个频点（频率点），两个相邻的频点构成一个子带，因此，64个频点就构成了63个子带，故可以得到63个子带振幅。

将fft_mic音频和fft_play音频各自对应的各个子带振幅分别与预设阈值比较，比较结果大于或等于0的子带振幅设为1，比较结果小于0的子带振幅设为0，从而得到fft_mic音频和fft_play音频各自的二元谱，也即得到了播放音频文件的二值化的频谱和声音采集装置采集到的音频文件的二值化的频谱。

步骤3：fft_mic音频的二元谱和fft_play音频的二元谱按位进行异或操作，得到异或操作结果，若异或操作结果≥预设相干度阈值，则将预设音频文件pcm_mic的第一帧与音频文件pcm_play的第一帧视为已经对齐的音频信号帧，对齐的音频信号帧记为对齐音频帧，找到对齐音频帧，则继续执行步骤4，对齐音频帧是一组音频帧，包含两个音频帧组成的。若异或操作结果＜预设相干度阈值，则取预设音频文件pcm_mic的下一帧作为新的待对齐的pcm_mic音频帧，然后跳转至步骤2，直至预设音频文件pcm_mic的任一帧与音频文件pcm_play的任一帧进行比较后，符号异或操作结果≥预设相干度阈值，从而找到对齐音频帧并继续执行步骤4，或者直至接收到自检结束指令。如果接收到自检结束指令后依然未找到对齐音频帧，则判断待检测的广播视频出现故障。

在一个可选的实施方式中，基于对齐音频帧计算出音频文件pcm_play与预设音频文件pcm_mic两者之间的信号传输延迟，信号传输延迟也即待检测的播放设备开始播放预设音频文件pcm_mic的播放时间与声音采集装置成功采集到声音的采集时间的时间差。例如，播放的预设音频文件pcm_mic的采样率为48K，则1毫秒有48个采样点数，如果mic_fifo的第96个采样数据点与play_fifo的第1个采样数据点对齐，两者间隔了96个采样点数，因此，说明两个信号延迟2ms，也即两者之间的信号传输延迟为2ms。

步骤4：按帧分别计算预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play各自的自谱功率密度和互谱功率密度，基于自谱功率密度和互谱功率密度计算预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play的互相关系数和互相关系数谱。并基于对齐音频帧，按对应的对齐音频帧比较预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play的互相关系数，若根据互相关系数判断为预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play两者为强相关，则判断待检测的音频播放设备正常，若根据互相关系数判断为预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play两者为弱相关（也即相关性非常差），则判断待检测的音频播放设备异常，并继续执行步骤5。

其中，强相关还是弱相关为现有技术，通常互相关系数若＞0.95，则可以认为是强相关，互相关系数＜0.4则，可以表示弱相关。如果是基于0.4-0.95，则表示缺陷，此时，则需要继续执行步骤5才能判断待检测的音频播放设备是否正常。

步骤5：计算音频文件pcm_play的音频能量，若音频能量＜能量阈值，说明声音采集装置采集的音频的能量几乎为0或非常小，从而可以判断待检测的音频播放设备未有声音输出，不能正常播放。若音频能量≥预设的能量阈值，则判断互相关系数谱中低频部分的系数和高频部分的系数大小，若低频部分的系数小于高频部分的系数且小于预设的系数阈值，则说明待检测的音频播放设备为低音故障，也即只有高音输出而未有低音输出；若高频部分的系数大于低频部分的系数且小于预设的系数阈值，则说明待检测的音频播放设备为高音故障，也即只有低音输出而未有高音输出。

在本步骤中，所谓高频部分的系数也即是指在互相关系数谱中，高频部分的互谱密度。同样的，所谓低频部分的系数也即是指在互相关系数谱中，低频部分的互谱密度。

本发明通过对比采集的声音（音频）和内部播放的音频之间的相关性可以判断出待检测的音频播放设备是否有声音输出，以及在有声音输出后判断出是低音故障还是高音故障的检测，不需要专业检测设备，检测效率更高，并且可以在音频播放设备出厂完成交付后进入使用状态的过程中检测，能够适应诸如广播***具有音频播放设备角度且分布较散（稀疏）的场景，耗时少且方便，省时省力。

本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种音频播放设备故障的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：响应于接收到进行检测的自检指令，待检测的音频播放设备播放预设音频文件pcm_mic，通过声音采集装置采集待检测的音频播放设备播放预设音频文件pcm_mic所输出的声音，形成音频文件pcm_play；

步骤2：分别取预设音频文件pcm_mic的第一帧与音频文件pcm_play的第一帧分别作为待对齐的pcm_mic音频帧和pcm_play音频帧，并分别将待对齐的pcm_mic音频帧和pcm_play音频帧进行傅里叶变换，以将时域的音频转换为频域的音频，分别得到频域的fft_mic音频和fft_play音频，

将fft_mic音频和fft_play音频各自对应的各个子带振幅分别与预设阈值比较，比较结果大于或等于0的子带振幅设为1，比较结果小于0的子带振幅设为0，从而得到fft_mic音频和fft_play音频各自的二元谱，也即得到了播放音频文件的二值化的频谱和声音采集装置采集到的音频文件的二值化的频谱；

步骤3：fft_mic音频的二元谱和fft_play音频的二元谱按位进行异或操作，得到异或操作结果，若异或操作结果≥预设相干度阈值，则将预设音频文件pcm_mic的第一帧与音频文件pcm_play的第一帧视为已经对齐的音频信号帧，对齐的音频信号帧记为对齐音频帧，找到对齐音频帧，则继续执行步骤4，

若异或操作结果＜预设相干度阈值，则取预设音频文件pcm_mic的下一帧作为新的待对齐的pcm_mic音频帧，然后跳转至步骤2，直至预设音频文件pcm_mic的任一帧与音频文件pcm_play的任一帧进行比较后，符号异或操作结果≥预设相干度阈值，从而找到对齐音频帧并继续执行步骤4，或者直至接收到自检结束指令，如果接收到自检结束指令后依然未找到对齐音频帧，则判断待检测的广播视频出现故障；

步骤4：按帧分别计算预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play各自的自谱功率密度和互谱功率密度，基于自谱功率密度和互谱功率密度计算预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play的互相关系数和互相关系数谱，并基于对齐音频帧，按对应的对齐音频帧比较预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play的互相关系数，若根据互相关系数判断为预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play两者为强相关，则判断待检测的音频播放设备正常，若根据互相关系数判断为预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play两者为弱相关，则判断待检测的音频播放设备异常。

2.根据权利要求1所述的音频播放设备故障的检测方法，其特征在于，声音采集装置直接安装在待检测的音频播放设备上而与待检测的音频播放设备形成一个一体装置。

3.根据权利要求1所述的音频播放设备故障的检测方法，其特征在于，声音采集装置安装在待检测的音频播放设备的周围而与待检测的音频播放设备形成分离装置。

4.根据权利要求1所述的音频播放设备故障的检测方法，其特征在于，将预设音频文件pcm_mic与音频文件pcm_play分别存储起来。

5.根据权利要求1所述的音频播放设备故障的检测方法，其特征在于，傅里叶变换采用FFT短时快速傅里叶变换。

6.根据权利要求1所述的音频播放设备故障的检测方法，其特征在于，在步骤2中，分别计算fft_mic音频和fft_play音频各自的功率谱，并通过功率计算出fft_mic音频和fft_play音频各自的子带振幅，子带振幅也即是子带的频率振幅，对于采样点数为N的fft_mic音频和fft_play音频，得到N-1个子带振幅。

7.根据权利要求1所述的音频播放设备故障的检测方法，其特征在于，在步骤3中，基于对齐音频帧计算出音频文件pcm_play与预设音频文件pcm_mic两者之间的信号传输延迟，信号传输延迟也即待检测的播放设备开始播放预设音频文件pcm_mic的播放时间与声音采集装置成功采集到声音的采集时间的时间差。

8.根据权利要求1所述的音频播放设备故障的检测方法，其特征在于，在步骤4中，在判断待检测的音频播放设备异常之后，继续执行步骤5，

步骤5：计算音频文件pcm_play的音频能量，若音频能量＜能量阈值，则判断待检测的音频播放设备未有声音输出，不能正常播放，若音频能量≥预设的能量阈值，则判断互相关系数谱中低频部分的系数和高频部分的系数大小，若低频部分的系数小于高频部分的系数且小于预设的系数阈值，则说明待检测的音频播放设备为低音故障，也即只有高音输出而未有低音输出，若高频部分的系数大于低频部分的系数且小于预设的系数阈值，则说明待检测的音频播放设备为高音故障，也即只有低音输出而未有高音输出。