水下目標(biāo)gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水下目標(biāo)gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法，以傅里葉變換和對數(shù)壓縮為基礎(chǔ)，結(jié)合gammatone聽覺濾波器組和離散小波變換，首先對實測的噪聲數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以使目標(biāo)信號在短時內(nèi)表示為近似平穩(wěn)，然后對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進行傅里葉變換，將時域信號處理轉(zhuǎn)化為頻域信號處理，接著讓其通過gammatone聽覺濾波器組進行聽覺濾波并使用對數(shù)壓縮，最后對對數(shù)壓縮后的數(shù)據(jù)進行離散小波變換，使其維數(shù)降低。這種基于gammatone頻率離散小波系數(shù)的特征提取方法，可以提取出水下目標(biāo)輻射噪聲的有效聽覺特征，從而提高水下目標(biāo)的正確識別率。
【專利說明】水下目標(biāo)gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種水下目標(biāo)ga_atone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法，可應(yīng)用于水下目標(biāo)輻射噪聲的分類識別。
【背景技術(shù)】
[0002]水下目標(biāo)特征提取是指從經(jīng)過預(yù)處理的水下目標(biāo)輻射噪聲波形中提取反映其特點、類型的一組特征(時域特征提取)，或者使用某種方法把目標(biāo)輻射噪聲波形進行變換，然后在變換域中提取反映其特點、目標(biāo)類型的一組特征(變換域特征提取)。特征提取是目標(biāo)識別中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它直接影響到目標(biāo)的最終識別結(jié)果。目前，應(yīng)用較成熟的特征提取方法主要有:
[0003]I)功率譜估計及LOFAR譜分析
[0004]2) DEMON 譜分析
[0005]3)小波變換及時頻譜分析
[0006]雖然上述特征提取方法的研究取得了很多令人鼓舞的成果，但在實際應(yīng)用中，由于水下環(huán)境的復(fù)雜性、水聲信道的特殊性及水下目標(biāo)的多祥性，上述特征提取方法提取出的特征無法達(dá)到滿意的識別效果，目標(biāo)的最終判定很大程度上仍然依賴于聽音員的耳聽判型。有經(jīng)驗的聽音員能夠在復(fù)雜的海況下，對水下目標(biāo)做出正確的類型判別。為此，研究者從仿生學(xué)的角度來進行聽覺感知特征提取技術(shù)的研究，特別是對人耳聽覺系統(tǒng)模仿的研究。
[0007]人類的聽覺系統(tǒng)是人類獲取外界信息的主要器官。正常人的聽覺系統(tǒng)是極為靈敏的，可聽聲音的頻率范圍為20Hz-20kHz，人類聽覺器官對聲波的音高、音強及動態(tài)頻率具有良好的分析感知能力。聽覺建模是研究人耳聽覺系統(tǒng)的ー個重要手段，因為聽覺模型最接近人耳對聲音信號的處理過程，提取的特征最能反映聲音的本質(zhì)，且具有很好的穩(wěn)健性。
[0008]近年來，國內(nèi)外研究者從人耳聽覺感知機理出發(fā)，研究適用于水下目標(biāo)輻射噪聲的新的特征提取方法，尋找人耳主觀聽覺量中的有效感知量，從而提高水下目標(biāo)的正確識別率。
[0009]目前，使用最為廣泛的是一種準(zhǔn)聽覺模型MFCC (Mel-Frequency CepstralCoefficients)特征模型，具有計算簡單和目標(biāo)特征有效表示的特性，其主要思想是用傅里葉變換模擬人耳聽覺系統(tǒng)的基底膜頻率分解功能，用對數(shù)變換模擬聽覺系統(tǒng)的非線性特性。MFCC算法的主要過程是:首先對實測的噪聲數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，以使目標(biāo)信號在短時內(nèi)表示為近似平穩(wěn)，然后對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進行傅里葉變換，將時域信號處理轉(zhuǎn)化為頻域信號處理，接著讓其通過三角濾波器組進行聽覺濾波，同時使用對數(shù)壓縮，最后對對數(shù)壓縮后的數(shù)據(jù)進行離散余弦變換，并取前N個系數(shù)。
[0010]MFCC算法易受噪聲的影響，信號稍有干擾，頻譜的幅值、相位和頻率都有可能產(chǎn)生較大的誤差。4階的Gammatone濾波器組能較好地模擬聽神經(jīng)的生理學(xué)特性及耳蝸基底膜的濾波特性，且具有簡單的沖激響應(yīng)函數(shù)，所需的參數(shù)最少，其輸出特別適合于進行耳蝸內(nèi)的譜分析。因此，使用4階的gammatone濾波器組，結(jié)合比離散余弦變換具有更好的時頻分辨率的離散小波變換，對水下目標(biāo)輻射噪聲進行特征提取，形成仿人耳的聽覺特征矢量，是一種可行的特征提取方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]要解決的技術(shù)問題
[0012]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出ー種水下目標(biāo)ga_atone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法，使用gammatone聽覺濾波器組和離散小波變換輸出得到gammatone頻率離散小波系數(shù)，形成水下目標(biāo)的聽覺特征矢量，可在復(fù)雜海洋環(huán)境干擾條件下，提高水下目標(biāo)信號特征提取的穩(wěn)健性，從而提高水下目標(biāo)識別的正確率。
[0013]技術(shù)方案
[0014]ー種水下目標(biāo)gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法，其特征在于步驟如下:
[0015]步驟1:將所要分析的目標(biāo)數(shù)據(jù)進行分幀處理，分幀時ー幀的長度包含2~5節(jié)奏周期，然后將姆幀信號加Hamming窗，Hamming窗函數(shù)為:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.ー種水下目標(biāo)gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:將所要分析的目標(biāo)數(shù)據(jù)進行分幀處理，分幀時ー幀的長度包含2~5節(jié)奏周期，然后將姆幀信號加Hamming窗，Hamming窗函數(shù)為:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水下目標(biāo)gammatone離散小波系數(shù)聽覺特征提取方法，其特征在于:所述步驟I中ー幀的長度為100ms。
【文檔編號】G01H3/00GK103557925SQ201310488968
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月17日
【發(fā)明者】楊益新, 吳姚振 申請人:西北工業(yè)大學(xué)