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应急广播系统及其语音增强方法的研究与实现

张瑞斌  
【摘要】:在全球变暖的影响下,我国突发自然灾害事件越发频繁,并且由于我国城市化脚步的加快,公共安全突发事件所引起的生命财产损失将进一步扩大。2008年的汶川地震和南方雪灾所带来悲痛仍历历在目,我国亟需搭建一套完整的具有安全性、稳定性、及时性的应急广播体系,当灾害来临时,引导受灾群众及时地进行避难减灾,将生命财产损失降至最低。同时,语音作为应急广播系统中主要的信息传播载体,在传输中或者采集时易受到噪声的干扰,大大降低了应急广播系统所发挥的作用。因此研究应急广播系统中语音增强方法具有重要意义。本文以提供稳定、可靠、安全的应急广播系统解决方案为目标,对应急广播体系模型的构建、软硬件协同工作、语音增强、决策机制等做了相关研究。本文主要研究工作如下:(1)提出基于Mel域的多带谱减语音增强算法和基于噪声特性的实时端点检测方法。根据应急广播系统中及时性稳定性的需求,对不同语音增强算法主观评价结果进行分析,将计算复杂度低、不同噪声环境下鲁棒性强的多带谱减法引入至应急广播系统语音增强的实现方法中。但由于传统多带谱减法的线性分带方式区分噪声干扰强度的能力差,本文基于人的听觉感知机理,提出一种基于Mel域分带方式的多带谱减法。针对端点检测的双门限法等算法均不能引入至实时系统中的问题,将能熵比计算因子和噪声特性结合提出了一种实时端点检测方法。(2)构建多级联动、响应迅速、铺设广泛、平战结合的应急广播体系优化模型。根据应急广播运行环境不确定性因素和各层级应急广播系统的要素、行为和规则,基于多级协同管理、事件驱动、恢复设计等思想,提出应急广播体系优化模型。(3)设计并实现基于Zynq7020异构架构芯片的应急广播系统解决方案。基于所提出的应急广播体系优化模型,考虑平战模式切换、多级并发抢占设计信源调度决策机制,运用FPGA并行运算特性以及AXI高速通信原理,实现高并发接收处理模块,整体系统达到高稳定性、响应迅速的效果。


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