本發(fā)明涉及一種從音頻信號提取診斷信號的方法及診斷裝置。

背景技術(shù)：

診斷系統(tǒng)用于診斷機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)。大部分診斷系統(tǒng)通過檢測診斷部位中產(chǎn)生的頻帶為10～1khz的顫動即振動來診斷械設(shè)備的狀態(tài)。然而，實(shí)際上機(jī)械設(shè)備驅(qū)動時(shí)，即在Run-Time環(huán)境下，機(jī)械設(shè)備的所有構(gòu)件整體上處于銜接狀態(tài)，所以根據(jù)搬運(yùn)物、操作流程、或者關(guān)節(jié)及直線動作，診斷部位的振動數(shù)據(jù)會受到影響，因而振動數(shù)據(jù)中不僅包含診斷部位的振動數(shù)據(jù)，還包含其他部位的振動數(shù)據(jù)，或者振動數(shù)據(jù)的特性可能會改變，可以說檢測到的振動數(shù)據(jù)的可靠性非常低。因此，基于振動的診斷系統(tǒng)需要將機(jī)械設(shè)備停止后，只啟動診斷部位以檢測振動。如上所述，基于振動的診斷系統(tǒng)為了減少診斷部位之外的動作或環(huán)境因素的影響，必須停止機(jī)械設(shè)備，所以難以準(zhǔn)確地診斷出驅(qū)動時(shí)發(fā)生的實(shí)際問題。

近來，正在開發(fā)一種基于音頻的診斷系統(tǒng)。根據(jù)搬運(yùn)物或者操作流程等，振動的特性可能會改變，但是機(jī)械設(shè)備的各關(guān)節(jié)、加速器/減速器、馬達(dá)軸承等運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的音頻包含相應(yīng)部位的固有特性。因此，基于音頻的診斷系統(tǒng)在Run-Time環(huán)境下也可以診斷出正在驅(qū)動的機(jī)械設(shè)備中相應(yīng)部位的狀態(tài)。

然而，基于音頻的診斷系統(tǒng)的診斷信號中不僅包含在檢測部位產(chǎn)生的音頻信號，還有可能包含周圍的環(huán)境噪音。因此，對基于音頻的診斷系統(tǒng)而言，從被輸入的音頻信號中準(zhǔn)確地提取在診斷部位產(chǎn)生的信號非常重要。但是，目前的基于音頻的診斷系統(tǒng)主要采用的是將輸入信號利用低通濾波器或者高 通濾波器簡單濾波的噪音濾除技術(shù)。這種濾波方法在預(yù)先知道音頻特性(如人的聲音)或者提取特征明顯的音頻時(shí)可以使用。然而，這種濾波方法在準(zhǔn)確地從非特定多個(gè)正在驅(qū)動的機(jī)械設(shè)備中產(chǎn)生的各種相似的音頻中只提取產(chǎn)生于診斷部位的音頻方面存在局限性。

另外，即使采用非簡單濾波的現(xiàn)有噪音濾除方式，也是根本不會顧及實(shí)際環(huán)境因素或者數(shù)據(jù)中的實(shí)際特殊情況，因而對信號的不必要的濾除有可能導(dǎo)致信號的失真。因此，對目前的基于音頻的診斷系統(tǒng)而言，從音頻信號中提取的診斷信號的可靠性低，最終難以準(zhǔn)確地診斷出診斷部位的狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于音頻輸入信號中所包含的信號的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從音頻輸入信號按實(shí)際情況可變動地濾除噪音信號，以準(zhǔn)確地提取診斷信號的方法及裝置。

技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的從音頻信號提取診斷信號的診斷裝置，包含：信號分離單元，所述信號分離單元將音頻輸入信號分離為診斷信號段和噪音信號段；噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元，所述噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元基于所述診斷信號段的第一信號和所述噪音信號段的第二信號的關(guān)聯(lián)關(guān)系來設(shè)定用于調(diào)整噪音衰減程度的第一參數(shù)；以及信號提取單元，所述信號提取單元基于所述第一參數(shù)，將所述診斷信號段中所包含的噪音信號進(jìn)行衰減，以提取診斷信號。

所述噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元計(jì)算所述第一信號和所述第二信號的關(guān)聯(lián)系數(shù)，并基于所述關(guān)聯(lián)系數(shù)可以設(shè)定用于調(diào)整所述第一信號中所述第二信號的衰減程度的所述第一參數(shù)。

所述噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元將所述第一信號按頻率進(jìn)行分離，并按所述第一信號的頻率提取基于時(shí)間的能量變化模式，而且將所述第二信號按頻率進(jìn)行分離，并按所述第二信號的頻率提取基于時(shí)間的能量變化模式，再基于按所述第一信號和所述第二信號的頻率提取的能量變化模式可以計(jì)算所述第一信號和所述第二信號的各頻率關(guān)聯(lián)系數(shù)。

所述噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元可基于所述各頻率關(guān)聯(lián)系數(shù)按頻率設(shè)定所述第一參數(shù)。

所述噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元基于所述診斷信號段和所述噪音信號段中所包含的信號的能量值比率，可進(jìn)一步設(shè)定用于調(diào)整所述音頻輸入信號的噪音衰減程度的第二參數(shù)。

所述信號提取單元可利用所述第一參數(shù)和所述第二參數(shù)，在所述診斷信號段將所述診斷信號段中所包含的噪音信號進(jìn)行衰減，以提取所述診斷信號。

所述信號分離單元將所述音頻輸入信號以單位時(shí)間進(jìn)行切分，計(jì)算各單位時(shí)間的特征值，并比較各單位時(shí)間的特征值和參考值，以將各單位時(shí)間的信號分離為所述噪音信號段和所述診斷信號段中的任何一個(gè)，所述特征值可為信號大小變化值、振幅變化值、強(qiáng)度變化值、能量值、以及頻譜值中的任何一個(gè)。

所述信號分離單元將所述音頻輸入信號以單位時(shí)間進(jìn)行切分，計(jì)算各單位時(shí)間的特征值，并基于任意單位時(shí)間和所述任意單位時(shí)間的前一個(gè)單位時(shí)間的特征值之差，將所述任意單位時(shí)間的信號分離為所述噪音信號段和所述診斷信號段中的任何一個(gè)，所述特征值可為信號大小變化值、振幅變化值、強(qiáng)度變化值、能量值、以及頻譜值中的任何一個(gè)。

所述診斷裝置，還可包含：音頻信號輸入單元，所述音頻信號輸入單元接收裝在診斷點(diǎn)的至少兩個(gè)麥克風(fēng)所檢測到的音頻信號，并基于所檢測到的 音頻信號的物理相位差進(jìn)行噪音濾除，以生成所述音頻輸入信號。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案的診斷裝置從音頻信號提取診斷信號的方法，包含以下步驟：將音頻輸入信號以單位時(shí)間進(jìn)行切分，并計(jì)算各單位時(shí)間的能量值；將第一單位時(shí)間和第二單位時(shí)間的能量值之差與臨界值進(jìn)行比較，并基于比較結(jié)果將所述第一單位時(shí)間的信號儲存到診斷信號段緩沖器和噪音信號段緩沖器中的任何一個(gè)；以及從儲存于所述診斷信號段緩沖器的信號中將儲存于噪音信號段緩沖器的噪音信號進(jìn)行衰減以提取診斷信號，其中所述第二單位時(shí)間為所述第一單位時(shí)間的前一個(gè)單位時(shí)間。

在所述儲存的步驟中，基于儲存在所述診斷信號段緩沖器中的信號與儲存在所述噪音信號段緩沖器中的信號的能量值之差來更新所述臨界值，并基于所更新的臨界值可將各單位時(shí)間的信號儲存到所述診斷信號段緩沖器和所述噪音信號段緩沖器中的任何一個(gè)。

所述儲存的步驟，可包含以下步驟：所述第一單位時(shí)間的能量值與所述第二單位時(shí)間的能量值相比小于所述臨界值時(shí)，將所述第一單位時(shí)間的信號儲存到所述噪音信號段緩沖器；所述第一單位時(shí)間的能量值與所述第二單位時(shí)間的能量值相比不小于所述臨界值時(shí)，判斷所述第一單位時(shí)間的能量值與所述第二單位時(shí)間的能量值相比是否大于所述臨界值；所述第一單位時(shí)間的能量值與所述第二單位時(shí)間的能量值相比大于所述臨界值時(shí)，將所述第一單位時(shí)間的信號儲存到所述診斷信號段緩沖器；以及所述第一單位時(shí)間的能量值與所述第二單位時(shí)間的能量值相比不大于所述臨界值時(shí)，將所述第一單位時(shí)間的信號儲存到與所述第二單位時(shí)間的信號相同的緩沖器。

所述提取診斷信號的步驟，可包含以下步驟：基于儲存在所述診斷信號段緩沖器中的第一信號和儲存在所述噪音信號段緩沖器中的第二信號的關(guān)聯(lián)關(guān)系來設(shè)定用于調(diào)整所述第一信號中的噪音衰減程度的參數(shù)；以及基于所述 參數(shù)從所述第一信號中將所述第二信號進(jìn)行衰減以提取診斷信號。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)示例性實(shí)施方案的診斷裝置基于分離成診斷信號段和噪音信號段的音頻信號來提取診斷信號的方法，包含以下步驟：計(jì)算所述診斷信號段和所述噪音信號段的關(guān)聯(lián)系數(shù)；基于所述關(guān)聯(lián)系數(shù)來設(shè)定用于調(diào)整所述診斷信號段的噪音衰減程度的第一參數(shù)；以及基于所述第一參數(shù)將所述診斷信號段中所包含的噪音信號進(jìn)行衰減以提取診斷信號。

所述計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)的步驟，可包含以下步驟：將所述診斷信號段的第一時(shí)段按頻率進(jìn)行分離，并按所述第一時(shí)段的頻率提取基于時(shí)間的能量變化模式；將所述噪音信號段的第二時(shí)段按頻率進(jìn)行分離，并按所述第二時(shí)段的頻率提取基于時(shí)間的能量變化模式；以及基于按所述第一時(shí)段和所述第二時(shí)段的頻率提取的能量變化模式來計(jì)算所述第一時(shí)段和所述第二時(shí)段的各頻率關(guān)聯(lián)系數(shù)。

在所述設(shè)定第一參數(shù)的步驟中，可基于所述各頻率關(guān)聯(lián)系數(shù)按頻率設(shè)定所述第一參數(shù)。

所述第二時(shí)段可為與所述第一時(shí)段相鄰的時(shí)段。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)示例性實(shí)施方案的方法，還可包含以下步驟：基于所述診斷信號段和所述噪音信號段中所包含的信號的能量值比率來設(shè)定用于調(diào)整所述音頻輸入信號的噪音衰減程度的第二參數(shù)。

所述能量值比率可為所述音頻輸入信號的信噪比。

在所述提取診斷信號的步驟中，可利用所述第一參數(shù)和所述第二參數(shù)，在所述診斷信號段將所述診斷信號段中所包含的噪音信號進(jìn)行衰減，以提取所述診斷信號。

有益效果

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，可從音頻輸入信號準(zhǔn)確地檢測出診斷信號段。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，基于包含在音頻輸入信號中的信號的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從音頻輸入信號適當(dāng)?shù)貫V除噪音信號，從而可以減少所提取的診斷信號的失真。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，在待診斷設(shè)備驅(qū)動的狀態(tài)下，基于音頻信號可以診斷出待診斷設(shè)備的狀態(tài)。

附圖說明

圖1為結(jié)構(gòu)示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的診斷裝置。

圖2和圖3為流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的信號分離方法。

圖4為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的音頻輸入信號。

圖5為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的被分離的噪音信號段。

圖6為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的被分離的診斷信號段。

圖7為流程圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的環(huán)境相關(guān)參數(shù)計(jì)算方法。

圖8為流程圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的關(guān)聯(lián)參數(shù)計(jì)算方法。

圖9為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的在時(shí)間-頻率域的噪音信號段。

圖10為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的在時(shí)間- 頻率域的診斷信號段。

圖11為流程圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的診斷信號提取方法。

圖12為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的噪音被衰減的診斷信號的時(shí)間-頻率域。

具體實(shí)施方式

下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，以使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易實(shí)施本發(fā)明。本發(fā)明能夠以各種不同方式變形實(shí)施，并不局限于本文所述的示例性實(shí)施方案。附圖中省略了與說明無關(guān)的部分，以便清楚地說明本發(fā)明，通篇說明書中采用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或相似的部分。

在通篇說明書中，某一部分“包含”某一構(gòu)件時(shí)，除非有特別相反的記載，否則表示還可以包含其他構(gòu)件而非排除其他構(gòu)件。

圖1為結(jié)構(gòu)示意圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的診斷裝置。

參照圖1，診斷裝置100從帶有噪音信號(noise)的音頻信號中提取診斷信號，并基于診斷信號診斷出診斷點(diǎn)(診斷部位)的狀態(tài)。診斷點(diǎn)為機(jī)械設(shè)備的任意位置，例如可以是關(guān)節(jié)、發(fā)動機(jī)、馬達(dá)、引擎、軸承等。診斷點(diǎn)上裝有麥克風(fēng)或者診斷點(diǎn)周圍設(shè)有麥克風(fēng)。診斷信號是在診斷點(diǎn)產(chǎn)生的聲音。

診斷裝置100從各種頻率的音頻信號中可以提取各種信號，本文以提取在機(jī)械設(shè)備的診斷點(diǎn)產(chǎn)生的信號為例進(jìn)行說明。即，診斷裝置100從產(chǎn)生于工業(yè)自動化機(jī)械、汽車、飛行器、船舶等各種機(jī)械設(shè)備的聲音中提取診斷點(diǎn)發(fā)出的聲音。

診斷裝置100包含音頻信號輸入單元110、信號分離單元130、噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150、信號提取單元170、及判斷單元190。信號分離單元130包含噪音信號段緩沖器200和診斷信號段緩沖器300。

音頻信號輸入單元110接收裝在診斷點(diǎn)上的麥克風(fēng)所檢測到的音頻信號。音頻信號輸入單元110將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字音頻信號并傳送給信號分離單元130。音頻信號輸入單元110和麥克風(fēng)可以無線連接。音頻信號輸入單元110可利用無線通訊將音頻信號傳送給信號分離單元130。因?yàn)?，如果利用有線通訊來傳送音頻信號，則由于線路交纏或者被卷入機(jī)械設(shè)備而有可能妨礙機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行。

音頻信號輸入單元110根據(jù)音頻輸入信號的特性或者環(huán)境可以進(jìn)行初始噪音濾除。診斷信號不是人的聲音而是機(jī)械音，因此音頻信號輸入單元110不能利用人的聲音特征來濾除噪音。因?yàn)?，提取人的聲音的現(xiàn)有噪音濾除方法會將馬達(dá)音或者關(guān)節(jié)音等視為噪音。

音頻信號輸入單元110利用通過至少兩個(gè)麥克風(fēng)被輸入的音頻信號的物理相位差可以進(jìn)行初始噪音濾除。具體地，兩個(gè)麥克風(fēng)設(shè)置在診斷點(diǎn)上。兩個(gè)麥克風(fēng)靠近地設(shè)置在基準(zhǔn)距離以內(nèi)?？紤]到常溫下的聲音的速度，在診斷點(diǎn)產(chǎn)生的聲音到達(dá)各麥克風(fēng)時(shí)，輸入到兩個(gè)麥克風(fēng)的聲音幾乎不會有相位差。然而，由于環(huán)境因素或者基于距離的聲音的折射、衍射、反射等，在遠(yuǎn)離診斷點(diǎn)處產(chǎn)生的聲音到達(dá)各麥克風(fēng)時(shí)，輸入到兩個(gè)麥克風(fēng)的聲音會發(fā)生相位差。音頻信號輸入單元110將輸入到兩個(gè)麥克風(fēng)的音頻中相位差不同的輸入信號視為噪音進(jìn)行濾除。如此經(jīng)初始噪音濾除的音頻信號攜帶有在離診斷點(diǎn)一定半徑以內(nèi)產(chǎn)生的音頻信息。

信號分離單元130將由音頻信號輸入單元110傳送的音頻輸入信號分離為診斷信號段和噪音信號段。信號分離單元130基于音頻輸入信號的振幅變 化、能量值等，可以將音頻輸入信號分離為診斷信號段和噪音信號段。信號分離單元130可以將被分離的信號儲存到噪音信號段緩沖器200和診斷信號段緩沖器300。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150基于診斷信號段和噪音信號段各自的數(shù)據(jù)來設(shè)定信號提取單元170中要使用的各種參數(shù)。從診斷信號段徹底濾除噪音信號時(shí)，信號會嚴(yán)重失真，有可能無法順利地提取顯示出異常征兆的信號。因此，噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150會設(shè)定在濾除噪音時(shí)用于確定將噪音信號衰減至何種程度的參數(shù)。噪音濾除參數(shù)可包含環(huán)境相關(guān)參數(shù)及關(guān)聯(lián)參數(shù)。這種噪音濾除參數(shù)可稱為衰減系數(shù)(smoothing factor)。

環(huán)境相關(guān)參數(shù)是根據(jù)檢測環(huán)境調(diào)整噪音信號衰減程度的參數(shù)。環(huán)境相關(guān)參數(shù)可基于信噪比(Sound to Noise Ratio，SNR)予以設(shè)定。環(huán)境相關(guān)參數(shù)是基于信噪比計(jì)算噪音濾除執(zhí)行比率的。即，診斷裝置100確定是直接適用所設(shè)定的衰減系數(shù)，還是不適用或者僅適用所設(shè)定的衰減系數(shù)的一定比率。環(huán)境相關(guān)參數(shù)可基于診斷信號段緩沖器300所儲存的診斷信號段的能量值和噪音信號段緩沖器200所儲存的噪音信號段的能量值之比來確定。噪音濾除是為了準(zhǔn)確地提取診斷信號，當(dāng)信噪比低于參考值時(shí)(例如在大型揚(yáng)聲器前低聲通話)，如果進(jìn)行噪音濾除，反而連診斷信號也被濾除，因此還不如不進(jìn)行噪音濾除或者將噪音衰減至低水平(例如低于10％)。再者，當(dāng)噪音信號段的能量值相當(dāng)?shù)蜁r(shí)(例如安靜時(shí))，也不如不進(jìn)行噪音濾除或者將噪音衰減至低水平。因此，環(huán)境相關(guān)參數(shù)表示與信噪比相關(guān)的噪音衰減率。例如，噪音衰減率0可以表示不進(jìn)行噪音濾除(噪音濾除off)，而衰減率100％可以表示將噪音全部濾除(噪音濾除on)。

關(guān)聯(lián)參數(shù)是用于調(diào)整包含在診斷信號段的噪音信號的衰減程度的參數(shù)。關(guān)聯(lián)參數(shù)可基于顯示診斷信號段530中重疊有多少噪音信號的關(guān)聯(lián)系數(shù)予以設(shè)定。噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150基于診斷信號段的能量變化模式和與診斷 信號段相鄰的噪音信號段的能量變化模式計(jì)算關(guān)聯(lián)關(guān)系。診斷信號段中包含噪音信號，而從診斷信號段徹底濾除噪音信號時(shí)，提取的信號會嚴(yán)重失真。因此，噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150基于關(guān)聯(lián)參數(shù)確定在診斷信號段噪音信號的衰減程度。

信號提取單元170基于噪音濾除參數(shù)從診斷信號段將噪音信號衰減，以提取診斷信號。信號提取單元170可基于環(huán)境相關(guān)參數(shù)從噪音信號段將噪音信號衰減，而且可基于環(huán)境相關(guān)參數(shù)和關(guān)聯(lián)參數(shù)從診斷信號段將噪音信號衰減。即，信號提取單元170通過從診斷信號段適當(dāng)?shù)貫V除噪音信號來提取失真較少的診斷信號。

判斷單元190基于由信號提取單元170提取的信號對診斷部位的狀態(tài)進(jìn)行診斷。

圖2和圖3為流程圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的信號分離方法；圖4為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的音頻輸入信號；圖5為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的被分離的噪音信號段；圖6為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的被分離的診斷信號段。

參照圖2至圖6，信號分離單元130將音頻輸入信號分離為診斷信號段和噪音信號段。參照圖4的音頻輸入信號400，噪音信號410和診斷信號430基于時(shí)間的信號大小不同。信號大小可用振幅、強(qiáng)度或者信號所具有的能量值來表示。音頻輸入信號中包含的噪音信號是經(jīng)初始噪音濾除的信號或者是在遠(yuǎn)離診斷點(diǎn)的地點(diǎn)產(chǎn)生的信號，因此信號大小如噪音信號410較小。相反，診斷信號是在診斷點(diǎn)的附近產(chǎn)生的信號，因此如診斷信號430相對于噪音信號振幅變化大。這與在安靜的環(huán)境而非噪音環(huán)境下將具有相同能量值的音頻數(shù)據(jù)輸入到麥克風(fēng)時(shí)根據(jù)距離能量值衰減的特性相似。

信號分離單元130基于這些信號段的振幅變化或者能量值將音頻輸入信號分離為診斷信號段和噪音信號段。在噪音信號段緩沖器200中，例如可以儲存音頻輸入信號的一定區(qū)段作為噪音信號段510，如圖5所示。在診斷信號段緩沖器300中，例如可以儲存音頻輸入信號的剩下區(qū)段作為診斷信號段530，如圖6所示。

參照圖2，信號分離單元130從音頻信號輸入單元110接收音頻輸入信號(S110)。以如圖3所示信號分離單元130接收音頻信號的情形為例進(jìn)行說明。

信號分離單元130將音頻輸入信號以一定時(shí)間單位進(jìn)行切分，并計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的特征值(S120)。特征值是表示單位時(shí)間所含信號的特征(feature)的指標(biāo)，特征值根據(jù)時(shí)域、頻域等信號處理域可能會改變。例如，特征值可以是多種多樣，如信號大小變化值(振幅變化值)、強(qiáng)度變化值、能量值、頻譜值等，本文中以信號的能量值為特征值進(jìn)行說明。

信號分離單元130比較各單位時(shí)間的能量值和參考值并將各單位時(shí)間的信號儲存到噪音信號段緩沖器或者診斷信號段緩沖器中(S130)。例如，當(dāng)某一單位時(shí)間的能量值大于參考值時(shí)，信號分離單元130可將該單位時(shí)間的信號儲存到診斷信號段緩沖器中，當(dāng)某一單位時(shí)間的能量值小于參考值時(shí)，信號分離單元130可將該單位時(shí)間的信號儲存到噪音信號段緩沖器中。參考值可通過各種方法予以設(shè)定。例如，對于大部分音頻輸入信號，初始階段只會輸入噪音信號，隨后輸入診斷信號。因此，信號分離單元130將音頻輸入信號的初始信號視為噪音信號，基于初始信號的能量值可以設(shè)定參考值。

信號分離單元130基于儲存在噪音信號段緩沖器中的信號的總能量值來更新參考值(S140)。信號分離單元130基于所更新的參考值可以重復(fù)將音頻信號儲存到噪音信號段緩沖器或者診斷信號段緩沖器中的步驟(S130)。

參照圖3，對于大部分音頻輸入信號，初始階段只會輸入噪音信號，隨后輸入診斷信號。然而，在機(jī)械設(shè)備的動作難以預(yù)測的狀態(tài)下，根據(jù)情況在音頻輸入信號的初始階段可能會輸入診斷信號。此時(shí)，診斷信號也是噪音之一，因此診斷裝置100從初始信號無法知道是噪音信號還是診斷信號。信號分離單元130鑒于音頻輸入信號的各種情況，可以將信號如下分離。

信號分離單元130將音頻輸入信號以一定時(shí)間單位進(jìn)行切分，并計(jì)算各單位時(shí)間內(nèi)的能量值(S210)。

信號分離單元130設(shè)定參考值E[t(0)]和臨界值A(chǔ)(S220)。參考值E[t(0)]是用于比較初始信號的值。參考值E[t(0)]和臨界值A(chǔ)作為初始值，可以設(shè)定為以各種方式計(jì)算的值。例如，參考值E[t(0)]可以是音頻輸入信號的平均能量值或者初始音頻輸入信號的平均能量值。參考值E[t(0)]經(jīng)信號分離過程可被更新。

信號分離單元130判斷單位時(shí)間[t(k)]的能量值E[t(k)]與前一個(gè)單位時(shí)間[t(k-1)]的能量值E[t(k-1)]相比是否更小于臨界值A(chǔ)(式1，E[t(k)]<E[t(k-1)]-A)(S230)。

當(dāng)式1(E[t(k)]<E[t(k-1)]-A)為“是”時(shí)，信號分離單元130將單位時(shí)間[t(k)]的信號儲存到噪音信號段緩沖器中(S240)。

當(dāng)式1(E[t(k)]<E[t(k-1)]-A)為“否”時(shí)，信號分離單元130判斷單位時(shí)間[t(k)]的能量值(E[t(k)])與前一個(gè)單位時(shí)間[t(k-1)]的能量值(E[t(k-1)])相比是否更大于臨界值A(chǔ)(式2，E[t(k)]>E[t(k-1)]+A)(S250)。

當(dāng)式2(E[t(k)]>E[t(k-1)]+A)為“是”時(shí)，信號分離單元130將單位時(shí)間[t(k)]的信號儲存到診斷信號段緩沖器中(S260)。

當(dāng)式2(E[t(k)]>E[t(k-1)]+A)為“否”是，信號分離單元130將單位 時(shí)間[t(k)]的信號儲存到與前一個(gè)單位時(shí)間[t(k-1)]的信號相同的緩沖器中(S270)。信號分離單元130按順序分離n個(gè)單位時(shí)間的信號。

信號分離單元130計(jì)算儲存在噪音信號段緩沖器中的信號的總能量值(噪音區(qū)段能量值)和儲存在診斷信號段緩沖器中的信號的總能量值(診斷區(qū)段能量值)(S280)。

信號分離單元130基于診斷區(qū)段能量值和噪音區(qū)段能量值之差來更新臨界值A(chǔ)(S290)。信號分離單元130可基于噪音區(qū)段能量值更新參考值E[t(0)]。

信號分離單元130基于所更新的參考值及臨界值可以重復(fù)將音頻信號儲存到噪音信號段緩沖器或者診斷信號段緩沖器中的步驟。

更新臨界值的周期可以設(shè)定為多種多樣。例如，臨界值可以每隔單位時(shí)間予以更新。臨界值每隔單位時(shí)間予以更新時(shí)，即使是能量值不恒定的噪音源，通過每隔單位時(shí)間予以更新的臨界值也可以區(qū)分噪音信號和診斷信號。再者，臨界值可在對整個(gè)單位時(shí)間的分離結(jié)束后予以更新。

如上所述，信號分離單元130將初始參考值及臨界值設(shè)定為任意值，并基于被分離的信號段更新參考值或者臨界值，可以越來越準(zhǔn)確地分離噪音信號段和診斷信號段。

圖7為流程圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的環(huán)境相關(guān)參數(shù)計(jì)算方法。

參照圖7，噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150計(jì)算儲存在噪音信號段緩沖器200中的信號的總能量值(噪音區(qū)段能量值)(S310)。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150計(jì)算儲存在診斷信號段緩沖器300中的信號的總能量值(診斷區(qū)段能量值)(S320)。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150基于噪音區(qū)段能量值和診斷區(qū)段能量值計(jì)算信噪比(S330)。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150基于信噪比來確定相當(dāng)于噪音信號衰減率的環(huán)境相關(guān)參數(shù)(S340)。

圖8為流程圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的關(guān)聯(lián)參數(shù)計(jì)算方法；圖9為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的在時(shí)間-頻率域的噪音信號段；圖10為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的在時(shí)間-頻率域的診斷信號段。

參照圖8，診斷信號段重疊有診斷信號和噪音信號。噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150計(jì)算顯示診斷信號段中重疊有多少診斷信號和噪音信號的關(guān)聯(lián)系數(shù)，并基于關(guān)聯(lián)系數(shù)來確定在診斷信號段噪音信號的衰減程度。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150將儲存在噪音信號段緩沖器200中的信號轉(zhuǎn)換為時(shí)間-頻率域(S410)。儲存在噪音信號段緩沖器200中的信號510被轉(zhuǎn)換為圖9的時(shí)間-頻率域610。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150將時(shí)間-頻率域的噪音區(qū)段信號按頻率進(jìn)行分離，并按頻率提取基于時(shí)間的能量變化模式(S420)。噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150在被分離的每個(gè)時(shí)段(時(shí)間帶)按頻率儲存基于時(shí)間的能量變化模式。參照圖9，時(shí)間-頻率域610中橫軸為時(shí)間，縱軸為頻率。即，在某一時(shí)段輸入的音頻信號包含各種頻率的信號，因此噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150將信號按頻率進(jìn)行分離。例如，參照圖9，噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150在某一時(shí)段可以提取第N個(gè)頻率的基于時(shí)間的能量變化模式710。此時(shí)，能量變化模式710有可能與只有噪音的第N個(gè)頻率的頻帶中的基于時(shí)間的噪音模式相似。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150將儲存在診斷信號段緩沖器300中的信號轉(zhuǎn) 換為時(shí)間-頻率域(S430)。儲存在診斷信號段緩沖器300中的信號530被轉(zhuǎn)換為圖10的時(shí)間-頻率域630。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150將時(shí)間-頻率域的診斷信號段按頻率進(jìn)行分離，并按頻率提取基于時(shí)間的能量變化模式(S440)。噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150在被分離的每個(gè)時(shí)段(時(shí)間帶)按頻率儲存基于時(shí)間的能量變化模式。參照圖10，噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150在某一時(shí)段可以提取第N個(gè)頻率的基于時(shí)間的能量變化模式720，并且可以提取第K個(gè)頻率的基于時(shí)間的能量變化模式730。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150將診斷信號段和噪音信號段的各頻率基于時(shí)間的能量變化模式進(jìn)行比較，并按頻率計(jì)算噪音信號和診斷信號的關(guān)聯(lián)關(guān)系(S450)。具體地，噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150利用與診斷信號段相鄰的噪音信號段的基于時(shí)間的能量變化模式來推導(dǎo)出存在于診斷信號段的診斷信號與噪音信號之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。例如，某一診斷信號段的第N個(gè)頻率的模式720與相鄰的噪音信號段的第N個(gè)頻率的模式710相似，而診斷信號段的第K個(gè)頻率的模式730可能不同于相鄰的噪音信號段的第K個(gè)頻率的模式(未圖示)。因此，某一診斷信號段的第N個(gè)頻率信號與相鄰的噪音信號段的第N個(gè)頻率信號的關(guān)聯(lián)關(guān)系被計(jì)算為高，以此判斷為診斷信號段的第N個(gè)頻率信號接近噪音信號。相反地，某一診斷信號段的第K個(gè)頻率帶有診斷信號和噪音信號，根據(jù)這些的重疊率來計(jì)算某一診斷信號段的第K個(gè)頻率中所包含的診斷信號和噪音信號的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元150基于按頻率計(jì)算的噪音信號和診斷信號的關(guān)聯(lián)關(guān)系，按診斷信號段的頻率計(jì)算關(guān)聯(lián)參數(shù)(S460)。各頻率關(guān)聯(lián)參數(shù)是按頻率調(diào)整診斷信號段中所包含的噪音信號衰減程度的參數(shù)。例如，某一噪音信號段的第N個(gè)頻率和診斷信號段的第N個(gè)頻率的模式一致時(shí)，這幾乎就是噪音信號，所以第N個(gè)頻率的關(guān)聯(lián)參數(shù)被計(jì)算為與噪音信號幾乎接近的關(guān)聯(lián) 系數(shù)值A(chǔ)，由此將第N個(gè)頻率的能量值按照所計(jì)算的關(guān)聯(lián)系數(shù)的比率設(shè)定衰減率為A左右。即使不是接近100％的關(guān)聯(lián)系數(shù)值，也從第N個(gè)頻率的能量值以基于所計(jì)算的關(guān)聯(lián)系數(shù)值的比率設(shè)定能量值的衰減率。

圖11為流程圖，用于說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的診斷信號提取方法；圖12為示例性視圖，示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的噪音被衰減的診斷信號的時(shí)間-頻率域。

本發(fā)明是通過對檢測部位的區(qū)段的聲音進(jìn)行檢測來診斷狀態(tài)的裝置，而不是通過濾除通話時(shí)噪音以向?qū)Ψ街粋鬟f講話人聲音的裝置，因此不會將噪音被衰減的診斷信號段另外再轉(zhuǎn)換為時(shí)域的音頻數(shù)據(jù)，而是獲取噪音被衰減的診斷信號段的頻譜數(shù)據(jù)。在獲取之后，不會另行利用噪音信號段，只提取診斷信號段的頻譜數(shù)據(jù)。

參照圖11，信號提取單元170基于噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元所設(shè)定或者計(jì)算的噪音濾除參數(shù)，將診斷信號段中所包含的噪音信號進(jìn)行衰減，只提取診斷信號。

信號提取單元170基于環(huán)境相關(guān)參數(shù)和各頻率關(guān)聯(lián)參數(shù)，從診斷信號段將噪音信號的能量進(jìn)行衰減(S510)。即，信號提取單元170從診斷信號段將噪音信號衰減時(shí)，按各頻率根據(jù)噪音信號段和診斷信號段的關(guān)聯(lián)關(guān)系比率使相應(yīng)頻率的能量值衰減。如果關(guān)聯(lián)關(guān)系很大，即接近100％，則與噪音信號幾乎相似，因此視為噪音信號進(jìn)行大幅衰減，如果關(guān)聯(lián)關(guān)系很小，即接近0％，就可以視為不同于噪音信號，因此進(jìn)行小幅衰減。

然而，由于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境即麥克風(fēng)的種類及輸入音量等不相同，理論上計(jì)算的信號的關(guān)聯(lián)關(guān)系實(shí)際上有可能不適合于許多環(huán)境，所以即使關(guān)聯(lián)系數(shù)被計(jì)算為100％，也不會進(jìn)行100％的衰減，而是通過另外的常數(shù)參數(shù)來設(shè)定最大衰減率，以此使能量值衰減。此時(shí)，適用噪音濾除參數(shù)設(shè)定單元所 設(shè)定的環(huán)境參數(shù)來計(jì)算最終各頻率能量衰減率。

即使適用通過關(guān)聯(lián)關(guān)系設(shè)定的衰減率并按各頻率求出適用衰減率的能量值，也可以稱為在診斷區(qū)段內(nèi)噪音信號被衰減的能量值，但是診斷信號段和噪音信號段之比，即信噪比(SNR，在此稱為環(huán)境相關(guān)參數(shù)C)低的，可以認(rèn)為這是診斷信號的能量值相當(dāng)小或者只有診斷信號被輸入的情形。在這種情況下，直接使用基于關(guān)聯(lián)關(guān)系的衰減率時(shí)，信號會全部消失或失真、或者就連剩下的診斷信號也可能衰減掉。因此，環(huán)境參數(shù)作為可以彌補(bǔ)這種情況的手段，將環(huán)境相關(guān)參數(shù)C適用于通過關(guān)聯(lián)系數(shù)所計(jì)算的各頻率的能量值的衰減率上。SNR越高環(huán)境相關(guān)參數(shù)C越接近1，而SNR越低導(dǎo)出的環(huán)境相關(guān)參數(shù)C越接近0。利用這一點(diǎn)，將環(huán)境相關(guān)參數(shù)適用于根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系所計(jì)算的對各頻率的衰減率上，因?yàn)镾NR越是高且好，環(huán)境相關(guān)參數(shù)越接近1，所以直接使用根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系所計(jì)算的頻帶衰減率，將能量值進(jìn)行衰減。相反地，SNR越是低且差，環(huán)境相關(guān)參數(shù)越接近0，因此將環(huán)境相關(guān)參數(shù)適用于根據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系所計(jì)算的頻帶衰減率上，所算出的衰減率會接近0％。衰減率0％可以認(rèn)為是根本不進(jìn)行衰減，因此SNR低且差時(shí)衰減率為0％，即成為Bypass狀態(tài)，從而可以完整地保全被輸入的信號。

信號提取單元170輸出噪音被衰減的診斷信號(S520)。

在診斷信號段根據(jù)基于關(guān)聯(lián)關(guān)系和環(huán)境參數(shù)設(shè)定的衰減率并按各頻率將能量值進(jìn)行衰減時(shí)，最終如圖12所示在診斷區(qū)段信號會得到噪音信號被濾除的頻譜數(shù)據(jù)，并且為了后續(xù)數(shù)據(jù)的狀態(tài)診斷以數(shù)據(jù)文件形式儲存。參照圖12，將診斷信號的時(shí)間-頻率域650和噪音衰減前的時(shí)間-頻率域630進(jìn)行比較的話，就可以知道時(shí)間-頻率域650稍微更準(zhǔn)確地顯示診斷信號的特征。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，從音頻輸入信號可以準(zhǔn)確地檢測出發(fā)生診斷部位動作的診斷信號段，尤其信噪比得到顯著改善，可以準(zhǔn) 確地檢測出動作的開始與結(jié)束。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，基于音頻輸入信號中所包含的信號的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從音頻輸入信號適當(dāng)?shù)貫V除噪音信號，從而可以減少所提取的診斷信號的失真。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，在待診斷設(shè)備驅(qū)動的狀態(tài)下，基于音頻信號可以診斷出待診斷設(shè)備的狀態(tài)。

以上對本發(fā)明的示例性實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的權(quán)利要求范圍并不局限于此，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員利用權(quán)利要求書中所定義的本發(fā)明的基本概念來進(jìn)行的各種形式的變更及改進(jìn)，也屬于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。