头盔佩戴状态自动检测的装置和方法与流程

2021-01-28 16:01:16|

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本申请涉及声学检测领域，具体而言，涉及一种头盔佩戴状态自动检测的装置和方法。

背景技术：

摩托车和电动车因为其体积小、速度快以及灵活机动而成为普遍使用的交通工具；然而，多数车手普遍缺少安全防范意识，例如一些车手不按规定佩戴头盔等安全防护设备，这会增加车手的安全风险，同时也危害他人的生命和财产安全；对车手在行驶状态下是否正确佩戴头盔进行自动检测，具有重要的应用价值。传统的方法需要额外的头盔佩戴传感器，并安装在头盔上，同时需要在头盔上安装语音提醒装置，这会增加头盔制造难度和成本。

近年，随着无线传输技术的进步以及芯片的小型化和微型化，真无线立体声耳机开始普及，相比于单耳传统蓝牙耳机，真无线立体声耳机具有轻便、双耳拾音和双耳重放等优势。在驾驶机动车过程中，一般要求采用免提方式，因而采用真无线立体声耳机进行通信正成为主流。

技术实现要素：

本申请的目的在于解决传统的头盔佩戴检测装置和方法需要额外的头盔佩戴传感器增加头盔制造难度和成本的问题。

为实现上述目的，本申请第一方面，提供了一种头盔佩戴状态自动检测的方法，包括：拾取至少2个传声器的声音信号；将所述至少2个传声器的声音信号分别进行快速傅里叶变换获取各个频带短时谱；根据所述各个频带短时谱确定所述声音信号的当前帧是否为风噪；计算所述声音信号中的风噪帧数，根据风噪帧数判定行进状态中头盔佩戴情况。

在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：根据所述各个频带短时谱计算所述至少2个传声器中各传声器之间声音信号的互相关函数；根据所述互相关函数，计算所述至少2个传声器中各传声器之间复合的声源入射角估计值；根据所述复合的声源入射角估计值判断当前帧是否为佩戴者语音，如果不是佩戴者语音再进行风噪或环境噪声的判断。

在一个可能的实施方式中，所述至少2个传声器为双耳外传声器；所述根据所述各个频带短时谱确定所述声音信号的当前帧是否为风噪，包括：根据所述各个频带短时谱计算双耳外传声器之间相干性，判断所述相干性绝对值是否符合所述声音信号的当前帧为风噪的数值条件；将至少2个频带短时谱合成一个子频带短时谱；对每个子频带短时谱进行声源入射角估计，计算入射角方差；判断所述入射角方差是否符合所述声音信号的当前帧为风噪的数值条件；在两者都符合为风噪的数值条件时，确定所述声音信号的当前帧为风噪。

在一个可能的实施方式中，所述至少2个传声器为一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器；所述根据所述各个频带短时谱确定所述声音信号的当前帧是否为风噪，包括：根据所述各个频带短时谱计算耳外传声器和耳内反馈传声器之间相干性，判断所述传声器间的相干性绝对值是否符合所述声音信号的当前帧为风噪的数值条件；计算融合至少2个频带短时谱的相对传递函数的模值，判断所述模值是否符合所述声音信号的当前帧为风噪的数值条件；在两者都符合为风噪的数值条件时，确定所述声音信号的当前帧为风噪。

在一个可能的实施方式中，所述计算所述声音信号中风噪帧数，根据风噪帧数判定行进状态中头盔佩戴情况，包括：统计所述声音信号中一段时间内的风噪帧数；判断所述风噪帧数是否符合行进状态未佩戴头盔的数值条件；如果符合，则当前处于行进状态未佩戴头盔的情况。

在一个可能的实施方式中，所述至少2个传声器为双耳外传声器和一个耳内反馈传声器；所述方法还包括：根据所述各个频带短时谱计算双耳外传声器之间相干性，判断所述相干性绝对值是否符合所述声音信号的当前帧为风噪的数值条件；将至少2个频带短时谱合成一个子频带短时谱；对每个子频带短时谱进行声源入射角估计，计算入射角方差；判断所述入射角方差是否符合所述声音信号的当前帧为风噪的数值条件；在两者都符合为风噪的数值条件时，确定所述声音信号的当前帧为风噪；统计双耳外传声器情况下所述声音信号的一段时间内风噪帧数，获得第一风噪帧数；根据所述各个频带短时谱计算一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器之间相干性，判断所述传声器间的相干性绝对值是否符合所述声音信号的当前帧为风噪的数值条件；计算融合至少2个频带短时谱频带的相对传递函数的模值，判断所述模值是否符合所述声音信号的当前帧为风噪的数值条件；在两者都符合所述声音信号的当前帧为风噪的数值条件时，确定所述声音信号的当前帧为风噪；统计一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器情况下所述声音信号一段时间内的风噪帧数，获得第二风噪帧数；将所述第一风噪帧数和第二风噪帧数的值相加，根据相加结果进行判断当前行进状态下是否佩戴头盔。

在一个可能的实施方式中，所述至少2个传声器为双耳外传声器，所述方法还包括检测非行进状态中头盔佩戴情况的步骤：根据所述各个频带短时谱计算双耳外传声器间的相干性的绝对值；将所述声音信号全频带范围内的所述传声器的相干性的绝对值累加；判断所述累加结果是否符合佩戴头盔的数值条件，判定当前非行进状态是否佩戴头盔。

在一个可能的实施方式中，所述至少2个传声器为一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器，所述方法还包括检测非行进状态中头盔佩戴情况的步骤：根据所述各个频带短时谱计算耳外传声器到耳内反馈传声器的相对传递函数的模值；获取不佩戴头盔状态下的典型值，其中第一典型值为环境噪声的相对传递函数模值，第二典型值为佩戴者语音的相对传递函数模值；如果当前帧为佩戴者语音，判断所述相对传递函数的模值与第二典型值是否符合佩戴头盔的数值条件，判定当前非行进状态是否佩戴头盔；如果当前帧为环境噪声，判断所述相对传递函数的模值与第一典型值是否符合佩戴头盔的数值条件，判定当前非行进状态是否佩戴头盔。

在一个可能的实施方式中，所述方法还包括根据gps信号确定头盔佩戴检测时是否处于行进状态。

本申请第二方面，提供了一种头盔佩戴状态自动检测的装置，所述装置包括耳机上的传声器和数字信号处理模块；所述传声器，用于拾取的声音信号；所述传声器数量至少为2个；所述数字信号处理模块，用于将所述至少2个传声器的声音信号分别进行快速傅里叶变换获取各个频带短时谱；根据所述各个频带短时谱确定所述声音信号的当前帧是否为风噪；计算所述声音信号中的风噪帧数，判定行进状态中头盔佩戴情况。

在一个可能的实施方式中，所述传声器包括耳外传声器和耳内反馈传声器。

在一个可能的实施方式中，所述数字信号处理模块还用于根据所述各个频带短时谱计算双耳外传声器间的相干性的绝对值，判断是否符合非行进状态中佩戴头盔的数值条件。

在一个可能的实施方式中，所述数字信号处理模块还用于根据所述各个频带短时谱计算耳外传声器到耳内反馈传声器的相对传递函数的模值，判断是否符合非行进状态中佩戴头盔的数值条件。

在一个可能的实施方式中，所述装置还包括gps定位器，所述gps定位器用于判定头盔佩戴是否处于行进状态。

本申请与现有技术相比，其有益效果在于：

本申请的实施例提出头盔佩戴自动检测的方法，基于头盔对风噪的屏蔽作用、对外界环境噪声的隔离作用以及对佩戴者语音的影响，通过相干计算以及相对传递函数计算进行头盔佩戴检测，实验结果表明，本申请检测性能极高，检测结果准确，满足应用需求。

本申请的实施例提出的头盔佩戴状态自动检测的装置，在摩托车和电动车车手佩戴耳机时的进行头盔佩戴情况检测，利用耳机上的传声器信号进行头盔佩戴状态的自动检测，相比于传统的头盔佩戴检测装置，该装置并不需要安装在头盔上，而仅使用日常使用的耳机即可实现头盔佩戴状态的自动检测，无需额外的传感器和设施。

附图说明

为了更清楚地说明本申请披露的多个实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请披露的多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为耳机常用的传声器阵列构型示意图:(1a)双耳外传声器；(1b)双耳外传声器和一个耳内反馈传声器；(1c)一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器；

图2为常见的摩托车或电动车头盔；

图3为本申请的实施例提供的佩戴头盔状态下耳外传声器和耳内反馈传声器拾取到的声音信号的频谱图；其中：

图(3a)为佩戴头盔状态下第一耳外传声器的声音信号频谱图；

图(3b)为佩戴头盔状态下第二耳外传声器的声音信号频谱图；

图(3c)为佩戴头盔状态下耳内反馈传声器的声音信号频谱图；

图4为本申请的实施例提供的不佩戴头盔状态下耳外传声器和耳内反馈传声器拾取到的声音信号的频谱图；其中：

图(4a)为不佩戴头盔状态下第一耳外传声器的频谱图；

图(4b)为不佩戴头盔状态下第二耳外传声器的频谱图；

图(4c)为不佩戴头盔状态下耳内反馈传声器的频谱图；

图5为本申请的实施例提供的佩戴头盔状态下的传声器拾取声音信号的相干性和能量比；其中：

图(5a)为佩戴头盔状态下第一耳外传声器与第二耳外传声器声音信号相干性频谱图；

图(5b)为佩戴头盔状态下第一耳外传声器与第二耳外传声器声音信号能量比频谱图；

图(5c)为佩戴头盔状态下双耳外传声器与耳内反馈传声器信号相干性频谱图；

图(5d)为佩戴头盔状态下双耳外传声器与耳内反馈传声器信号能量比频谱图；

图6为本申请的实施例提供的不佩戴头盔状态下的传声器拾取声音信号的相干性和能量比；其中：

图(6a)为不佩戴头盔状态下第一耳外传声器与第二耳外传声器声音信号相干性；

图(6b)为不佩戴头盔状态下第一耳外传声器与第二耳外传声器声音信号能量比；

图(6c)为不佩戴头盔状态下双耳外传声器与耳内反馈传声器信号相干性；

图(6d)为不佩戴头盔状态下两个第一耳外传声器声音信号与耳内反馈传声器信号能量比；

图7为本申请的实施例提供的头盔佩戴状态自动检测的方法示意图；

图8为本申请的实施例提供的头盔佩戴状态自动检测的方法在双耳外传声器情况下判定行进状态中头盔佩戴状况的流程图；

图9为本申请的实施例提供的头盔佩戴状态自动检测的方法在一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器情况下判定行进状态中头盔佩戴状况的流程图；

图10为本申请的实施例提供的头盔佩戴状态自动检测的方法在双耳外传声器、一个耳内反馈传声器情况下判定行进状态中头盔佩戴状况的流程图；

图11为本申请的实施例提供的头盔佩戴状态自动检测的方法在双耳外传声器情况下判定非行进状态中头盔佩戴状况的流程图；

图12为本申请的实施例提供的头盔佩戴状态自动检测的方法在一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器情况下判定非行进状态中头盔佩戴状况的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本申请的技术方案做进一步的详细描述。

本申请的实施例提出的头盔佩戴状态自动检测的装置可以为单侧耳机，该单侧耳机具有一个耳内反馈传声器以及至少一个耳外传声器，或者该单侧耳机具有双耳外传声器。典型的单侧耳机例如有源降噪的耳机，该有源降噪的耳机具有双耳外传声器，耳内有一个反馈传声器。

本申请的实施例提出的头盔佩戴状态自动检测的装置也可以为双耳耳机，典型的双耳耳机例如真无线立体声耳机，如果该真无线立体声耳机具有双耳外传声器，双耳外传声器可以分别设置在左右耳机外部；如果该真无线立体声耳机带有一个耳内反馈传声器，可将耳内反馈传声器配置在一侧耳机内；如果该真无线立体声耳机仅有一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器，将二个传声器配置在同侧或者异测均可行。

图1为耳机常用的传声器阵列构型示意图，如图1所示，其中(1a)为双耳外传声器；(1b)为双耳外传声器和一个耳内反馈传声器；(1c)为一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器。

图2为常见的摩托车或电动车头盔；如图2所示，该头盔通过传感器例如头盔上的gps定位器判定头盔佩戴是否处于行进状态；也可以通过数字信号处理模块处理左右耳传声器的拾取的声音信号进行联合判断。

在实际应用中，行进状态的头盔佩戴状态检测意义更大，因为行进状态戴头盔可有效保护车手的安全，因此本申请一方面解决摩托车和电动车车手行进状态下的头盔佩戴状态检测问题，提出根据风噪特点进行检测的方法，另一方面解决摩托车和电动车车手非行进状态下的头盔佩戴状态检测问题。虽然从安全性角度来说非行进状态下的头盔佩戴状态检测并不重要，但是从提高耳机佩戴者语音通信质量角度来说，非行进状态下的头盔佩戴状态检测也具有重要的意义，可为耳机传声器信号处理提供重要依据。

本申请的实施例提出一种头盔佩戴状态自动检测的装置，包括耳机上的传声器和数字信号处理模块。可以使用便携式可穿戴设备耳机作为头盔佩戴状态的检测的装置，通过耳机内部配置的传声器以及数字信号处理模块实现头盔佩戴状态自动检测。

具体地，传声器数量至少为2个，传声器拾取语音信号；数字信号处理模块将至少2个传声器的声音信号分别进行快速傅里叶变换获取各个频带短时谱；根据所述各个频带短时谱确定所述声音信号的当前帧是否为风噪；计算所述声音信号中的风噪帧数，从而判定行进状态中头盔佩戴情况。

在非行进状态中，数字信号处理模块还根据所述各个频带短时谱计算双耳外传声器间的相干性的绝对值，判断是否符合佩戴头盔的数值条件；或者，数字信号处理模块根据所述各个频带短时谱计算耳外传声器与耳内反馈传声器间的相对传递函数的模值，判断是否符合佩戴头盔的数值条件，从而判定非行进状态中头盔佩戴情况。

本申请的实施例提供的头盔佩戴状态自动检测的装置，在摩托车和电动车车手佩戴耳机时进行头盔佩戴情况检测，利用耳机上的传声器信号进行头盔佩戴状态的自动检测，相比于传统的头盔佩戴检测装置，该装置并不需要安装在头盔上，而仅使用日常使用的耳机即可实现头盔佩戴状态的自动检测，无需额外的传感器和设施。

下面分析上述头盔佩戴状态自动检测装置的检测依据。

图3为佩戴头盔状态下耳外传声器和耳内反馈传声器拾取到的声音信号的频谱图；其中(3a)为佩戴头盔状态下第一耳外传声器的声音信号频谱图，(3b)为佩戴头盔状态下第二耳外传声器的声音信号频谱图，(3c)为佩戴头盔状态下耳内反馈传声器的声音信号频谱图。

图4为不佩戴头盔状态下耳外传声器和耳内反馈传声器拾取到的声音信号的频谱图；其中(4a)为不佩戴头盔状态下第一耳外传声器的频谱图，(4b)为不佩戴头盔状态下第二耳外传声器的频谱图，(4c)为不佩戴头盔状态下耳内反馈传声器的频谱图。

对比图3和图4示出的频谱图分析声音信号的频谱特性可得：在佩戴头盔时，耳外传声器和耳内反馈传声器均不受风噪的影响；在不佩戴头盔时，耳外传声器受风噪的影响极大，而耳内反馈传声器几乎不受风噪的影响。

图5为佩戴头盔状态下的传声器拾取声音信号的相干性和能量比；其中(5a)为佩戴头盔状态下第一耳外传声器声音信号与第二耳外传声器声音信号相干性，(5b)为佩戴头盔状态下第一耳外传声器声音信号与第二耳外传声器声音信号能量比，(5c)为佩戴头盔状态下双耳外传声器与耳内反馈传声器信号相干性，(5d)为佩戴头盔状态下双耳外传声器与耳内反馈传声器信号相干性和能量比。

图6为不佩戴头盔状态下的传声器拾取声音信号的相干性和能量比；其中(6a)为不佩戴头盔状态下第一耳外传声器声音信号与第二耳外传声器声音信号相干性；(6b)为不佩戴头盔状态下第一耳外传声器声音信号与第二耳外传声器声音信号能量比；(6c)为不佩戴头盔状态下双耳外传声器声音信号与耳内反馈传声器信号相干性，(6d)为不佩戴头盔状态下两个第一耳外传声器声音信号与耳内反馈传声器信号能量比。

对比图5和图6示出的相干性和能量比频谱特性分析可得：由于耳腔共振导致耳内反馈传声器在低频能量较大，佩戴头盔状态和不佩戴头盔状态相干性和能量比表现出明显差异。在不佩戴头盔状态下，不论是耳外传声器之间，还是耳外传声器与耳内反馈传声器之间，信号相干性都较低，低频表现得更为明显；而佩戴头盔时，不论是耳外传声器之间，还是耳外传声器与耳内反馈传声器之间，相干性都很高。由于风噪一般都是能量较强的，因此当不佩戴头盔时，耳外传声器与耳内反馈传声器之间的低频能量比会显著增大；相反，佩戴头盔时，耳外传声器与耳内反馈传声器之间的低频能量比会降低。

如上所述，依据耳外传声器和耳内反馈传声器在佩戴头盔和不佩戴头盔状态下拾取声音信号的差异可以检测头盔佩戴状态，如风噪对耳外传声器和耳内反馈传声器的影响差异、环境噪声对耳外传声器和耳内反馈传声器的影响差异、以及封闭空间对声源入射角估计的影响等等。

依据上述分析，本申请的另一个实施例提出一种头盔佩戴状态自动检测的方法，如图7所示，所述方法包括：s1,拾取至少2个传声器的声音信号；s2,将所述至少2个传声器的声音信号分别进行快速傅里叶变换获取各个频带短时谱；s3,根据所述各个频带短时谱确定所述声音信号的当前帧是否为风噪；s4,计算所述声音信号中的风噪帧数，根据风噪帧数判定行进状态中头盔佩戴情况。

具体地，在执行s1时，由至少2个传声器拾取声音信号，对2个声音信号建立声学模型。

对于耳外传声器及耳内反馈传声器，设n时刻第i个耳外传声器接收到的声音信号xi(n)为：

xi(n)＝si(n)+di(n)+dw,i(n)(1)

其中，si(n)为n时刻第i个耳外传声器接收到的佩戴者语音信号，di(n)为n时刻第i个耳外传声器接收到的环境噪声，dw,i(n)为n时刻第i个耳外传声器接收到的风噪；i＝1,2,…m，其中m为耳外传声器个数。

n时刻第i个耳内反馈传声器接收到的声音信号为：

其中，和分别为n时刻第i个耳内反馈传声器接收到的佩戴者语音信号、环境噪声和风噪声；i＝1,2,..,n，其中n为耳内反馈传声器个数，在本实施例中n为1。

在执行s2时，以单侧耳机双耳外传声器组成的耳机构型为例，双耳外传声器接收的信号分别为x1(n)和x2(n)，公式(1)通过快速傅里叶(fft：fastfouriertransform)的频域表达式为：

xi(k,l)＝si(k,l)+di(k,l)+dw,i(k,l),i＝1,2(3)

其中，xi(k,l)、si(k,l)、di(k,l)和dw,i(k,l)分别是xi(n)、si(n)、di(n)和dw,i(n)的第l帧第k个频带短时谱。

在执行s3时，包括根据各个频带短时谱进行如下参数的计算：

s301，根据各个频带短时谱计算传声器之间声音信号的互相关函数。

具体地，设耳外传声器m1和耳外传声器m2间距为d，根据耳外传声器m1和耳外传声器m2的拾取的声音信号x1(n)和x2(n)(或两路波束输出信号)的各个频带短时谱进行时延及doa估计，常用方法为广义相关法^[7]。两个耳外传声器之间声音信号的互相关函数为：

其中，τ为时延，nfft为fft点数，fs为传声器信号采样频率，kl和kh分别为计算时选择频带范围的上、下限，w12(k,l)为基于频谱信息的加权系数，下标1和2表示耳外传声器的序号。加权系数w12(k,l)的值可采用基于信噪比的加权方法获得，也可采用基于相位变换的加权方法获得。

s302，根据互相关函数计算两个耳外传声器之间声源入射角估计值。

具体地，在τ∈[-d/c,d/c]的范围内对互相关函数进行计算，并获得互相关函数最大值对应时延的值：

根据公式(5)所得的互相关函数最大值对应时延的值，计算该时延对应的声源入射角估计值为其中c为声速。

由于当目标声源位于传声器正前方时，目标声源入射角度θs＝0，因此如果耳外传声器m1和耳外传声器m2复合的声源入射角θ12(l)估计角度也在0度附近时，可以认为当前语音段是佩戴者语音段；当为其他方向干扰时，复合的声源入射角θ12(l)会偏向其他方向。根据复合的声源入射角θ12(l)估计值，能够判断当前语音段是环境噪声段还是佩戴者语音段。

s303，根据互相关函数计算传声器间的相干性。

为了判断是否为风噪，需要计算耳外传声器m1和耳外传声器m2之间的相干性的绝对值，其中耳外传声器m1和耳外传声器m2之间的相干性的值为：

其中，δ是大于0的小量，避免除零运算。下标i和j表示耳外传声器的序号，在本实施例中i取值为1或2，j取值为1或2。为自功率谱和互功率谱：当i＝j时，rij(k,l)＝rii(k,l)＝rjj(k,l)为自功率谱；当i≠j时，为互功率谱。α是固定平滑因子，为了减少估计偏差，α取值应该接近于1，但是这会造成语音和音频起始段失真，特别是风噪能量较高时，会造成语音和音频信号较长时间的失真，因此α一般取值范围在0到1之间，α典型取值为0.8。

s304，计算两个耳外传声器的声源入射角的入射角方差。具体地，将多个频带合并成一个子频带，如每500hz合并成一个子频带，在每个子频带进行声源定位，获得每个子频带声源入射角为θij(κ,l)，其中κ表示子频带指针；

根据子频带声源入射角估计θij(κ,l)，计算入射角方差：

其中，κup为子频带上限。

s305，计算耳内反馈传声器与耳外传声器相对传递函数，计算步骤为：

设仅有一个耳内反馈传声器或者其余类型的振动传感器，则式(2)的频域表达式为：

其中，xⁱⁿ(k,l)、sⁱⁿ(k,l)、dⁱⁿ(k,l)和分别是xⁱⁿ(n)、sⁱⁿ(n)、dⁱⁿ(n)和的第l帧第k个频带短时谱。

根据上述各个频带短时谱计算耳内反馈传声器与耳外传声器的相对传递函数为：

其中，rtfi(k,l)为第i个耳外传声器到耳内反馈传声器的传递函数。当耳外传声器相对距离较近时，在非风噪环境中，rtfi(k,l)对不同i取值的模值接近于是一个常数。为了减少相对函数的估计方差，计算融合多个频带的相对传递函数的模值：

其中，系数β典型取值为0.5，1或者2。

在本申请的实施例中，对于仅有双耳外传声器情况下的行进状态头盔佩戴状态检测，在执行s3-s4时，根据所述各个频带短时谱计算双耳外传声器之间相干性，判断所述相干性绝对值是否符合当前帧为风噪的数值条件；将至少2个频带短时谱合成一个子频带短时谱；对每个子频带短时谱进行声源入射角估计，计算入射角方差；判断所述入射角方差是否符合当前帧为风噪的数值条件；在两者都符合为风噪的数值条件时，确定声音信号为风噪。为了减少误判可以先根据复合的声源入射角估计值判断当前帧是否为佩戴者语音，如果不是佩戴者语音再进行风噪或环境噪声的判断。

如图8所示，具体按照以下步骤s801-s805执行：

s801，将根据公式(4)和公式(5)计算获得耳外传声器m1和耳外传声器m2拾取的声音信号在某个频带范围内的复合的声源入射角估计值θ12(l)，判断所述复合的声源入射角θ12(l)是否大于角度门限θth，如果复合的声源入射角θ12(l)大于角度门限θth，当前帧不为佩戴者语音，角度门限θth可取值为20度；

s802，根据公式(6)和公式(7)，判断当前帧中是否为风噪，当耳外传声器m1和耳外传声器m2之间的相干性|cij(k,l)|的值与0值的差值小于相干性门限，而入射角方差var(θ(l))的值大于方差门限时，为风噪；当则传声器相干性|cij(k,l)|的值与1值的差值小于相干性门限，而入射角方差var(θ(l))小于方差门限时，不为风噪；

s803，通过s801和s802判定当前帧不为佩戴者语音且为风噪时，标记当前帧的风噪状态值vadwind(l)＝1；否则标记当前帧的风噪状态值vadwind(l)＝0；

s804，统计一段时间内风噪状态值vadwind(l)＝1的帧数，即：

式(11)还可以采用一阶平滑的方式实现，即：

numoffrm(l)＝ηnumoffrm(l-1)+(1-η)vadwind(l)(12)

其中，η的取值应尽可能的接近于1，采用式(12)可以有效的降低运算量，同时减少存储空间。

s805，当一段时间内风噪状态值为1的帧数numoffrm(l)超过设定的帧数门限时，则当前处于行进状态未佩戴头盔；否则当前处于行进状态佩戴头盔。

在本申请的实施例中，对于一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器情况下的行进状态头盔佩戴状态检测，在执行s3-s4时，根据所述各个频带短时谱计算耳外传声器和耳内反馈传声器之间相干性，判断传声器间的相干性绝对值是否符合当前帧为风噪的数值条件；计算融合至少2个频带短时谱的相对传递函数的模值，判断该模值是否符合为风噪的数值条件；在两者都符合为风噪的数值条件时，确定声音信号的当前帧为风噪。

具体的，如图9所示，按照以下步骤s901-s905执行：

s903，根据第一风噪状态vadwind,1(l)和第二风噪状态vadwind,2(l)的值判断当前帧是否为风噪，为了采用与运算减少误检测，即当前帧的风噪状态vadwind(l)＝vadwind,1(l)&vadwind,2(l)，当第一风噪状态和第二风噪状态的值都是1时,当前帧的风噪状态vadwind(l)设置为1，否则设置为0。

s904，根据公式(11)或者公式(12)统计一段时间内的风噪状态vadwind(l)＝1的帧数numoffrm(l)；

s905，当一段时间内的风噪状态的值vadwind(l)＝1的帧数numoffrm(l)超过设定的帧数门限时，则当前处于行进状态未佩戴头盔；否则当前处于行进状态佩戴头盔。

在本申请的实施例中，对于有双耳外传声器、一个耳内反馈传声器情况下的行进状态头盔佩戴状态检测，可以采用上述的方案的任意一种，也可以融合两个方案，通过融合一般可提高检测性能。如图10所示，具体的融合方法如下：

s1001，采用双耳外传声器情况下的行进状态头盔佩戴状态检测步骤s801-s804统计第一风噪帧数，记为numoffrm1(l)；

s1002，采用一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器行进状态头盔佩戴状态的检测步骤s901-s904统计第二风噪帧数，记为numoffrm2(l)；

s1003，联合第一风噪帧数numoffrm1(l)和第二风噪帧数numoffrm2(l)的取值，进行判断，为了减少误判，可将两者相加，获得总噪声帧数：

numoffrm(l)＝numoffrm1(l)+numoffrm2(l)(13)

s1004，判断numoffrm(l)是否超过门限，当numoffrm(l)超过门限，则当前处于行进状态未佩戴头盔的情况，否则当前处于行进状态佩戴头盔的情况。

在非行进状态下，考虑头盔对外界噪声有隔离作用，因此此时信噪比较高且风噪也较弱。另外，头盔的作用会改变佩戴者到耳外传声器的传递函数。

在本申请的实施例中，对于仅有双耳外传声器的非行进状态头盔佩戴状态检测，基于双耳外传声器进行语音端点检测，可采用基于信噪比的方法，也可采用基于小模型的深度学习网络方法。对于双耳外传声器的非行进状态头盔佩戴状态检测的方法包括根据所述各个频带短时谱计算双耳外传声器间的相干性的绝对值；将所述声音信号全频带范围内的所述传声器的相干性的绝对值累加；根据所述累加结果判定当前非行进状态是否佩戴头盔。

具体如图11所示，按照以下步骤s1101-s1103执行：

s1101，根据公式(6)计算当前帧内耳外传声器m1和耳外传声器m2的相干性的绝对值|cij(k,l)|；

s1102，计算当前帧频带范围内的|cij(k,l)|累加值，即：

其中，klow和kup分别为频带下限和频带上限，一般频带下限klow对应频率125hz，频带上限kup对应频率3750hz；

s1103，判断累加值c(l)是否大于某一门限cth，如果判断结果为是，则当前处于非行进状态佩戴头盔的情况，否则当前处于非行进状态未佩戴头盔；

为了提高检测准确性，可对多帧累加值c(l)是否都大于cth进行统计，根据多帧的结果进行一个总的判断。

在本申请的实施例中，对于仅有一个耳外传声器和一个耳内反馈传声器情况下的非行进状态头盔佩戴状态检测的方法包括，根据所述各个频带短时谱计算耳外传声器到耳内反馈传声器的相对传递函数的模值；获取不佩戴头盔状态下的典型值，其中第一典型值为环境噪声的相对传递函数模值，第二典型值为佩戴者语音的相对传递函数模值；如果当前帧为佩戴者语音，判断所述相对传递函数的模值与第二典型值是否符合佩戴头盔的数值条件，判定当前非行进状态是否佩戴头盔；如果当前帧为环境噪声，判断所述相对传递函数的模值与第一典型值是否符合佩戴头盔的数值条件，判定当前非行进状态是否佩戴头盔。

如图12所示，按照以下步骤s1201-s1204执行：

s1201，根据公式(10)计算耳外传声器到耳内反馈传声器的相对传递函数的模值|rtf(κ,l)|；

对于有双耳外传声器、一个耳内传声器的非行进状态头盔佩戴状态检测，则可以采用上述两个方法的任意一种，也可以融合两个方法，通过融合同样可提高检测性能。

关于检测头盔佩戴时是否处于行进状态的判别，可采用的方法包括结合其余传感器如头盔上的gps定位器或者智能手机gps定位系统等，根据gps定位信息确定头盔佩戴检测时是否处于行进状态。也可以直接采用左右耳传声器拾取的声音信号的风噪进行联合判断。当采用传声器拾取的声音信号进行行进状态判断时，准则如下：如果左右耳的风噪特性接近一样，头盔佩戴检测时处于行进状态；由于风向是无规则的，因此，如果左右耳的风噪特性有显著差异，头盔佩戴检测时处于非行进状态。

本申请的实施例提出的头盔佩戴自动检测的方法基于头盔对风噪的屏蔽作用、对外界环境噪声的隔离作用以及对佩戴者语音的影响，通过相干计算以及相对传递函数计算进行头盔佩戴检测，实验结果表明，检测性能极高，检测结果准确，满足应用需求。

本领域普通技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执轨道，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域普通技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执轨道的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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