用于汽车应用的音频播放的监测的制作方法

本发明涉及用于汽车应用的音频信号的播放和播放监测的系统和方法。

背景技术：

1、在汽车应用中，音频信号(有时称为警告声响(warning chimes))用信号通知与安全相关的事件，如车道偏离、盲点中的载具、行人等。这种音频信号的目的是警告驾驶员关于安全关键情况，使得其可以执行相应的应对动作。因此，重要的是，这样的音频信号实际上按预期播放，并且检测音频链中的任何故障，不管它是在源(例如控制器)、放大器还是扬声器处。因此，汽车应用中的安全相关音频信号由iso 26262(道路载具功能安全标准)定义的asil(汽车安全完整性等级)分类方案管理，并被分类为asil a。

2、增加安全相关音频信号的可靠性的一种措施是使用单独的音频放大器和扬声器，而不是例如使用娱乐系统的放大器和扬声器。此外，根据相关的安全标准，系统必须监测asil a级功能的正确工作，并且在故障的情况下作出反应。该系统的一部分是检测音频信号存在于放大器或扬声器的输出上。在发生故障的情况下，可以通过其他手段警告驾驶员关于该故障和/或可以记录该故障，使得该系统可以在下一次维护时被修理。

3、存在一些公知的用于检测安全相关音频信号的解决方案。根据第一解决方案，在音频信号的数字回送上计算校验和，并且将该校验和与期望值进行比较。如果校验和不匹配，则检测到故障。该解决方案的缺点是它仅在数字域中工作，即在音频信号被馈送到模数转换器(adc)之前，并且不对放大器或扬声器输出的模拟信号操作。因此，该方法不能监测信号链的模拟部分的正确操作。

4、根据另一种方法，在时间/频率上监测和分析放大器或专用麦克风的输出，并将结果与原始音频信号的特性进行比较。根据又一方法，计算监测信号与原始音频信号之间的互相关，并将其与阈值进行比较。虽然这些方法覆盖了包括模拟部分的大部分或全部信号链，但是它们相当复杂，因为它们需要在全频域中分析信号。此外，这些方法由于环境噪声和变化的信号路径条件(例如，由乘客和/或载荷、打开/关闭的窗户等引起的反射和吸收)而容易出错。

5、因此，本发明的目的是提供一种允许以低复杂性对用于汽车应用的音频信号进行可靠的播放监测的系统和方法。

技术实现思路

1、根据本发明的一种用于播放音频信号和监测音频信号的播放的系统，所述系统包括：音频信号生成模块，所述音频信号生成模块被配置成生成音频信号；识别信号生成模块，所述识别信号生成模块被配置成生成与所述音频信号相关联的识别信号；组合模块，所述组合模块被配置成将所述音频信号和所述识别信号组合成组合音频信号；播放模块，所述播放模块被配置成基于所述组合音频信号播放声音；以及验证模块，所述验证模块被配置成处理所播放的声音，以验证所播放的声音包含所述识别信号。

2、音频信号生成模块生成音频信号，该音频信号可以是警告信号，例如警告铃声或类似的可听声音，其目的是通知驾驶员有关安全的情况。这样，音频信号生成模块可以由已经检测到安全相关情况的相应控制器触发。音频信号可以在存储器中，例如作为音频样本，并且音频信号生成模块可以读取相应的存储器位置以获取音频信号。另选地，音频信号可以由相应的算法产生，例如音频合成算法。

3、识别信号生成模块生成与音频信号相关联的识别信号。优选地，在音频信号与识别信号之间存在一对一对应性，即给定的识别信号明确地识别相关联的音频信号。识别信号可以存储在存储器中，并且识别信号生成模块可以读取相应的存储器位置以获取识别信号。另选地，音频信号可以由相应的算法产生。

4、组合模块将音频信号和识别信号组合成组合音频信号。例如，音频信号和识别信号可以相加或混合。

5、通常，音频信号生成模块、识别信号生成模块和组合模块可以位于载具上。在这种情况下，组合模块可以在音频信号的每次播放时组合由音频信号生成模块提供的音频信号和由识别信号生成模块提供的识别信号。另选地，音频信号生成模块、识别信号生成模块和组合模块可以在音频信号的每次播放时再现预先存储的样本。预先存储的样本可以是具有集成到音频信号中的识别信号的组合信号，例如相加或混合的。因此，音频信号生成模块、识别信号生成模块和组合模块的功能可以由再现所存储的组合信号的单个模块来执行。另选地，音频信号生成模块、识别信号生成模块和组合模块可以位于载具外部，并且所得到的组合信号可以作为预先存储的样本存储在载具中。

6、播放模块基于组合音频信号播放声音。例如，播放模块可以是载具内的放大器或扬声器。

7、验证模块处理所播放的声音并验证所播放的声音是否包含识别信号。为此，验证模块可以通过分接放大器的输出或者通过用麦克风记录扬声器的输出来接收由播放模块播放的声音。如果验证失败，则假定音频信号未被正确播放。这可能由音频链中的错误引起，例如缺陷放大器或扬声器。在这种情况下，验证模块可以提供相应的警告指示，这将在下面更详细地解释。

8、与现有技术的系统不同，根据本发明的系统允许通过检查与音频信号叠加的识别信号的存在来主动地验证与安全相关的音频信号已经被播放。这最小化了环境噪声和改变的信号路径条件(例如，由乘客和/或载荷、打开/关闭的窗户等引起的反射和吸收)的影响，并且增加了监测的可靠性。同时，与现有技术方法相比，处理复杂性降低，因为识别信号的解码可以根据识别信号的期望和已知特性(例如其频率和/或信号幅度)来定制。与现有技术方法不同，不是需要分析整个信号域，而是仅需要分析其一部分。例如，当识别信号的中心频率已知时，分析可以集中在该频率周围的窄带上，而不是分析整个频谱。

9、识别信号生成模块可以被配置成使用第一识别码调制至少一个载波频率。可以以音频信号特定的方式调制载波频率，从而通过第一识别码唯一地标识该特定音频信号。调制后的载波频率通常将导致将载波频率作为其中心频率的频带。因此，验证模块可以集中于该频带以解调识别信号并提取识别码。频移键控(fsk)可以用作调制方法。可以用很少的努力和复杂性来实现频移键控。对于验证模块中的相应解调级也是如此。

10、验证模块可以被配置成使用所述至少一个载波频率来解调所播放的声音以提取第二识别码。这样，解调所接收的声音发生在期望识别信号的频率处。考虑频域中的接收信号，整个信号的处理不是必需的，而是仅在载波频率周围的(窄)频带中。这也降低了解调级的复杂性，其可以以降低的努力和成本来实现。

11、验证模块可以被配置成将第一识别码与第二识别码进行比较。如果识别码匹配，则验证模块可以输出相应的匹配信号。如果识别码不匹配，则验证模块可以输出相应的不匹配信号。可以将匹配和/或不匹配信号提供给控制器，该控制器根据信号的类型(匹配或不匹配)引起某些动作。本发明允许码的简单比较，以验证安全相关音频信号的正确播放，而不是像现有技术那样比较复杂的音频信号特性。

12、组合模块可以被配置成将音频信号和识别信号相加。这样，通过简单的加法操作为音频信号提供明确的标识。

13、本发明的另一方面涉及一种用于播放音频信号和监测音频信号的播放的方法，所述方法包括以下步骤：生成音频信号；生成与所述音频信号相关联的识别信号；将所述音频信号和所述识别信号组合成组合音频信号；基于所述组合音频信号播放声音；以及处理所播放的声音，以验证所播放的声音包含识别信号。

14、如果验证失败，则假定音频信号未被正确播放。这可能由音频链中的错误引起，例如缺陷放大器或扬声器。在这种情况下，验证模块可以提供相应的警告指示，这将在下面更详细地解释。

15、通常，产生音频信号、产生识别信号以及将音频信号和识别信号组合成组合音频信号的步骤可以在载具上执行。在这种情况下，可以对音频信号的每次播放执行组合从产生音频信号的步骤得到的音频信号和从产生识别信号的步骤得到的识别信号的步骤。另选地，产生音频信号的步骤、产生识别信号的步骤和组合的步骤可以作为单个步骤来执行，例如通过在音频信号的每次播放时再现预先存储的样本。预先存储的样本可以是具有集成到音频信号中的识别信号的组合信号，例如相加或混合。另选地，生成音频信号、生成识别信号以及组合音频信号和识别信号的步骤可以在载具外部执行，并且所得到的组合信号可以作为预先存储的样本存储在载具中。

16、产生识别信号的步骤可以包括使用第一识别码调制至少一个载波频率。频移键控(fsk)可以用作调制方法。

17、验证步骤可以包括使用至少一个载波频率来解调所播放的声音，以提取第二识别码。

18、验证步骤可以包括将第一识别码与第二识别码进行比较。

19、组合步骤可以包括将音频信号和识别信号相加。

20、关于该方法相对于现有技术的优点，参考已经关于相应系统作出的解释。所提及的优点也适用于该方法。

21、对于根据本发明的系统和方法两者，音频信号和识别信号在频率上可以不同，和/或识别信号的功率可以低于音频信号的功率。特别地，识别信号的频率和/或功率可以是不可听见的，因为其由音频信号支配。例如，音频信号可以位于可听频谱的较低区域，例如大约1khz，而识别信号的中心频率可以高得多，例如高于10khz。附加地或可选地，识别信号的功率可以基本上低于音频信号的功率。例如，识别信号的功率可以等于或小于-20dbfs，优选地等于或小于-30dbfs，最优选地等于或小于-40dbfs。由于音频信号和识别信号的基本上不同的频率和/或功率，识别信号不能被人耳识别。然而，识别信号的功率将仍然足以由验证模块或在验证步骤中接收和处理以验证识别信号的存在。

22、对于根据本发明的系统和方法，识别信号可以在前同步码之后和/或在后同步码之前。前同步码和后同步码有助于定位所接收的声音信号中的识别信号。特别地，如果识别信号基于识别码，则前同步码或后同步码有助于定位识别码的开始和/或结束。

23、对于根据本发明的系统和方法，可以将一个或更多个冗余位添加到第一识别码。冗余允许校正例如由环境噪声引起的接收错误。例如，可以将一个或更多个奇偶校验位添加到第一识别码。冗余增加了音频信号检测的可靠性。

24、对于根据本发明的系统和方法，如果对播放的声音包含识别信号的验证失败，则可以提供警告指示。验证模块可以被配置成提供警告指示。警告指示可以被提供给载具的驾驶员。例如，可以提供光和/或声信号。可以通过与用于组合音频信号的信号路径不同的可选信号路径来提供声信号。另选地，或附加地，可以记录警告指示。例如，警告指示可以存储在载具的存储器中，用于诊断的目的。然后可以进行相应的维护。警告指示的出现可以与时间戳和/或其它信息一起记录。

25、对于根据本发明的系统和方法，fsk可以与高于10khz的两个载波一起使用。10khz基本上高于汽车应用中使用的音频信号或声音的通常频率。由于在音频信号的频率与载波频率之间实际上不存在叠加，因此载波的电平或功率可以基本上降低到不可听见的电平以下。

26、本发明的另一方面涉及一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储包括计算机可执行指令的计算机程序，所述计算机可执行指令在由计算机执行时使所述计算机执行如前所述的方法。因此，关于该方法的描述对于计算机可读存储介质也是有效的。