Page 65 - 无损检测2024年第三期

周 浩, 等:
基于 MFCC和 GMM 的瓷砖空鼓率识别系统及方法

其中上位机采集控制软件主要用于声信号调理采集
仪的接收信号增益控制、 采样率控制及接收信号的
采集; 声信号处理软件主要用于声信号的 MFCC 特
征提 取、 GMM 参 数 集 求 取、 GMM 模 型 训 练 及
GMM 分类识别等, 声信号处理时的各种参数如帧
长 N 、 MFCC 维度 L 、 GMM 混合数 Q 等也可通过
该软件进行设置。

3 试验结果与分析

为了进行瓷砖空鼓率的测试试验, 在实验室墙
上根据胶泥涂抹面积的占比不同分别铺贴了实心瓷
砖以及空鼓率为 10% , 20% , 30% 的瓷砖各 10 块。
空鼓瓷砖的空鼓主要位于瓷砖的中心处, 如图4所
图2 瓷砖空鼓率识别流程 示。 B为瓷砖的空鼓区域, A 为剩余的实心区域, 粘
于对麦克风接收信号的调理、 放大与采集, 上位机用 贴时尽可能将空鼓区域 B位于瓷砖的中心处。
于对采集信号的处理及识别。

图3 系统结构示意及实物
声信号调理采集仪由接收信号调理放大电路及 图4 空鼓瓷砖示意
AD 采集电路两部分构成, 其中接收信号调理放大电 瓷砖粘贴完成后, 分别随机选取了4类不同空
路由前置放大器、 可控增益放大器、 有源滤波器、 主放 鼓率瓷砖中的6块作为训练样本, 用于提取瓷砖敲
大器构成, 可以对麦克风接收信号进行可控增益放大 击声以及建立 GMM 模型库。提取声音训练样本

时, 对每块瓷砖用同一硬质锤以适当的力度在瓷砖
及根据瓷砖敲击声频率范围设定的100Hz~5kHz
的有源带通滤波。调理放大后的信号由 AD 采集电 中心处进行敲击, 采集其中的25次敲击声共计600
路进行采集, AD 采集电路的采样位数为 16位, 采 个信号作为训练样本。

样率可以在 1~16kHz内任意设置。采样后的信 在声音训练样本的特征提取及 GMM 模型库
号通过网络接口传送给上位机, 由上位机对接收信 建立的过程中, 对 MFCC和 GMM 的各种参数进行
号进行进一步的分析与处理。 了调节, 并比较了不同参数下的分析效果, 最后选定
为了实现系统所需的功能, 用 MATLAB 设计 的参数设置值如表1所示。 EM 算法计算时的最大
了相应的上位机采集控制软件及声信号处理软件, 迭代次数选定为1000次。

表1 MFCC及 GMM 处理时的主要参数设置
预加重系数 帧长 / 采样 帧移 / 采样 小信号切除 MEL滤波器 MFCC维度 GMM 混合数
采样率 / kHz 窗函数
μ 点数 N 点数 Δ N 阈值 / % 个数 M L Q

16 0.9375 256 90 Hammin g 10 29 36 16
4 种不同空鼓率瓷砖的 36 维度 MFCC 特征 发生变化, 这也说明用 MFCC 作为特征参数具有
图谱如图 5 所示, 可以看出, 随着瓷砖空鼓率的 良好的 识 别 性, 可 以 更 好 地 判 断 和 识 别 瓷 砖 空
变化, MFCC 特征图谱在不同维度上的分量也在 鼓率。

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2024年 第46卷 第3期
无损检测