一种专用于咳嗽声学分析的医疗音频容错预处理方法及系统与流程

本发明涉及医疗音频信号处理与咳嗽声学分析，具体涉及一种专用于咳嗽声学分析的医疗音频容错预处理方法及系统。

背景技术：

1、咳嗽音频的居家自采集场景面临严重的声学环境变异挑战。用户可能在家中使用不同品牌的手机录制，环境噪声包括电视声、空调声、厨房操作声和街道交通噪声等。这些原始录音在进入咳嗽声学分析深度学习模型前，必须经过一系列预处理步骤将其规整化为统一格式和质量的输入信号。

2、现有音频预处理方案通常按固定顺序对信号执行简单的归一化和滤波，但存在几个显著不足。首先，谱减法降噪时通常使用全段信号的平均幅度谱作为噪声估计，而咳嗽声本身是短时高能量瞬态信号，全段平均会将咳嗽峰值的能量也纳入"噪声"估计，导致有效信号被过度削弱。其次，预处理各步骤之间缺乏独立的异常处理——若某一步骤因参数不匹配或输入格式异常导致失败，现有实现通常会抛出异常并终止整个预处理过程，使得在居家自采集场景中各种意外输入导致管线整体失效。再次，滤波频段选择缺乏针对咳嗽声生理频带的专项分析——咳嗽声能量主要集中于80hz至4000hz范围，低于80hz为工频干扰（50hz及其谐波），高于4000hz为人声辅音和非咳嗽环境噪声频带。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有咳嗽音频预处理方案中，全段平均噪声估计不准确导致有效信号损失、预处理步骤缺乏独立容错机制导致极端输入造成管线整体中断、滤波频段选择未针对咳嗽声生理特性进行优化。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种专用于咳嗽声学分析的医疗音频容错预处理方法，采用前20帧噪声前置估计避免咳嗽能量混入噪声基线，精确限定80-4000hz咳嗽生理频带，并在各步骤间设置独立异常捕获单元，一步失败仅跳过该步不影响管线整体的连续运行。

1.一种专用于咳嗽声学分析的医疗音频容错预处理方法，其特征在于，包括至少以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各步骤的独立异常捕获单元在捕获异常后，将该异常步骤的输出设置为所述步骤的输入信号原样通过，以保证后续步骤在输入信号通过前置处理后仍可正常工作。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设目标采样率为16000hz，所述固定时长为5000毫秒，所述预设能量阈值为低于信号最大能量30分贝的帧被判定为静音帧。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自适应静音段切除步骤在执行前先判断序列时长，当序列总时长大于0.5秒时执行切除，当序列总时长小于等于0.5秒时直接跳过该步骤以避免过度截断。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线性相位带通滤波采用scipy.signal.butter设计的5阶巴特沃斯滤波器实现，并使用filtfilt函数执行零相位双向滤波。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述短时傅里叶变换的参数为n_fft=2048、hop_length=512；所述居中对齐的补零或截断操作中目标采样点数为目标采样率乘以目标时长除以1000，当原始序列长度不足时居中对齐填充零值，当原始序列长度超过时从居中对齐位置向两侧对称截取。

7.一种专用于咳嗽声学分析的医疗音频容错预处理系统，包括：

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述容错调度单元还配置为：在预处理管线结束后，汇总所有被跳过的步骤信息和告警日志，与规整化后的采样序列及质量等级标识一并输出。

9.一种计算机设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述方法的步骤。