[發明專利]一種聽音辨位的裝置及方法

有效

• 申請號: 201610265871.5
• 申請日: 2016-04-26
• 公開（公告）號: CN105807261B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 楊志明
• 申請（專利權）人: 深思考人工智能機器人科技（北京）有限公司
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,王蔚

技術領域

本發明涉及聲音方向識別技術領域,特別是涉及一種聽音辨位的裝置及方法。

背景技術

聲音是重要的信息傳遞方式。而聲音方向辨識技術是通過聲音獲取聲源位置信息，判斷聲源方向，從而產生適當的反應，其已被廣泛的應用于聲控護理機器人、會議麥克風定向增強等應用場合。

目前，聲音方向識別的技術主要有以下兩種：

第一種為波峰偵測法。波峰偵測法首先對麥克風接收的聲波進行放大、濾波后，通過積分處理將聲波轉換為三角波；然后通過對比每一個麥克風相對應的三角波峰值，求出時間差；最后再利用數學運算式求出聲音入射角，以得到聲波的音源位置。

第二種為相關值法。相關值法是將每一麥克風接收的聲波經過放大及濾波處理后，利用模擬數字轉換器轉換成數字信號，然后通過對各路麥克風的數字信號進行相關值運算，獲得最大相關值，并依據此最大相關值來找出聲音入射角，從而確定音源位置。

然而，上述兩種聲音辨識方法的算法復雜度都很高，積分處理和相關值處理都需要采用大量的乘法器，不適合于硬件開發；同時，兩種算法對硬件聲音檢測記錄的精確性、依賴性很高，使得成本增加。因此，如何設計一種不需要太龐大計算量的聽音辨位的裝置，成為亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，為克服現有的聲音方向辨識方法存在著算法復雜度高及對硬件要求高的技術問題，提供一種聽音辨位的裝置及方法，該裝置不使用乘法器，方法中不需要龐大的計算量，即可精確的識別聲音的方位。

為實現上述目的，本發明提供的一種聽音辨位的裝置，包括：至少四個聲源接收器和中央處理器；所有的聲源接收器沿周向均勻分布，將裝置所在的空間劃分成若干個象限，且每一個聲源接收器的信號輸出端均與中央處理器連接；所述的聲源接收器接收外界的聲源信號，并將其轉化為數字信號后輸入至中央處理器；所述的中央處理器通過設定的閾值判斷得出最先接收到聲源信號的兩個聲源接收器，以確定聲源信號所在的象限，并通過記錄最先接收聲源信號的兩個時間點后，計算得出聲源位置。

作為上述技術方案的進一步改進，所述的聲源接收器包括：麥克風、功率放大器和模數轉換器；所述的功率放大器將麥克風接收的聲源信號進行放大、濾波處理后，由模數轉換器將該聲源信號轉換為數字信號。

作為上述技術方案的進一步改進，包括四個聲源接收器，分別沿南東北西方位設置的前向聲源接收器、右向聲源接收器、后向聲源接收器、左向聲源接收器。

基于上述結構的聽音辯位裝置，本發明還提供了一種聽音辨位的方法，該方法包括：

步驟1)利用各聲源接收器接收外界的聲源信號，并經放大、濾波處理后，將聲源信號轉換為數字信號；

步驟2)通過中央處理器將各聲源接收器輸出的數字信號總能量與設定的信號能量值進行比較，如果數字信號總能量未超出信號能量值，則令中央處理器繼續等待接收數字信號；否則，執行步驟3)；

步驟3)中央處理器進行初始化，并設置判斷閾值，該閾值為一段正常語音錄入的平均值；

步驟4)利用中央處理器判斷其從各聲源接收器接收的數字信號，如果全部高于步驟3)中設定的閾值，則記錄各數字信號超過閾值時的時間點后執行步驟5)，否則，令中央處理器繼續等待接收數字信號；

步驟5)通過步驟4)中記錄的各時間點尋找最先超過閾值所對應的兩個聲源接收器，以確定聲源信號所在象限的初始位置；

步驟6)利用步驟5)中得到的兩個聲源接收器所對應的兩個時間點計算得出聲源信號的最終位置。

作為上述技術方案的進一步改進，所述步驟6)中兩個時間點計算得出聲源信號的最終位置的公式表示為：

ang＝ang0+(st-ft)/ft╳45°

其中，ang表示聲源信號的最終位置，ang0表示聲源信號的初始位置，ft表示第一個超過閾值的時間點，st表示第二個超出閾值的時間點。

本發明的一種聽音辨位的裝置及方法的優點在于：

利用多個聲源接收器沿軸向均勻分布后形成多向麥克風陣列，提高了識別準確度；僅需采用閾值判斷分析接收信號的時間差，即可獲得精確的聲源位置信息，提高了判別的準確度；不需使用乘法器，從而對處理器要求低；不需要龐大的計算量，使得算法復雜度低；對硬件性能依賴小。

附圖說明

圖1為本發明實施例中的一種聽音辨位的裝置結構示意圖。

圖2為本發明實施例中的各聲源接收器的結構示意圖。

圖3為本發明實施例中的一種聽音辨位的方法操作流程圖。