[發明專利]一種基于麥克風陣列的聲源定位跟隨系統及方法

在審

• 申請號: 201611028138.8
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106782596A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 朱靜波
• 申請（專利權）人: 深圳市行者機器人技術有限公司
• 主分類號: G10L21/0272
• 分類號: G10L21/0272;G10L21/0216;G01S5/20;G01S3/808
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 武君

技術領域

本發明涉及語音信號處理領域，特別是一種基于麥克風陣列的聲源定位跟隨系統及方法。

背景技術

早在20世紀七八十年代，就開始將麥克風陣列應用于語音信號處理的研究中，進入90年代以來，基于麥克風陣列的語音信號處理算法逐漸成為一個新的研究熱點。1995年flanagan在混響環境下用陣列信號處理對聲音進行捕獲。1996年silverman和brandstein開始將其應用于聲源定位中，用于確定和實時跟蹤說話人的位置。

目前，麥克風陣列系統已經應用于許多場合，包括視頻會議、語音識別、說話人識別、汽車環境語音獲取、混響環境聲音拾取、聲源定位和助聽裝置等。雖然基于麥克風陣列的語音處理技術正成為一個新的研究熱點，但相關應用技術還不成熟。

因此，需要一種基于麥克風陣列的聲源定位跟隨系統及方法

發明內容

本發明的目的之一是提出一種基于麥克風陣列的聲源定位跟隨系統；本發明的目的之二是提出一種基于麥克風陣列的聲源定位跟隨方法。

本發明的目的之一是通過以下技術方案來實現的：

本發明提供的一種基于麥克風陣列的聲源定位跟隨系統，包括信號接收模塊、AD采樣電路、信號預處理模塊、算法處理模塊和輸出模塊；

所述信號接收模塊為麥克風陣列，用于獲取聲源到各個麥克風的語音信號；

所述AD采樣電路，用于獲取各麥克風的語音采樣信號；

所述信號預處理模塊，用于預處理語音采樣信號；

所述算法處理模塊，用于根據語音采樣信號計算聲源位置；

所述輸出模塊，用于輸出聲源位置信息。

進一步，所述麥克風陣列包括相互垂直設置的均勻線性子陣列A、均勻線性子陣列B和參考點麥克風；所述參考點麥克風設置于相互垂直設置的均勻線性子陣列A、均勻線性子陣列B的中間點。

進一步，所述信號預處理模塊對語音采樣信號進行預處理是對采樣信號進行加窗操作得到加窗處理信號。

進一步，所述算法處理模塊按照以下步驟來計算聲源位置：

根據加窗處理信號來判斷聲源位于采樣位置的前后方向；

根據加窗處理信號來判斷聲源位于采樣位置的左右方向；

根據聲源位于采樣位置的前后方向和左右方向來確定聲源的位置。

進一步，所述算法處理模塊中聲源的位置是通過聲源定位方法來確定的，具體步驟如下：

S631：按照以下公式對語音采樣信號進行快速傅里葉變換得到聲源信號的幅度譜：

S(k)＝FFT[s_w(n)]；

其中，S(k)為加窗信號s_w(n)的傅里葉變換；

S632：根據得聲源信號的幅度譜按照以下公式計算聲源信號到各麥克風間的波程差：

其中，d₁為一個周期內聲源信號到麥克風M1與M2間的波程差；d₂為一個周期內聲源信號到麥克風M1與M3間的波程差；λ為聲源信號一個周期的波長，f為聲源信號頻率；β₁＝θ₂-θ₁為麥克風1與2間相位差；β₂＝θ₃-θ₁為麥克風1與3間相位差；θ₁表示麥克風M1接收的聲源信號的相位；θ₂表示麥克風M2接收的聲源信號的相位；θ₃表示麥克風M3接收的聲源信號的相位；

S633：根據波程差按照以下公式計算聲源位置坐標：

其中，(x，y)為聲源坐標，a為相鄰麥克風間距；

為聲源距行走裝置所載麥克風M1距離；

S634：根據聲源位置坐標按照以下公式計算聲源方位角：

聲源方位角

其中，α聲源方位角。

本發明的目的之二是通過以下技術方案來實現的：

本發明提供的一種基于麥克風陣列的聲源定位跟隨方法，包括以下步驟：

S1：設置麥克風陣列；

S2：通過麥克風陣列來獲取聲源到各個麥克風的語音信號；

S3：將語音采樣信號轉換為信號序列；

S4：對信號序列進行加窗操作得到加窗處理信號；

S5：對加窗處理信號判斷聲源位于采樣位置的前后方向和左右方向；

S6：根據聲源位于采樣位置的前后方向和左右方向來確定聲源的位置；