[發明專利]用于估計到達方向的設備和方法

有效

• 申請號: 201780084900.0
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN110226101B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 陳凱南;尤爾根·蓋格;穆罕默德·塔吉扎德;彼得·格羅舍
• 申請（專利權）人: 華為技術有限公司
• 主分類號: G01S3/808
• 分類號: G01S3/808;G01S3/80
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 熊永強;李稷芳

本發明提供了一種用于估計來自Q≥1個聲源(202)的聲音的到達方向(Direction of Arrival，DOA)的設備(100)。所述設備(100)用于獲取包含測量出的相位差值的相位差矩陣，所述測量出的相位差值中的每一個是兩個麥克風單元(203)之間針對所述聲音的頻率范圍中的一個頻率點的相位差測量值。所述設備(100)還用于：通過將所述測量出的相位差值復制到其它可能的正弦周期來生成復制相位差矩陣；針對所述復制相位差矩陣中的每個相位差值計算DOA值；以及將基于所述計算出的DOA值生成的直方圖中的Q個最突出的峰值確定為Q個DOA結果。

技術領域

本發明涉及一種用于估計從Q≥1個聲源而來的到達方向(Direction ofArrival，DOA)的設備、對應方法和裝置。具體而言，該設備和方法對從聲音接收器等獲得的相位差矩陣執行后處理，其中該聲音接收器用于從聲源接收聲音。

背景技術

大部分多通道聲源DOA估計算法都存在空間混疊問題。空間混疊的結果是，通道間相位差被包裹在空間混疊頻率之外。解決這一問題的常見方案是調整接收由聲源產生的聲音的麥克風或麥克風陣列之間的距離，以便獲得適當的最小混疊頻率以及隨后只采用低于該最小混疊頻率的頻帶來定位聲源。

傳統的使用麥克風定位聲源的方法是估計從各聲源到麥克風的到達時間差(TimeDifference of Arrival，TDOA，Δt)。對于窄帶定位算法，可以根據每個頻帶中的通道間相位差μ_i來估計TDOA。這些相位差與TDOA之間的關系如下：

μ_i＝2πf_iΔt (1)

其中f_i表示窄帶頻率。對于遠場假設，還可以根據TDOA估計DOA。以下方程式(2)示出了相位差μ_i與DOA之間的關系，用聲源到麥克風的角θ來表示。在該方程式中，c表示錄音環境中的聲速，Δd表示麥克風之間的距離。

傳統的算法通過估計相位差來估計窄帶DOA。然而，當μ_i＞2π時，將包裹在[-π，π]中，這可以在針對較高頻率的圖13(左側)中看出。在圖13中，正確的頻率相關相位差通過粗直線表示，而不正確的、包裹的頻率相關相位差沿著鋸齒狀線示出。因此，估計的DOA將是錯誤的，這同樣可以在圖13(右側)中看出。這里，正確的(頻率無關)DOA通過橫粗線表示，而錯誤的(頻率相關)DOA沿鋸齒狀線表示。圖示的問題就是所謂的空間混疊間題。

空間混疊問題的邊界處的頻率稱為混疊頻率f_a。從以下方程式(3)中可以看出，f_a與角θ有關，但是角θ是未知的，因此，對于高于f_a的頻率，包裹的相位差矩陣無法直接解包裹。

某一場景的最小混疊頻率定義為其中

通常，當聲源的頻帶較寬時，使用離散傅立葉變換(Discrete Fouriertransform，DFT)。然后在每個頻率上重復窄帶定位算法。因此，針對單聲源場景獲得“原始”相位差向量，針對多源場景獲得“原始”相位差矩陣，定義為μ₀。該相位差矩陣僅包括時的正確相位差值。

因此，在定位時通常僅考慮聲音的較低頻帶以避免空間混疊問題。這是傳統算法的一個明顯缺點。

發明內容

鑒于上述問題和缺點，本發明旨在改進基于傳統定位算法操作的設備和方法，即，用于估計DOA的設備和方法。本發明的目的是還使用聲音的較高頻帶來估計DOA，尤其是針對多通道聲源。因此，本發明旨在提供一種能夠更穩健、準確地估計DOA并定位聲源的設備和方法。具體地，當麥克風或麥克風陣列之間的距離較大時，本發明旨在改進傳統設備和方法。

本發明的目的通過所附獨立權利要求中提供的方案實現。本發明的有利實施方式在從屬權利要求中進一步定義。