[發明專利]一種基于麥克風陣列的近場聲源實時定位系統

在審

• 申請號: 201810507372.1
• 申請日: 2018-05-24
• 公開（公告）號: CN108549051A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 李秀坤;葉春煦;賈紅劍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于麥克風陣列的近場聲源實時定位系統，屬于聲源定位技術領域；包括麥克風陣列及其放大電路模塊、信號采集與處理模塊、定位結果存儲模塊和其他系統輔助模塊。語音信號通過麥克風陣列接收并放大，放大電路采用具有自動增益功能的麥克風專用放大器為核心。信號采集與處理模塊以具有片上模數轉換功能的DSP芯片作為核心，采用DSP芯片內部的直接存儲器訪問功能。將近場二維寬帶MUSIC算法進一步優化，對麥克風陣列信號頻譜子頻帶進行取舍后，對子頻帶矩陣做MUSIC譜估計，降低DSP芯片的運算量，提高了系統實時性。聲源定位結果存儲模塊采用SD卡作為存儲介質，提高系統的應用范圍，采用“預建簇鏈法”建立說話人位置數據的簇鏈，提高系統實時性。

技術領域

本發明屬于聲源定位技術領域，具體涉及一種基于麥克風陣列的近場聲源實時定位系統。

背景技術

麥克風作為聲音信號尤其是語音信號采集的一種常用聲電換能器，在多媒體會議、教學、通信、機械設備振動與噪聲檢測、軍事指揮偵察等領域有著廣泛應用[39]。目前市場上音頻采集相關產品，以單個麥克風作為音頻信號采集單元的產品為主，一些高端產品采用了各種形式的麥克風陣列作為音頻信號采集、處理的傳感器。在傳統會議中，通常使用單個麥克風采集說話人的聲音信息，會后通過人工的方式對會議錄音內容進行整理、校對，然而這已經遠遠不能滿足現代會議的要求，會議室的智能化建設成為一個新趨勢。一個智能化的會議室，通常包括以下幾個方面：①實現會議室內包括燈光、會議升降機、大屏開關、會議攝像頭、空調等所有設備集中管理的設備控制模塊；②實現會議主機、參會人員計算機、平板電腦、手機等智能設備的畫面自由投屏顯示的信號投屏模塊；③實現會議攝像頭、麥克風、音響設備自動采集錄制、自動切換、自動存儲的音視頻系統。其中，音視頻系統是智能會議室的核心，而對說話人的聲源定位，又是音視頻系統實現自動化的關鍵所在。根據與會者座位排列的先驗信息，可以不同時刻不同說話人的位置區分不同說話人，為會后人工整理會議記錄或者智能會議室控制中心區分不同說話人提供了更多信息。

出于消除混響、噪聲等干擾，獲得聲音信號的相位信息以便更準確地判斷聲源位置的目的，目前國內外學者、研究人員對具有一定幾何形狀的麥克風做了廣泛而深入的研究。陣列中的每個麥克風為一個“陣元”，利用多個“陣元”采集的信息冗余獲得更多關于聲源的信息。麥克風陣列應用的技術領域主要有聲源遠場波達方向估計與近場定位、說話人識別、語音增強、語義理解等。聲源定位和聲紋識別是判斷說話人位置、區分不同說話人的關鍵技術，一種在會議室中判斷說話人說話時間、說話位置以區分不同說話人的軟硬件系統成為一項迫切需求。

發明內容

本發明的目的在于提供可以在麥克風近場范圍內實時對說話人進行定位和并存儲說話人定位結果，向智能會議室系統提供說話人在二維平面區域內更準確的位置坐標的一種基于麥克風陣列的近場聲源實時定位系統。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：

第一方面，本發明提供了一種基于麥克風陣列的近場聲源實時定位系統，所述系統的總體結構包括：

一個用于采集說話人聲音信息的按均勻直線陣排列的駐極體麥克風陣列，將麥克風陣列按照均勻直線陣排列一方面可以在陣元數量一定的情況下盡可能增大陣列整體尺寸，提高系統的近場范圍，另一方面可以方面與實際應用場景中的桌子等設施結合，方便安裝與使用。

緊隨其后的是各駐極體麥克風的放大電路，放大電路采用具有自動增益控制功能的集成度極高的麥克風專用放大器(例如MAX9814L)對駐極體麥克風輸出的小信號放大，在設計電路時，需要設置放大器自動增益控制模塊的作用時間t_attack和釋放時間t_release，以達到既無“削峰”現象又無“抽吸”現象。采用集成度高的麥克風專用放大器還可以減少系統電路的節點，提高系統的穩定性。