[發明專利]基于最小圓覆蓋算法的語音定位方法

在審

• 申請號: 202111263497.2
• 申請日: 2021-10-28
• 公開（公告）號: CN114019454A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 王陽宣;彭世偉;魏勁超;張洪利;李陽
• 申請（專利權）人: 四川啟睿克科技有限公司
• 主分類號: G01S5/20
• 分類號: G01S5/20
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 陳藝文

本發明公開了一種基于最小圓覆蓋算法的語音定位方法，包括：在空間中分布多個語音測向模塊，根據語音的位置計算出語音相對于自身的方向角度；根據人為設定的坐標系，確定每個語音測向模塊之間的交點坐標；利用最小圓覆蓋算法確定離散分布的所有交點坐標的圓心，即為最后的語音定位坐標；本發明利用最小覆蓋圓點集的方法將每個語音定位模塊的測向誤差對最終的定位結果的影響減到了最小。

技術領域

本發明涉及語音定位技術領域，特別是一種基于最小圓覆蓋算法的語音定位方法。

背景技術

利用多個麥克風傳感器采集到的信號來計算到達時延差(Time delay ofarrival,TDOA)。然后根據TDOA以及麥克風之間的間距可以得到語音信號的方向。該測量方向受到環境的影響，比如混響，背景噪聲、測量誤差等等，這些因素會導致語音定向產生誤差。如果需要對目標語音進行定位，則需要多個語音測向模塊分布式的進行語音定向，然后依據不同位置語音測向模塊的結果確定目標語音信號的位置。

TDOA技術提供了一種方法，能夠通過兩個麥克風傳感器采集到的信號來確定兩個信號之間的時延差，從而確定語音方向。計算信號間時延差主要用的方法是基于廣義互相關函數(Generalized Cross-Correlation,GCC)。而聲場環境分為近場聲源和遠場聲源。對于常見的封閉空間下的語音源和語音測向模塊之間的距離，通常認為語音聲源為遠場聲源。所以TDOA技術只能計算語音信號的方向，需要通過分布式的語音模塊來對語音進行測向，并利用不同模塊的測向結果來確定語音的位置。

但是實際情況下，定向的精度往往不能保證精確，會在一定范圍內偏差。這種偏差會導致語音聲源的定位也會出現偏差，所以如何避免由語音測向模塊產生的定向誤差導致的語音信號定位的誤差是需要解決的問題。。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種基于最小圓覆蓋算法的語音定位方法，本發明利用最小覆蓋圓點集的方法將每個語音定位模塊的測向誤差對最終的定位結果的影響減到了最小。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于最小圓覆蓋算法的語音定位方法，包括以下步驟：

S10、在空間中分布多個語音測向模塊，根據語音的位置計算出語音相對于自身的方向角度；

S20、根據人為設定的坐標系，確定每個語音測向模塊之間的交點坐標；

S30、利用最小圓覆蓋算法確定離散分布的所有交點坐標的圓心，即為最后的語音定位坐標。

作為本發明的進一步改進，步驟S20具體如下：

在密閉的房間中布置M個語音測向模塊，假設第i個模塊的坐標為(x_i,y_i)，測量的語音方向角度為θ_i，根據建模時設計的空間坐標軸，將測量到的語音方向角度轉換為坐標軸下的角度θ_i′：

θ_i′＝π/2-θ_i

將所有的語音測向模塊測向的結果用一元一次方程表示：

y-y_i＝k_i(x-x_i)

其中，k_i＝tan(θ_i′)；

將所有的語音測向直線兩兩相交，計算兩條線的交點：

(x,y)為第i個和第j個測向模塊的交點，則：

計算所有可能的交點，如果有M個語音測向模塊，且假設對于一段語音，每個測向模塊計算N次角度，那么最后一共可以得到M*(M-1)*N*N/2個交點；