远场声源定位系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种远场声源定位系统和方法，所述系统包括：麦克风阵列，包括至少两个麦克风，各麦克风分别用于采集声源的声音信息；空间分集定位单元，用于建立空间坐标系，根据各麦克风的位置将空间划分为若干个子集，根据各声音信息确定声源所在的子集；虚拟相位定位单元，用于分别对每一对麦克风进行虚拟相位定位；其中，虚拟相位定位包括：对一对麦克风所采集的两个声音信息进行虚拟相位迁移以获得放大相位差，并根据对应的逆函数确定真实相位差，根据真实相位差确定声源相对于一对麦克风的入射角；统计定位单元，用于对各入射角进行统计分析，确定声源相对于系统的角度信息。本发明专利技术实现了通过小尺寸麦克风阵列对远场声源的角度进行精准定位。

Far field sound source positioning system and method

The invention provides a far field sound source localization system and method, the system includes: a microphone array, including at least two microphones, the microphone for voice information collection source; space diversity positioning unit for space coordinate system is set up according to the position of the microphone space will be divided into several sub sets, according to the to determine where each subset of sound source sound information; virtual phase positioning unit for the separate virtual phase location of each of the microphone; the virtual phase location includes: to transfer a virtual phase of two voice information captured by the microphone to obtain the phase difference amplification, and according to the corresponding inverse function to determine the true phase according to the difference, to determine the sound source relative to the incident angle of a microphone real phase difference; statistical positioning unit for each of the incident angle To determine the angle information of the sound source relative to the system. The invention realizes the accurate positioning of the far field sound source by the small size microphone array.

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及远场声源定位
，具体涉及一种远场声源定位系统和方法。
技术介绍
到达时间差(Time Difference of Arrival，简称TDOA)定位技术是目前最主流的声源定位技术，通过几何建模，根据麦克风拾取到远场声源的信息。经过互相关算法算出相对延时，再通过延时和阵列距离估算出声源角度。传统的麦克风阵列通过TDOA实现定位，通常对阵列的尺寸有一定的要求。原因在于如果麦克风阵列的尺寸过小，即各麦克风的间距过近，会导致远场声源到达各麦克风的声音信号过于相近，很难通过互相关算法来算出声源从远场到达麦克风阵列的时间差即延时，同时，过小的阵列尺寸会产生很大误差，难以准确计算声源相对于麦克风阵列的角度。最终导致远场声源的角度定位的精度大幅下降。
技术实现思路
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种能通过小尺寸麦克风阵列对远场声源的角度进行精准定位的远场声源定位系统和方法。第一方面，本专利技术提供一种远场声源定位系统，所述系统包括：麦克风阵列，包括至少两个麦克风，各所述麦克风分别用于采集声源的声音信息；空间分集定位单元，用于建立空间坐标系，根据各所述麦克风在所述空间坐标系中的位置将空间划分为若干个子集，根据各所述声音信息确定所述声源所在的子集；虚拟相位定位单元，用于分别对各所述麦克风中每一对麦克风进行虚拟相位定位；其中，所述虚拟相位定位包括：对所述一对麦克风所采集的两个声音信息进行虚拟相位迁移以获得放大相位差，并根据与所述虚拟相位迁移对应的逆函数确定真实相位差，根据所述真实相位差确定所述声源相对于所述一对麦克风的入射角；统计定位单元，用于对各所述入射角进行统计分析，确定所述声源相对于所述系统的角度信息。第二方面，本专利技术提供一种远场声源定位方法，所述方法包括：麦克风阵列中的各麦克风分别采集声源的声音信息；建立空间坐标系，根据各所述麦克风在所述空间坐标系中的位置将空间划分为若干个子集，根据各所述声音信息确定所述声源所在的子集；分别对各所述麦克风中每一对麦克风进行虚拟相位定位；其中，所述虚拟相位定位包括：对所述一对麦克风所采集的两个声音信息进行虚拟相位迁移以获得放大相位差，并根据与所述虚拟相位迁移对应的逆函数确定真实相位差，根据所述真实相位差确定所述声源相对于所述一对麦克风的入射角；对各所述入射角进行统计分析，确定所述声源相对于所述系统的角度信息。本专利技术诸多实施例提供的远场声源定位系统和方法根据麦克风阵列的各麦克风在空间坐标系中的位置将空间划分为若干个子集，并根据各麦克风采集的声音信息确定声源所在的子集，再通过分别对各所述麦克风中每一对麦克风进行虚拟相位定位，即通过放大相位差再求逆以获得精准的真实相位差，确定声源对每一对麦克风的入射角，最后对各入射角进行统计分析，确定声源的角度信息，实现了通过小尺寸麦克风阵列对远场声源的角度进行精准定位；本专利技术一些实施例提供的远场声源定位系统和方法进一步根据空间坐标系和各所述入射角建立几何模型，将声源对每一对麦克风的入射角分别转换为声源对麦克风阵列的入射角，从而实现声源对麦克风阵列的入射角的精确统计分析。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一实施例中远场声源定位系统的结构示意图。图2为本专利技术一实施例中远场声源定位方法的流程图。图3为图2所示方法的一优选实施方式中步骤S40的流程图。图4为本专利技术一优选实施例中根据各麦克风的位置将空间划分为若干个子集并确定声源所在子集的示意图。图5为图2所示方法的一优选实施方式中步骤S60的流程图。图6为本专利技术一优选实施例中对各所述麦克风进行两两配对的示意图。图7为本专利技术一优选实施例中对一对麦克风进行虚拟相位定位的示意图。图8为图2所示方法的一优选实施方式中步骤S80的流程图。图9为图8所示步骤S80的一种优选实施方式的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。图1为本专利技术一实施例中远场声源定位系统的结构示意图。如图1所示，在本实施例中，本专利技术提供的远场声源定位系统包括麦克风阵列10、空间分集定位单元30、虚拟相位定位单元50和统计定位单元70。其中，麦克风阵列10包括至少两个麦克风，各所述麦克风分别用于采集声源的声音信息。空间分集定位单元30用于建立空间坐标系，根据各所述麦克风在所述空间坐标系中的位置将空间划分为若干个子集，根据各所述声音信息确定所述声源所在的子集。虚拟相位定位单元50用于分别对各所述麦克风中每一对麦克风进行虚拟相位定位。其中，所述虚拟相位定位包括：对所述一对麦克风所采集的两个声音信息进行虚拟相位迁移以获得放大相位差，并根据与所述虚拟相位迁移对应的逆函数确定真实相位差，根据所述真实相位差确定所述声源相对于所述一对麦克风的入射角。统计定位单元70用于对各所述入射角进行统计分析，确定所述声源相对于所述系统的角度信息。图2为本专利技术一实施例中远场声源定位方法的流程图。图2所示的远场声源定位方法可对应应用于图1所示的系统中。如图2所示，在本实施例中，本专利技术提供的远场声源定位方法包括：S20：麦克风阵列中的各麦克风分别采集声源的声音信息；S40：建立空间坐标系，根据各所述麦克风在所述空间坐标系中的位置将空间划分为若干个子集，根据各所述声音信息确定所述声源所在的子集；S60：分别对各所述麦克风中每一对麦克风进行虚拟相位定位；S80：对各所述入射角进行统计分析，确定所述声源相对于所述系统的角度信息。其中，所述虚拟相位定位包括：对所述一对麦克风所采集的两个声音信息进行虚拟相位迁移以获得放大相位差，并根据与所述虚拟相位迁移对应的逆函数确定真实相位差，根据所述真实相位差确定所述声源相对于所述一对麦克风的入射角。具体地，在本实施例中，所述声源为远场声源。麦克风阵列10为平面的圆形麦克风阵列。在更多实施例中，麦克风阵列10可根据实际需求设置为不同形状的平面麦克风阵列，或不同形状的立体麦克风阵列，均可实现相同的技术效果，利用小尺寸的麦克风阵列完成对远场声源的精准定位。在步骤S20中，麦克风阵列10中的各麦克风分别采集远场声源的声音信息；在步骤S40中，空间分集定位单元30根据各所述麦克风的位置建立空间坐标系，例如取麦克风阵列的中心点为原点，在平面麦克风阵列所在的平面作为X轴-Y轴平面，在更多实施例中可根据实际需求以不同方式建立空间坐标系；根据各所述麦克风在所述空间坐标系中的位置将空间划分为若干个子集，根据各所述麦克风采集的各声音信息依次判断所述声源距离哪个麦克风更近，以确定所述声源所在的子集。在步骤S60中，虚拟相位定位单元50依次对各所述麦克风中每一对麦克风进行虚拟相位定位。例如，当麦克风阵列包括3个麦克风A、B、C时，依次对每一对麦克风(A，B)、(A，C)、(B，C)进行虚拟相位定位。以对麦克风A和B进行虚拟相位定位为例，根据预设的函数分别对麦克风A采集的声音本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种远场声源定位系统，其特征在于，所述系统包括：麦克风阵列，包括至少两个麦克风，各所述麦克风分别用于采集声源的声音信息；空间分集定位单元，用于建立空间坐标系，根据各所述麦克风在所述空间坐标系中的位置将空间划分为若干个子集，根据各所述声音信息确定所述声源所在的子集；虚拟相位定位单元，用于分别对各所述麦克风中每一对麦克风进行虚拟相位定位；其中，所述虚拟相位定位包括：对所述一对麦克风所采集的两个声音信息进行虚拟相位迁移以获得放大相位差，并根据与所述虚拟相位迁移对应的逆函数确定真实相位差，根据所述真实相位差确定所述声源相对于所述一对麦克风的入射角；统计定位单元，用于对各所述入射角进行统计分析，确定所述声源相对于所述系统的角度信息。

【技术特征摘要】
1.一种远场声源定位系统，其特征在于，所述系统包括：麦克风阵列，包括至少两个麦克风，各所述麦克风分别用于采集声源的声音信息；空间分集定位单元，用于建立空间坐标系，根据各所述麦克风在所述空间坐标系中的位置将空间划分为若干个子集，根据各所述声音信息确定所述声源所在的子集；虚拟相位定位单元，用于分别对各所述麦克风中每一对麦克风进行虚拟相位定位；其中，所述虚拟相位定位包括：对所述一对麦克风所采集的两个声音信息进行虚拟相位迁移以获得放大相位差，并根据与所述虚拟相位迁移对应的逆函数确定真实相位差，根据所述真实相位差确定所述声源相对于所述一对麦克风的入射角；统计定位单元，用于对各所述入射角进行统计分析，确定所述声源相对于所述系统的角度信息。2.根据权利要求1所述的远场声源定位系统，其特征在于，所述建立空间坐标系，根据各所述麦克风在所述空间坐标系中的位置将空间划分为若干个子集，根据各所述声音信息确定所述声源所在的子集包括：建立空间坐标系；以各所述麦克风中每一对麦克风的中垂面为界线，将空间划分为若干个子集；分别根据每一对麦克风所采集的两个声音信息判断所述声源在各所述中垂面的哪一侧，以确定所述声源所在的子集。3.根据权利要求1所述的远场声源定位系统，其特征在于，所述对所述一对麦克风所采集的两个声音信息进行虚拟相位迁移以获得放大相位差，并根据与所述虚拟相位迁移对应的逆函数确定真实相位差包括：对所述一对麦克风中远离所述声源的第一麦克风所采集的第一声音信息进行虚拟相位后移，得到第三声音信息；对所述一对麦克风中靠近所述声源的第二麦克风所采集的第二声音信息进行虚拟相位前移，得到第四声音信息；根据所述第三声音信息和所述第四声音信息计算得到放大相位差；根据所述放大相位差、虚拟相位后移求逆函数、虚拟相位前移求逆函数计算得到真实相位差。4.根据权利要求1所述的远场声源定位系统，其特征在于，所述对各所述入射角进行统计分析，确定所述声源相对于所述系统的角度信息包括：根据所述空间坐标系将各所述入射角分别转换为相对于所述系统的入射角，并建立几何模型；对各相对于所述系统的入射角进行统计分析，确定所述声源相对于所述系统的角度信息。5.根据权利要求4所述的远场声源定位系统，其特征在于，所述根据所述空间坐标系将各所述入射角分别转换为相对于所述系统的入射角，并建立几何模型之前还包括：根据各所述声音信息判断所述声源位于近场或远场，并根据判断结果选择对应的建模类型。6.根据权利要求1-5任一项所述的远场声源定位系统，其特征在于，所述麦克风阵列为平面麦克风阵列，各所述麦克风位于同一平面上；或，所述麦克风阵列为立体麦克风阵列，各所述麦克风不位于同一平面上。7.根据权利要求6所述的远场声源定位系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐荣强，
申请(专利权)人：北京地平线信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11