一种基于麦克风阵列的声源定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于麦克风阵列的声源定位方法及装置。该方法包括：预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列；其中，长方体麦克风阵列包括至少一个由八元麦克风构成的长方体阵列块；在进行声源定位时，确定声源信号强度最大的目标麦克风所在的目标阵列块；获取目标阵列块中目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延，并根据信号时延计算声源的位置。本发明专利技术先确定目标麦克风再计算声源具体位置，无须开根号等繁琐计算，计算量小且计算速度快，因此在语音信号处理领域，具有较强的实用性。

Acoustic source positioning method and device based on microphone array

The invention discloses a microphone source positioning method and device based on microphone array. The method comprises the following steps: pre construct cuboid microphone array in the space to be detected; the cuboid microphone array includes at least one composed of eight element rectangular array microphone; in the sound source location, determine the target array block in target microphone sound source maximum signal strength; signal delay between the target array block adjacent target microphone and microphone, diagonal microphone, and calculated according to the position of the sound source signal delay. The present invention first determines the target and then calculate the specific position of sound source microphone, do not open the root and other complicated calculation, small amount of calculation and the calculation speed is fast, so in the processing of speech signal, and has strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种基于麦克风阵列的声源定位方法及装置
本专利技术涉及语音信号处理
，尤其涉及一种基于麦克风阵列的声源定位方法及装置。
技术介绍
近年来，随着工业、民用和军事领域的定位应用需求的增大，基于声源检测与定位系统的研究已经成为新的研究热点。声源定位技术是阵列信号处理的重要技术之一，具有广阔的应用前景和实际意义，其已经在视频电话、视频会议系统、电话会议系统、监控系统、语音追踪系统以及声呐探索系统等领域得到广泛应用。目前的声源定位系统是将多个麦克风按照一定顺序分布在空间的不同位置，对各个麦克风接收的语音信号进行处理，最终根据计算得出声源的最终位置。然而随着噪声环境的丰富以及混响的介入，传统的一维、二维声源定位算法已经不能满足声源定位精准的需求。而传统的三维声源定位算法相比一维和二维定位算法虽然计算较为准确，但是由于三维计算涉及计算量非常大，导致计算速度较慢，不能满足声源定位系统快而准的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于麦克风阵列的声源定位方法及装置，用以解决现有技术中的声源定位方法因计算量大导致计算速度较慢的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案：依据本专利技术的一个方面，提供一种基于麦克风阵列的声源定位方法，包括：预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列；其中，所述长方体麦克风阵列包括至少一个由八元麦克风构成的长方体阵列块；在进行声源定位时，确定声源信号强度最大的目标麦克风所在的目标阵列块；获取所述目标阵列块中所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延，并根据所述信号时延计算所述声源的位置。优选的，所述预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列，具体包括：当所述待检测空间为规则形状时，将所述待检测空间等分为至少一个小空间；将所述小空间等分为8个小块，每个小块的中心即为麦克风所在的位置。优选的，在确定声源信号强度最大的目标麦克风所在的目标阵列块时，具体包括：以采样频率对各麦克风接收到的声源信号进行采样，预设时间内采样点的平方和即为所述声源信号强度；确定所述声源信号强度最大的目标麦克风，并根据预设阵列块信息获取所述目标麦克风所在的目标阵列块。优选的，所述获取所述目标阵列块中所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延，并根据所述信号时延计算所述声源的位置，具体包括：当所述目标阵列块包括多个阵列块时，获取每个阵列块中的所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延；根据每个阵列块中所述信号时延分别计算出一个声源的位置；获取每个声源的位置的平均值，所述平均值即为声源的最终位置。优选的，在获取所述目标麦克风与所述相邻麦克风、所述对角线麦克风的信号时延之前，所述方法还包括：对所述相邻麦克风、所述对角线麦克风采集的声源离散信号进行加窗、时频变换处理，获取去噪的时域信号；利用倒谱法对所述时域信号进行去混响处理，得到纯语音时域信号，以基于所述纯语音时域信号获取所述信号时延。优选的，所述根据所述信号时延计算所述声源的位置，具体包括：利用三维空间定位方法，根据所述信号时延获取所述声源与所述目标麦克风之间的距离；其中，所述三维空间的三维坐标系以所述目标麦克风为原点，将所述相邻麦克风所在的方向分别为X轴、Y轴以及Z轴；利用空间三角形余弦定理和余弦公式，基于所述声源与所述目标麦克风之间的距离计算所述声源的空间坐标。优选的，所述声源与所述目标麦克风之间的距离的计算公式如下：其中，c为声速；ti为声源到相邻麦克风i与声源到原点的时间差；t4为声源到对角麦克风与声源到原点的时间差；所述声源的空间坐标的计算公式如下：其中，Lx为所述目标麦克风与X轴上相邻麦克风的距离；Ly为所述目标麦克风与Y轴上相邻麦克风的距离、Lz为所述目标麦克风与Z轴上相邻麦克风的距离。依据本专利技术的一个方面，提供一种基于麦克风阵列的声源定位装置，包括：构建单元，用于预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列；其中，长方体麦克风阵列包括至少一个由八元麦克风构成的长方体阵列块；确定单元，用于在进行声源定位时，确定接收声源信号强度最大的目标阵列块；定位单元，用于获取所述阵列块中声源信号强度最大的目标麦克风与相邻麦克风、对角麦克风之间的信号时延，并根据所述信号时延确定声源的位置。优选的，所述构建单元，具体用于：当所述待检测空间为规则形状时，将所述待检测空间等分为至少一个小空间；将所述小空间等分为8个小块，每个小块的中心即为麦克风所在的位置。优选的，所述确定单元，具体用于：以采样频率对各麦克风接收到的声源信号进行采样，预设时间内采样点的平方和即为所述声源信号强度；确定所述声源信号强度最大的目标麦克风，并根据预设阵列块信息获取所述目标麦克风所在的目标阵列块。优选的，所述定位单元，具体用于：当所述目标阵列块包括多个阵列块时，获取每个阵列块中的所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延；根据每个阵列块中所述信号时延分别计算出一个声源的位置；获取每个声源的位置的平均值，所述平均值即为声源的最终位置。优选的，所述定位单元，还用于：在获取所述目标麦克风与所述相邻麦克风、所述对角麦克风的信号时延之前，对所述相邻麦克风、所述对角麦克风采集的声源离散信号进行加窗、时频变换处理，获取去噪的时域信号；利用倒谱法对所述时域信号进行去混响处理，得到纯语音时域信号，以基于所述纯语音时域信号获取信号时延。优选的，所述定位单元，具体用于：利用三维空间定位装置，根据所述信号时延获取声源与目标麦克风之间的距离；其中，所述三维空间的三维坐标系以所述目标麦克风为原点，将所述相邻麦克风所在的方向分别为X轴、Y轴以及Z轴；利用空间三角形余弦定理和余弦公式，基于所述声源与目标麦克风之间的距离计算声源的空间坐标。优选的，所述定位单元，具体用于：计算所述声源与所述目标麦克风之间的距离的公式如下：其中，c为声速；ti为声源到相邻麦克风i与声源到原点的时间差；t4为声源到对角麦克风与声源到原点的时间差；计算所述声源的空间坐标的公式如下：其中，Lx为所述目标麦克风与X轴上相邻麦克风的距离；Ly为所述目标麦克风与Y轴上相邻麦克风的距离、Lz为所述目标麦克风与Z轴上相邻麦克风的距离。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提供的基于麦克风阵列的声源定位方法及装置，根据声源信号强度的目标麦克风所在的目标阵列块：而后只计算目标麦克风和相邻三个麦克风以及对角麦克风接收的信号时延，再根据该信号时延利用三维的空间定位方法即可确定声源的具体位置坐标。可知，由于本专利技术先确定目标麦克风再计算声源具体位置，无须开根号等繁琐计算，计算量小且计算速度快，因此在语音信号处理领域，具有较强的实用性。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中基于麦克风阵列的声源定位方法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于麦克风阵列的声源定位方法，其特征在于，包括：预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列；其中，所述长方体麦克风阵列包括至少一个由八元麦克风构成的长方体阵列块；在进行声源定位时，确定声源信号强度最大的目标麦克风所在的目标阵列块；获取所述目标阵列块中所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延，并根据所述信号时延计算所述声源的位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于麦克风阵列的声源定位方法，其特征在于，包括：预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列；其中，所述长方体麦克风阵列包括至少一个由八元麦克风构成的长方体阵列块；在进行声源定位时，确定声源信号强度最大的目标麦克风所在的目标阵列块；获取所述目标阵列块中所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延，并根据所述信号时延计算所述声源的位置。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列，具体包括：当所述待检测空间为规则形状时，将所述待检测空间等分为至少一个小空间；将所述小空间等分为8个小块，每个小块的中心即为麦克风所在的位置。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定声源信号强度最大的目标麦克风所在的目标阵列块时，具体包括：以采样频率对各麦克风接收到的声源信号进行采样，预设时间内采样点的平方和即为所述声源信号强度；确定所述声源信号强度最大的目标麦克风，并根据预设阵列块信息获取所述目标麦克风所在的目标阵列块。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述目标阵列块中所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延，并根据所述信号时延计算所述声源的位置，具体包括：当所述目标阵列块包括多个阵列块时，获取每个阵列块中的所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延；根据每个阵列块中所述信号时延分别计算出一个声源的位置；获取每个声源的位置的平均值，所述平均值即为声源的最终位置。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述目标麦克风与所述相邻麦克风、所述对角线麦克风的信号时延之前，所述方法还包括：对所述相邻麦克风、所述对角线麦克风采集的声源离散信号进行加窗、时频变换处理，获取去噪的时域信号；利用倒谱法对所述时域信号进行去混响处理，得到纯语音时域信号，以基于所述纯语音时域信号获取所述信号时延。6.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述根据所述信号时延计算所述声源的位置，具体包括：利用三维空间定位方法，根据所述信号时延获取所述声源与所述目标麦克风之间的距离；其中，所述三维空间的三维坐标系以所述目标麦克风为原点，将所述相邻麦克风所在的方向分别为X轴、Y轴以及Z轴；利用空间三角形余弦定理和余弦公式，基于所述声源与所述目标麦克风之间的距离计算所述声源的空间坐标。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述声源与所述目标麦克风之间的距离的计算公式如下：其中，c为声速；ti为声源到相邻麦克风i与声源到原点的时间差；t4为声源到对角麦克风与声源到原点的时间差；所述声源的空间坐标的计算公式如下：其中，Lx为所述目标麦克风与X轴上相邻麦克风的距离；Ly为所述目标麦...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海燕，高兴龙，李宏言，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：海尔优家智能科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11