一种声源定向装置、定向方法、声源定位系统和定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种声源定向装置、定向方法、声源定位系统和定位方法，所述声源定向装置包括：电路板；FPGA芯片，安装在电路板上；差分麦克风阵列，安装在电路板上，并与FPGA芯片耦接，其中，差分麦克风阵列包括四个等间距分布的全向性麦克风，且四个差分麦克风阵列围成一圆周。本发明专利技术通过在声源定向装置中设置FPGA芯片，提高了声源定向装置的集成度；另外，本发明专利技术在电路板上设置了四个等间距分布的全向性麦克风，通过优化收集数据装置的位置，简化了声源定向装置获取方位角的计算，提高了处理速度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种声源定向装置、定向方法、声源定位系统和定位方法


[0001]本专利技术涉及语音信号处理领域，尤其涉及一种声源定向装置、定向方法、声源定位系统和定位方法。

技术介绍

[0002]声源定位是被动目标定位技术的一个分支，由于其在声源分离、声源跟踪和语音增强方面的潜力，越来越受到关注。随着数字信号处理和阵列信号处理技术的发展，基于麦克风阵列的声源定位系统已应用于嘈杂环境下的音视频会议、安防监控和智能机器人定位。
[0003]然而，现有的声源定位技术中，由于声源定位系统结构复杂，存在系统集成度低的问题；并且由于声源定位的计算量大，存在处理速度慢的问题。
[0004]因此，亟需解决现有技术中对声源进行定位时，系统集成度低，以及由于计算量大导致的处理速度慢的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种声源定向装置、定向方法、声源定位系统和定位方法，用以解决现有技术中对声源进行定位时，系统集成度低，并且由于计算量大导致的处理速度慢的问题。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种声源定向装置，包括：电路板；FPGA芯片，安装在电路板上；差分麦克风阵列，安装在电路板上，并与FPGA芯片耦接，其中，差分麦克风阵列包括四个等间距分布的全向性麦克风，且四个差分麦克风阵列围成一圆周。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术还提供一种基于声源定向装置的声源定向方法，声源定向方法包括：
[0008]基于四个全向性麦克风获取声源的四个声音信号；
[0009]对四个声音信号进行预处理，得到四个目标声音信号；
[0010]根据四个目标声音信号，确定四个全向性麦克风的中心点声压信号、中心点横轴振速信号和中心点纵轴振速信号，其中，四个全向性麦克风的中心点与差分麦克风阵列围成的圆周的圆心重合；
[0011]根据中心点声压信号、中心点横轴振速信号、中心点纵轴振速信号，得到中心点的横轴声强和中心点的纵轴声强；
[0012]根据中心点的横轴声强和中心点的纵轴声强，确定声源的方位角。
[0013]其中，四个声音信号包括均声压信号和振速信号，根据四个目标声音信号，得到四个全向性麦克风的中心点声压信号、中心点横轴振速信号和中心点纵轴振速信号，包括；
[0014]根据四个目标声音信号中的四个声压信号，通过预设的声压信号标准化公式和中心点声压信号公式计算，得到中心点声压信号；
[0015]根据四个目标声音信号中的四个振速信号，通过预设的声波运动方程、中心点横
轴振速信号公式和中心点纵轴振速信号公式计算，得到中心点横轴振速信号和中心点纵轴振速信号。
[0016]其中，根据中心点声压信号、中心点横轴振速信号、中心点纵轴振速信号，得到中心点的横轴声强和中心点的纵轴声强，包括：
[0017]对中心点的声压信号、中心点横轴振速信号和中心点纵轴振速信号进行傅里叶变换，得到中心点傅里叶变换后的声压信号、中心点傅里叶变换后的横轴振速信号和中心点傅里叶变换后的纵轴振速信号；
[0018]根据中心点傅里叶变换后的声压信号、中心点傅里叶变换后的横轴振速信号和中心点傅里叶变换后的纵轴振速信号，得到中心点的横轴声强和中心点的纵轴声强。
[0019]其中，对四个声音信号进行预处理，得到四个目标声音信号，包括：
[0020]提取四个声音信号中预设频率范围的部分，得到四个目标声音信号。
[0021]其中，基于四个全向性麦克风获取声源的四个声音信号之前，还包括：
[0022]建立直角坐标系，以差分麦克风阵列围成的圆周的圆心为直角坐标系的原点，任一全向性麦克风所在的方向为横轴方向，其中，该全向性麦克风与直角坐标系的原点的距离为预设直径的一半。
[0023]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供一种声源定位系统，包括：多个不在同一直线设置的上述声源定向装置，用于获取声源的多个方位角；控制装置，与多个声源定向装置耦接，用于根据多个方位角，确定声源的位置。
[0024]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供一种基于声源定位系统的声源定位方法，声源定位方法包括：
[0025]对多个不在同一直线设置的声源定向装置，分别采取声源定向装置的声源定向方法，得到声源的多个方位角；
[0026]分别获取多个声源定向装置相互之间的距离；
[0027]根据声源的多个方位角、多个声源定向装置相互之间的距离，确定声源的位置。
[0028]其中，声源的多个方位角包括第一方位角、第二方位角和第三方位角，多个声源定向装置包括第一声源定向装置、第二声源定向装置和第三声源定向装置；得到声源的多个方位角之后，还包括：
[0029]建立极坐标系，以第一声源定向装置的中心点为极坐标系的原点，以第二声源定向装置的中心点所在的方向为横轴方向；
[0030]分别获取第一方位角、第二方位角以及第三方位角在极坐标系中的第一极方位角、第二极方位角以及第三极方位角。
[0031]其中，根据声源的多个方位角、多个声源定向装置相互之间的距离，确定声源的位置，包括：
[0032]获取第一极方位角和第二极方位角，及第一声源定向装置和第二声源定向装置的距离，其中，第一声源定向装置与第一极方位角对应，第二声源定向装置与第二极方位角对应；
[0033]根据第一极方位角、第二极方位角和第一声源定向装置与第二声源定向装置的距离，得到声源与第一声源定向装置的第一距离；
[0034]判断第一距离是否存在，若存在，确定声源的位置；若不存在，舍弃第二极方位角
及其对应的第二声源定向装置，并获取第三极方位角，及第三声源定向装置与第一声源定向装置的距离；
[0035]根据第一极方位角、第三极方位角和第一声源定向装置与第三声源定向装置的距离，得到声源与第一声源定向装置的第二距离，确定声源的位置。
[0036]采用上述实施例的有益效果是：
[0037]本专利技术提供的声源定向装置、定向方法中，通过在原有的电路板中加入FPGA芯片以替代原先复杂的控制模块结构，有效提高了声源定向装置的集成度；另外，在电路板上设置四个等间距分布的全向性麦克风，通过优化差分麦克风阵列的分布位置，简化了声源定向装置获取方位角的计算，提高了处理速度。
[0038]进一步的，本专利技术提供的声源定位系统、定位方法，包括多个不在同一直线设置的声源定向装置，通过多个声源定向装置获取到声源的多个方位角，然后根据多个方位角，计算得到声源的位置。特别地，为了避免当获取到的多个方位角与声源在同一直线上，从而出现无法获取声源位置的情况，因此，本专利技术提供的声源定位系统、定位方法中需要包括多个不在同一直线设置的声源定向装置。本专利技术利用声源定位系统、定位方法获取声源的位置，基于声源定向装置的集成度高的特点，使得声源定位系统也具备集成度高的优势，另外，声源定位系统通过声源定向装置获取方位角，从而得到声源定位，计算方式简单，可靠性高，因此，具备较高的处理速度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声源定向装置，其特征在于，包括：电路板；FPGA芯片，安装在所述电路板上；差分麦克风阵列，安装在所述电路板上，并与所述FPGA芯片耦接，其中，所述差分麦克风阵列包括四个等间距分布的全向性麦克风，且四个所述差分麦克风阵列围成一圆周。2.一种基于如权利要求1所述的声源定向装置的声源定向方法，其特征在于，所述声源定向方法包括：基于所述四个全向性麦克风获取声源的四个声音信号；对所述四个声音信号进行预处理，得到四个目标声音信号；根据所述四个目标声音信号，确定所述四个全向性麦克风的中心点声压信号、中心点横轴振速信号和中心点纵轴振速信号，其中，所述四个全向性麦克风的中心点与所述差分麦克风阵列围成的圆周的圆心重合；根据所述中心点声压信号、所述中心点横轴振速信号、所述中心点纵轴振速信号，得到中心点的横轴声强和中心点的纵轴声强；根据所述中心点的横轴声强和所述中心点的纵轴声强，确定所述声源的方位角。3.根据权利要求2所述的声源定向装置的声源定向方法，其特征在于：所述四个声音信号均包括声压信号和振速信号；所述根据所述四个目标声音信号，得到所述四个全向性麦克风的中心点声压信号、中心点横轴振速信号和中心点纵轴振速信号，包括；根据所述四个目标声音信号中的所述四个声压信号，通过预设的声压信号标准化公式和中心点声压信号公式计算，得到所述中心点声压信号；根据所述四个目标声音信号中的四个振速信号，通过预设的声波运动方程、中心点横轴振速信号公式和中心点纵轴振速信号公式计算，得到所述中心点横轴振速信号和所述中心点纵轴振速信号。4.根据权利要求3所述的声源定向装置的声源定向方法，其特征在于，所述根据所述中心点声压信号、所述中心点横轴振速信号、所述中心点纵轴振速信号，得到中心点的横轴声强和中心点的纵轴声强，包括：对所述中心点的声压信号、所述中心点横轴振速信号和所述中心点纵轴振速信号进行傅里叶变换，得到所述中心点傅里叶变换后的声压信号、所述中心点傅里叶变换后的横轴振速信号和所述中心点傅里叶变换后的纵轴振速信号；根据所述中心点傅里叶变换后的声压信号、所述中心点傅里叶变换后的横轴振速信号和所述中心点傅里叶变换后的纵轴振速信号，得到所述中心点的横轴声强和中心点的纵轴声强。5.根据权利要求2所述的声源定向装置的声源定向方法，其特征在于，所述对所述四个声音信号进行预处理，得到四个目标声音信号，包括：提取所述四个声音信号中预设频率范围的部分，得到四个所述目标声音信号。6.根据权利要求2所述的声...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾博文，张楚依，张文亮，王超睿，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：