CN103680512A - 车用阵列话筒的语音识别水平提升系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车用阵列话筒的语音识别水平提升系统及其方法,其利用从多个话筒传感器接收的音源信号,估算音源信号的发出地点,向覆盖估算的发出地点的区域调整阵列话筒波束形成区,即使因用户的多种身体特性或活动而发话地点出现变化,也可以主动调整波束形成区,从而提升阵列话筒系统的语音识别效率以及通话质量。
Description
技术领域
本发明涉及车用阵列话筒系统,尤其是跟踪发声地点改变波束形成的车用阵列话筒的语音识别水平提升系统及其方法。
背景技术
阵列话筒系统是利用多重话筒使周边杂音或干扰音的影响最小化的系统,适用于车用免提系统或语音识别系统。一般车辆等空间较窄的室内使用两个话筒阵列。
例如,传统的免提系统用阵列话筒系统如图1所示,其组成包括:由多重话筒组成采集音源信号的阵列话筒10、处理在阵列话筒10采集的音源信号只提取用户的语音信号的处理器装置20。
具有所述结构的传统的阵列话筒系统中提取用户音源的运行动作如下。
阵列话筒10是用户的音源信号A和收音机广播、散热风扇、发动机噪声等周边的各种杂音成分即接口音源信号B以及配套环境/电路上噪声C等同时被提取施加于处理单元20。此时处理单元20实施估算输入的各种信号参数的第一处理,实施从估算的参数分离出实际用户的语音信号、周边杂音即接口噪声、配套环境/电路上噪声的第二处理。
然后实施通过滤波清除周边杂音即接口噪声,只提取为用户的语音信号和配套/电路上噪声的第三处理,并实施对于经过第三处理的信号实施滤波清除配套/电路上噪声只提取纯用户语音信号的第四处理。
该处理单元20中的纯用户语音信号提取是利用输入于各个话筒的音源信号(sound signal)之间发生的延时(time delay)实施固定音源流入方向的波束形成(beam forming)只提取从特定方向输入的音源信号,从而使用户语音对阵列话筒的流入方向被固定。
所述阵列话筒系统是波束形成区域的调谐完成后以调谐的条件固定住波束形成的区域和方向,而如图2所示只从特定方向接收音源信号而限制说话者(用户)发话位置的自由度。
为解决所述自由度受限制的问题,传统的阵列话筒系统将音源信号的流入方向即波束形成区域形成得较宽(Broad),即使说话者发话位置改变也可以很好地接收。
但波束形成区域变宽时,如果从波束形成区域内的特定方向发生噪声或变大时,因不能适当地清除,导致最终提取的语音信号中含有噪声,而且利用双信道阵列话筒而使利用音源信号之间延时估算音源流入方向的准确性下降。最终,不能提供可靠的免提功能而无法提供优质的通话服务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车用阵列话筒的语音识别水平提升系统及其方法,估算用户的语音发出地点,以向覆盖估算的发话地点的区域主动调整阵列话筒的波束形成区域。
为解决所述课题,本发明一方面涉及的车用阵列话筒的语音识别水平提升系统的组成包括:多个话筒传感器,形成多个信道;音响本体,利用从所述多个话筒传感器输入的语音信号,估算所述语音信号的发出地点,向所述估算的发出地点移动所述多个话筒传感器的波束形成区。所述音响本体是使所述波束形成区移动到包括多个区域的覆盖已设定的波束区矩阵内所述估算的发出地点所处区域的区。所述波束区矩阵由默认区域和围绕所述默认区域的扩展区域组成。
所述音响本体是所述估算的发出地点位于所述扩展区域时,将覆盖所述波束区域矩阵内默认区域的波束形成区域移动到覆盖所述发出地点所在的扩展区域的区。所述音响本体利用输入于所述多个话筒传感器的各个信道的语音信号的时间差,估算所述语音信号的发出地点。所述多个话筒传感器至少是三个阵列话筒传感器。
为解决所述课题,本发明另一方面涉及的车用阵列话筒的语音识别水平提升方法,该方法的实施步骤包括:接收从多个话筒传感器输入的语音信号;利用所述输入的语音信号估算所述语音信号的发出地点;使所述多个话筒传感器的波束形成区移动到所述估算的发出地点。
估算所述发出地点的步骤具体为利用输入于所述多个话筒传感器的各信道的语音信号之间的时间差,估算所述语音信号的发出地点。移动所述波束形成区的步骤具体为,在由默认区域和围绕所述默认区域的扩展区组成的已设定的波束区矩阵内,所述发出地点位于所述扩展区时,使覆盖所述默认区域的波束形成区移动到所述发出地点所处的扩展区域。
本发明具有的优点在于:
本发明是利用从多个话筒传感器接收的音源信号估算音源信号的发话地点,以向覆盖估算的发话地点的区域调整阵列话筒的波束形成区域,根据用户的各种身体特性或者活动,即使发话地点出现变化,也可以主动调整波束形成区域,从而提高阵列话筒系统的语音识别效率和通话质量。
附图说明
图1是传统的阵列话筒系统结构参照图;
图2是表示传统的阵列话筒系统的波束形成区域的例示图;
图3是本发明一个实施例的车用阵列话筒的语音识别水平提升系统框图;
图4是表示本发明的虚拟波束形成矩阵的例示图;
图5是表示本发明的车内虚拟波束区域矩阵位置的例示图;
图6是根据本发明的发话地点位置的各调整模式的波束形成区域例示图;
图7是本发明一个实施例的车用阵列话筒的语音识别水平提升方法的流程图。
图中:
100 : 话筒传感器; 200 : 音响本体;
210 : 估算部; 220 : 存储部;
230 : 调整部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图3是本发明一个实施例的车用阵列话筒的语音识别水平提升系统框图。如图3所示,语音识别水平提升系统包括多个话筒传感器100和音响本体200。
话筒传感器100接收用户语音的装置,装配在车内既定位置。话筒传感器100是至少由三个话筒阵列构成的,优选地,话筒传感器100可以是由信道1-4组成的话筒。
音响本体200利用从话筒传感器100输入的音源信号,估算音源信号的发出地点,根据估算结果利用波束形成(beam forming)算法对输入话筒传感器100的音源信号的波束形成区域实施变量调整。波束形成(Beam Forming)是指形成具有方向性的波束,只接收从所需方向传播过来的信号,从其它方向传播过来的语音信号或噪声则清除。
具体是,音响本体200包括估算部210、存储部220以及调整部230。
估算部210分析从话筒传感器100接收的音源信号,对低于基础级别以下的信号作为噪声清除。估算部210根据语音频率特点,从被清除的信号中提取200Hz -3000Hz内的信号,利用提取的音源信号估算音源信号的发出地点。
一般,利用从三个以上的话筒传感器100接收的音源信号估算三维空间的音源发出地点。发出地点可以利用信道之间的时间差、强度差异及相位差异估算。
本发明中估算部210利用从话筒传感器100输入的音源信号的到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)估算音源信号的发出位置。利用音源信号的到达时间差估算语音发出位置的方法有多种算法。一般利用到达时间差的方法是利用相互相关函数的方法和利用自适应过滤器的方法,利用到达时间差的算法已被广为人知。
存储部220是存储数据的存储器,可以使用闪存。存储部220可以在音响本体200内实现,也可以与音响本体200分别实现。该存储部220如图4所示,储存波束区矩阵的虚拟坐标值。该波束区矩阵如图5所示,是对用户的语音可能发出的位置的虚拟区矩阵。该波束区矩阵是由默认区(A、B、C、D区)和默认区周边的扩展区((Weak area)组成的。存储部220如下述还可以储存优化调谐算法,以调整各调整模式(图6的(1)-(5))的各波束区,进而调整波束区。
调整部230对估算部210估算的音源信号发出地点坐标和存储部220上储存的矩阵坐标进行比较,根据比较结果利用存储部220上储存的波束形成调谐算法,利用五个模式中的一个模式调整波束形成区。具体是,调整部230平时如图6的(5)在覆盖默认区的默认模式状态下,如估算部210估算的发出地点位于默认区以外的扩展区时,调整部230会用覆盖估算的发出地点所处扩展区的模式(图6的(1)-(4)之一)调整波束形成区。
如图7所示,是本发明一个实施例的车用阵列话筒的语音识别水平提升方法的流程图。
首先,音响本体200在波束控制模式状态下接收通过四个话筒传感器100输入的音源信号(步骤S100)。音响本体200对接收的四个音源信号进行分析估算音源信号的发出位置(步骤S200)。具体是,音响本体200对从话筒传感器100接收的音源信号进行分析,对于基础级别以下的信号作为噪声清除。音响本体200根据语音的频率特性,从清除的信号中提取200Hz-3000Hz内的信号,利用提取的音源信号之间时间差估算音源信号的发出地点。
音响本体200是对在S200估算的音源信号的发出地点坐标和已存储的波束形成矩阵(见图4图示)的坐标进行比较(步骤S300)。音响本体200根据比较结果利用已储存模式中的一个模式调谐算法调整波束形成区(步骤S400)。
具体是,估算的音源信号的发出地点位于图4的波束形成矩阵的AA、NA、WA区内时,音响本体200如图6(1)所示,用可覆盖默认区即A区和A区的扩展区即AA、NA、WA区的A模式调整波束形成区。如上所述,音响本体200是发出地点位于BB、NB、EB区内部时,将波束形成区如图6(2)所示用B模式调整。发出地点在CC、EC、WC区内时,音响本体200将波束形成区如图6(3)所示用C模式调整。发出地点位于DD、SD、ED区内时,音响本体200对于波束形成区如图6(4)所示用D模式调整。另一方面,估算的音源信号的发出地点位于A、B、C、D区内时,音响本体200如图6(5)所示,用默认模式调整波束形成区。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所述的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例所述技术方案的范围。本发明的保护范围应根据下述的权利要求范围进行解释,而且在其同等范围内的所有技术方案应都属于本发明的权利要求范围。
Claims (10)
1.一种车用阵列话筒的语音识别水平提升系统,其特征在于,包括:
多个话筒传感器,形成多个信道;
音响本体,利用从所述多个话筒传感器输入的语音信号,估算所述语音信号的发出地点,向所述估算的发出地点移动所述多个话筒传感器的波束形成区。
2.根据权利要求1所述的车用阵列话筒的语音识别水平提升系统,其特征在于,
所述音响本体使所述波束形成区移动到包括多个区域的覆盖已设定的波束区矩阵内所述估算的发出地点所处区域的区。
3.根据权利要求2所述的车用阵列话筒的语音识别水平提升系统,其特征在于,
所述波束区矩阵由默认区域和围绕所述默认区域的扩展区域组成。
4.根据权利要求3所述的车用阵列话筒的语音识别水平提升系统,其特征在于,
所述音响本体是所述估算的发出地点位于所述扩展区域时,将覆盖所述波束区域矩阵内默认区域的波束形成区域移动到覆盖所述发出地点所在的扩展区域的区。
5.根据权利要求1所述的车用阵列话筒的语音识别水平提升系统,其特征在于,
所述音响本体利用输入于所述多个话筒传感器的各个信道的语音信号的时间差,估算所述语音信号的发出地点。
6.根据权利要求1所述的车用阵列话筒的语音识别水平提升系统,其特征在于,
所述多个话筒传感器为至少三个阵列话筒传感器。
7.一种车用阵列话筒的语音识别水平提升方法,其特征在于,该方法的实施步骤包括:
接收从多个话筒传感器输入的语音信号;
利用所述输入的语音信号估算所述语音信号的发出地点;
使所述多个话筒传感器的波束形成区移动到所述估算的发出地点。
8.根据权利要求7所述的车用阵列话筒的语音识别水平提升方法,其特征在于,
估算所述发出地点的步骤具体为利用输入于所述多个话筒传感器的各信道的语音信号之间的时间差,估算所述语音信号的发出地点。
9.根据权利要求7所述的车用阵列话筒的语音识别水平提升方法,其特征在于,
所述使波束形成区移动的步骤具体为使所述波束形成区移动到包括多个区域的覆盖已设定的波束区矩阵内所述估算发出地点所在的区域的区。
10.根据权利要求7所述的车用阵列话筒的语音识别水平提升方法,其特征在于,
移动所述波束形成区的步骤具体为,在由默认区域和围绕所述默认区域的扩展区组成的已设定的波束区矩阵内,所述发出地点位于所述扩展区时,使覆盖所述默认区域的波束形成区移动到所述发出地点所处的扩展区域。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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