CN105548998A - 基于麦克阵列的声音定位装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于麦克阵列的声音定位装置和方法，所述方法包括：依次通过每列直线阵列的一对麦克单独进行成对采集声音信息，并将采集的声音信息发送至所述声音识别定位单元；比较所采集的各声音信息的信号强度，选取所采集声音信息的信号强度最强的一对麦克所在的直线阵列；依次通过所选取直线阵列的每对麦克单独进行成对采集同径向的声音信息，并将采集的声音信息发送至声音识别定位单元；分别将所采集的同径向的各声音信息与声源的频率进行匹配，以定位声源与麦克阵列的距离，从而定位声源的位置。本发明采用独特设计的麦克阵列，通过方向不同的若干对麦克确定声源方向后，通过同径向的若干对麦克匹配声源频率，实现对声源的精确定位。

Description

基于麦克阵列的声音定位装置和方法

技术领域

本申请涉及声音定位技术领域，具体涉及一种基于麦克阵列的声音定位装置和方法。

背景技术

目前基于双麦克阵列的声音定位方法已发展较为成熟。图1为现有技术中一种采用双麦克阵列的声音定位装置的采集定位示意图。如图1所示，麦克阵列由两个麦克3组成，对声源1发出的声音信息进行采集，通过采集声源1传到2个麦克3的不同的相位和幅度信息实现0到180度定位声源1的位置。上述声音定位方法具有方法简单、对模型/计算资源的要求的相对较低等优点，但同时也具有只能定位0到180度的范围，无法实现360度定位，以及定位精度较低等缺陷。

针对于上述缺陷，现有技术中通常采用增加麦克数量或采用不同形状的排列来改善定位的范围和提高定位的精度。

图2为现有技术中一种采用四麦克阵列的声音定位装置的采集定位示意图。如图2所示，麦克阵列由四个直线排列的麦克3组成，对声源1发出的声音信息进行采集。

图3为现有技术中一种采用环形麦克阵列的声音定位装置的结构示意图。如图3所示，声音定位装置包括由环形排列的麦克3组成的麦克阵列，和分别与每个麦克3连接的声音识别定位单元5。

图2和图3所示的声音定位装置一定程度上改善了定位范围较窄和精度较低的缺陷，但同时因需要建立复杂的声音识别算法模型，而造成了计算资源要求较高和成本更高的缺陷。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种定位范围较宽、精度较高且算法较简单、计算资源需求较低的基于麦克阵列的声音定位装置和方法。

第一方面，本发明提供一种基于麦克阵列的声音定位装置，所述装置包括麦克阵列、阵列控制单元和声音识别定位单元。

所述麦克阵列包括若干列中心对称且具有同一中心点的直线阵列，所述直线阵列包括若干对中心对称且排列成直线的麦克；所述若干对麦克并联后与所述声音识别定位单元连接，用于成对采集声音信息。

所述阵列控制单元与每对麦克一一对应连接，用于控制每对麦克单独进行成对采集。

所述声音识别定位单元用于分析所述声音信息，比较各声音信息的信号强度，将声音信息与声源的频率进行匹配，从而实现对声源位置进行定位。

第二方面，本发明提供一种基于麦克阵列的声音定位方法，所述方法包括：

依次通过每列直线阵列的一对麦克单独进行成对采集声音信息，并将采集的声音信息发送至所述声音识别定位单元；

比较所采集的各声音信息的信号强度，选取所采集声音信息的信号强度最强的一对麦克所在的直线阵列；

依次通过所选取直线阵列的每对麦克单独进行成对采集同径向的声音信息，并将采集的声音信息发送至声音识别定位单元；

分别将所采集的同径向的各声音信息与声源的频率进行匹配，以定位声源与麦克阵列的距离，从而定位声源的位置。

本发明诸多实施例提供的基于麦克阵列的声音定位装置和方法采用独特设计的麦克阵列，在通过中心点相同、方向不同的若干对麦克确定声源的方向后，进一步通过同径向的若干对麦克匹配声源的频率，从而实现对声源位置的精确定位；

本发明一些实施例提供的基于麦克阵列的声音定位装置和方法通过采用圆形阵列或球形阵列的麦克阵列，进一步扩展定位范围；

本发明一些实施例提供的基于麦克阵列的声音定位装置和方法对于每对麦克所采集的声音信息只需采用简单成熟的双麦克定位算法，相对采用复杂算法定位的方法，所需的计算资源和成本较低。

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为现有技术中一种采用双麦克阵列的声音定位装置的采集定位示意图。

图2为现有技术中一种采用四麦克阵列的声音定位装置的采集定位示意图。

图3为现有技术中一种采用环形麦克阵列的声音定位装置的结构示意图。

图4为本发明一实施例提供的基于麦克阵列的声音定位装置中麦克阵列结构示意图。

图5为本发明一实施例提供的基于麦克阵列的声音定位装置中麦克与声音识别定位单元及控制开关的连接关系示意图。

图6为本发明一实施例提供的基于麦克阵列的声音定位装置中球体阵列的示意图。

图7为本发明一实施例提供的基于麦克阵列的声音定位方法的流程图。

图8为图7所示声音定位方法中步骤S30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发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

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4为本发明一实施例提供的基于麦克阵列的声音定位装置中麦克阵列结构示意图。

如图4所示，在本实施例中，本发明提供的基于麦克阵列的声音定位装置包括麦克阵列、阵列控制单元和声音识别定位单元5。

所述麦克阵列包括若干列中心对称且具有同一中心点的直线阵列，所述直线阵列包括若干对中心对称且排列成直线的麦克3。所述若干对麦克3并联后与声音识别定位单元5连接，用于成对采集声音信息。

所述阵列控制单元与每对麦克3一一对应连接，用于控制每对麦克单独进行成对采集。

声音识别定位单元5用于分析所述声音信息，比较各声音信息的信号强度，将声音信息与声源的频率进行匹配，从而实现对声源位置进行定位。

具体地，图4所示的麦克阵列包括设置在同一平面的直线阵列A、B、C、D，每一列直线阵列包括3对中心对称且排列成直线的麦克3，例如直线阵列A包括(A11，A12)、(A21、A22)和(A31，A32)三对麦克3，麦克3之间的距离根据实际需求和所采用的算法设置。相邻的直线阵列在二维平面围绕中心点均匀分布，相互之间呈45°角。

在更多实施例中，麦克阵列所包括的若干直线阵列可根据实际需求设置在同一平面或不同平面；直线阵列可根据实际需求设置成围绕中心点均匀分布以获取尽可能大的采集定位范围，或设置成非均匀分布以重点对某些方位的声源进行采集定位；每一直线阵列所包括的麦克3对数可根据实际需求设置为相同或不同。

图5为本发明一实施例提供的基于麦克阵列的声音定位装置中麦克与声音识别定位单元及控制开关的连接关系示意图。

如图5所示，在一优选实施例中，所述阵列控制单元包括与每对麦克一一对应连接的若干个控制开关7和控制所述若干个控制开关7的控制模块(未在图中示出)。

具体地，在图4所示的麦克阵列中，当所述阵列控制单元控制一对麦克(A11，A12)单独进行成对采集时，与(A11，A12)对应连接的控制开关SA1闭合，其余控制开关打开，(A11，A12)与声音识别定位单元5连接，采集声音信息；当所述阵列控制单元切换控制(B11，B12)单独进行成对采集时，与(B11，B12)对应连接的控制开关SB1闭合，SA1打开，(B11，B12)与声音识别定位单元5连接，采集声音信息，依此类推。

在一优选实施例中，所述若干列直线阵列位于同一平面，呈圆形阵列。具体地，圆形阵列的麦克阵列可以获取二维平面方向最大的采集定位范围。

图6为本发明一实施例提供的基于麦克阵列的声音定位装置中球体阵列的示意图。

如图6所示，在一优选实施例中，所述若干列直线阵列组成多个平面，呈球体阵列。具体地，球体阵列的麦克阵列可以获取三维立体的最大采集定位范围。

上述实施例通过采用圆形阵列或球形阵列的麦克阵列，进一步扩展定位范围。

图7为本发明一实施例提供的基于麦克阵列的声音定位方法的流程图。

如图7所示，在本实施例中，本发明提供的基于麦克阵列的声音定位方法包括：

S10：依次通过每列直线阵列的一对麦克单独进行成对采集声音信息，并将采集的声音信息发送至所述声音识别定位单元；

S30：比较所采集的各声音信息的信号强度，选取所采集声音信息的信号强度最强的一对麦克所在的直线阵列；

S50：依次通过所选取直线阵列的每对麦克单独进行成对采集同径向的声音信息，并将采集的声音信息发送至声音识别定位单元；

S70：分别将所采集的同径向的各声音信息与声源的频率进行匹配，以定位声源与麦克阵列的距离，从而定位声源的位置。

具体地，以图4和图5所示的声音定位装置为例，在步骤S10中，阵列控制单元依次控制各直线阵列的一对麦克3(A11，A12)、(B11，B12)、(C11，C12)、(D11，D12)单独进行成对采集，分别采集到第一声音信息、第二声音信息、第三声音信息和第四声音信息，并发送至声音识别定位单元5。

上述实施例通过中心点相同、方向不同的若干对麦克确定声源的方向后，进一步通过同径向的若干对麦克匹配声源的频率，从而实现对声源位置的精确定位。

在步骤S30中，比较所采集的各声音信息的信号强度，若(C11，C12)所采集的第三声音信息的信号强度最强，则选取直线阵列C。

在步骤S50中，阵列控制单元依次控制直线阵列C的三对麦克3(C11，C12)、(C21，C22)、(C31，C32)单独进行成对采集，分别采集到第五声音信息、第六声音信息和第七声音信息，并发送至声音识别定位单元5。

在步骤S70中，分别将所采集的第五声音信息、第六声音信息和第七声音信息与声源的频率进行匹配，例如男声、女声、童声等不同声源具有不同的频率，以定位声源与麦克阵列的距离，从而精确定位声源的位置。

在一优选实施例中，所述每列直线阵列的一对麦克与中心点的距离相同。

具体地，在某些实施例中，步骤S10中也可选用例如(A31，A32)、(B21，B22)、(C31，C32)、(D11，D12)等不同组合，但采用与中心点距离相同的组合，例如(A21，A22)、(B21，B22)、(C21，C22)、(D21，D22)，可获得更为精确的比较结果。

图8为图7所示声音定位方法中步骤S30的流程图。

如图8所示，在一优选实施例中，步骤S30包括：

S31：通过双麦克定位算法分别分析所采集的各声音信息并得到分析结果；

S33：比较各所述分析结果以选取信号强度最强的声音信息和对应的直线阵列。

具体地，通过较为简单成熟的双麦克定位算法比较声音信息的信号强度，可在无需耗费较大计算资源的同时获取精确的比较结果。

以包括m列直线阵列、每列直线阵列包括n对麦克的麦克阵列为例(m、n为大于1的整数)，本发明提供的装置和方法只需进行m+n次采集和分析，即可获得精确的定位结果，相较现有的复杂算法大幅节省了计算资源，及相应的成本。

上述实施例对于每对麦克所采集的声音信息只需采用简单成熟的双麦克定位算法，相对采用复杂算法定位的方法，所需的计算资源和成本较低。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种基于麦克阵列的声音定位装置，其特征在于，所述装置包括麦克阵列、阵列控制单元和声音识别定位单元；

所述麦克阵列包括若干列中心对称且具有同一中心点的直线阵列，所述直线阵列包括若干对中心对称且排列成直线的麦克；所述若干对麦克并联后与所述声音识别定位单元连接，用于成对采集声音信息；

所述阵列控制单元与每对麦克一一对应连接，用于控制每对麦克单独进行成对采集；

所述声音识别定位单元用于分析所述声音信息，比较各声音信息的信号强度，将声音信息与声源的频率进行匹配，从而实现对声源位置进行定位。

2.根据权利要求1所述的声音定位装置，其特征在于，所述阵列控制单元包括与每对麦克一一对应连接的若干个控制开关和控制所述若干个控制开关的控制模块。

3.根据权利要求1所述的声音定位装置，其特征在于，所述若干列直线阵列位于同一平面，呈圆形阵列。

4.根据权利要求1所述的声音定位装置，其特征在于，所述若干列直线阵列组成多个平面，呈球体阵列。

5.一种权利要求1-4任一项所述基于麦克阵列的声音定位装置使用的声音定位方法，其特征在于，所述方法包括：

依次通过每列直线阵列的一对麦克单独进行成对采集声音信息，并将采集的声音信息发送至所述声音识别定位单元；

比较所采集的各声音信息的信号强度，选取所采集声音信息的信号强度最强的一对麦克所在的直线阵列；

依次通过所选取直线阵列的每对麦克单独进行成对采集同径向的声音信息，并将采集的声音信息发送至声音识别定位单元；

分别将所采集的同径向的各声音信息与声源的频率进行匹配，以定位声源与麦克阵列的距离，从而定位声源的位置。

6.根据权利要求5所述的声音定位方法，其特征在于，所述每列直线阵列的一对麦克与中心点的距离相同。

7.根据权利要求5所述的声音定位方法，其特征在于，所述比较所采集的各声音信息的信号强度，选取所采集声音信息的信号强度最强的一对麦克所在的直线阵列包括：

通过双麦克定位算法分别分析所采集的各声音信息并得到分析结果；

比较各所述分析结果以选取信号强度最强的声音信息和对应的直线阵列。