CN106162431A - 大屏幕移动终端的波束定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通信技术的语音拾取技术领域，尤其涉及一种大屏幕移动终端的波束定位系统。包括麦克风阵列，设置于移动终端上且形成二维空间的麦克风阵列，包括复数个麦克风阵元，每个麦克风阵元用以拾取当前声源发出的声音信号，并分别形成语音信号输出；处理单元，连接麦克风阵列，接收每个麦克风阵元输出的语音信号，分别根据语音信号形成波束，并计算声源到达麦克风阵列中每个麦克风阵元的时延，时延结合波束判定声源的位置信息。与现有技术相比，本发明的优点是：将麦克风阵列采用二维空间设计，每个麦克风阵元用以拾取当前声源发出的声音信号，并分别形成语音信号输出，可以提高采集语音的信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信技术的语音拾取技术领域，尤其涉及一种大屏幕移动终端的波束定位系统。
背景技术
现在已开始进入信息化时代，用现代手段研究语音处理技术，使人们能更加有效地产生、传输、存储、获取和应用语音信息。现有的大屏幕移动终端(例如笔记本电脑、平板电脑等)均搭载有语音拾取装置，通常语音拾取装置由麦克风形成，麦克风安装于屏幕上端，使得用户在使用大屏幕设备时，发音源(口腔)正对的麦克风，方便麦克风进行语音的采集或拾取，并根据语音形成与之相匹配的语音信号。但是现有的大屏幕中设置有一个麦克风或者两个麦克风，但是所有的麦克风的安装位置均朝向屏幕显示的方向，相当于仅仅只能对屏幕显示方向发出的语音进行采集，而对于其他方向(例如与屏幕显示方向相反的位置)的语音，麦克风的采集能力较弱，特别是处于嘈杂环境中，麦克风能够采集到多种语音信号，使得有效的语音信号被其它语音信号干扰，降低了信号的传输质量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种大屏幕移动终端的波束定位系统，旨在提高麦克风语音采集的信噪比，提高语音信号传输质量。
一种大屏幕移动终端的波束定位系统，其中：包括
麦克风阵列，设置于所述移动终端上且形成二维空间的所述麦克风阵列，包括复数个麦克风阵元，每个所述麦克风阵元用以拾取当前声源发出的声音信号，并分别形成语音信号输出；
处理单元，连接所述麦克风阵列，接收每个所述麦克风阵元输出的所述语音信号，分别根据所述语音信号形成波束，并计算所述声源到达所述麦克风阵列中每个所述麦克风阵元的时延，所述时延结合所述波束判定所述声源的位置信息。
上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，还包括控制单元，连接所述处理单元，用以根据所述位置信息控制与所述位置信息相匹配的所述麦克风阵元采集所述声音信号，使得所述麦克风阵列输出的所述语音信号功率达到最大值。
上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，所述麦克风阵列包括三个麦克风阵元；
第一麦克风阵元，固定设置于所述移动终端的屏幕显示装置上并朝向所述屏幕显示方向；用以采集所述移动终端所述声源发出的所述声音信号，并形成与所述处理单元相匹配的第一信号输出至所述处理单元；
第二麦克风阵元，于所述第一麦克风阵元间隔一预定长度固定设置于所述移动终端的屏幕显示装置上并朝向所述屏幕显示方向；用以采集所述移动终端所述声源发出的所述声音信号，并形成与所述处理单元相匹配的第二信号输出至所述处理单元；
第三麦克风阵元，设置于所述移动终端的屏幕显示装置具有预定厚度的侧壁上并与所述第一麦克风阵元处于同一垂直面上；用以采集所述移动终端所述声源发出的所述声音信号，并形成与所述处理单元相匹配的第三信号输出至所述处理单元。
上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，所述处理单元分别根据所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号比较计算得到第一信号时延、第二信号时延、第三信号时延；
于所述第一信号时延小于所述第三信号时延时，判断所述声源位置位于所述移动终端的大屏幕前方；
于所述第一信号时延大于所述第三信号时延时，判断所述声源位置位于所述移动终端的大屏幕后方。
上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，于所述第一信号时延小于所述第三信号时延时，比较所述第一信号时延与所述第二信号时延，
于所述第一信号时延小于所述第二信号时延时，判断所述声源位置为靠近所述第一麦克风阵元的一侧；
于所述第一信号时延大于所述第二信号时延时，判断所述声源位置为靠近所述第二麦克风阵元的一侧；
于所述第一信号时延等于所述第二信号时延时，判断所述声源位置为位于所述第一麦克风阵元与所述第二麦克风阵元之间。
上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，所述处理单元包括一滤波电路，用以根据所述声源的所述位置信息加强靠近所述声源位置的每个所述麦克风阵元获取的所述语音信号并滤除远离所述声源位置的每个所述麦克风阵元获取的所述语音信号。
上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，所述滤波电路为自适应滤波电路。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)将麦克风阵列采用二维空间设计，每个所述麦克风阵元用以拾取当前声源发出的声音信号，并分别形成语音信号输出，可以提高采集语音的信噪比。
(2)处理单元将每个麦克风阵元采集的语音信号进行处理形成波束，同时结合每个麦克风阵元的时延判断声源位置，通过声源位置引导波速，使得麦克风阵列的输出信号功率达到最大值。
(3)选择与声源最靠近的一个或者多个麦克风阵元采集语音，形成语音信号输出，避免其他麦克风阵元采集背景噪音。能够减少处理单元的运算量，提高处理单元的运算精度，提高采集语音的信噪比以及语音信号的传输质量。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
如图1所示，一种大屏幕移动终端的波束定位系统，其中：包括
麦克风阵列，设置于所述移动终端上且形成二维空间的所述麦克风阵列，包括复数个麦克风阵元，每个所述麦克风阵元用以拾取当前声源发出的声音信号，并分别形成语音信号输出；
处理单元，连接所述麦克风阵列，接收每个所述麦克风阵元输出的所述语音信号，分别计算所述声源到达所述麦克风阵列中每个所述麦克风阵元的时延，并根据所述时延判定所述声源的位置信息。
本发明的工作原理是：将麦克风阵列采用二维空间设计，每个所述麦克风阵元用以拾取当前声源发出的声音信号，并分别形成语音信号输出。以笔记本电脑为例，在显示屏幕的正前方垂直方向设置有麦克风阵元，该麦克风阵元可以采集显示屏幕正前方向的语音信号，在显示屏幕的正背面垂直方向设置有麦克风阵元，该麦克风阵元可以采集显示屏幕背后的语音信号，在显示屏幕上方的水平方向设置有麦克风阵元，该麦克风阵元可以采集显示屏幕上方的语音信号，因此采用二维空间的麦克风阵列，可以提高采用语音的信噪比。
处理单元接收每个所述麦克风阵元输出的所述语音信号，分别计算所述声源到达所述麦克风阵列中每个所述麦克风阵元的时延，并根据所述时延判定所述声源的位置信息。处理单元将每个麦克风阵元采集的语音信号进行处理形成波束，同时结合每个麦克风阵元的时延判断声源位置，通过声源位置引导波速，使得麦克风阵列的输出信号功率达到最大值，通常波束输出功率最大的点就是声源的位置。波束的形成可通过常用加权求和的方法获取，也可以采用其它方法获取，本申请中对波束的形成方法不做具体限定。
上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，还包括控制单元，连接所述处理单元，用以根据所述位置信息控制与所述位置信息相匹配的所述麦克风阵元采集所述声音信号。通常选择与声源最靠近的一个或者多个麦克风阵元采集语音，形成语音信号输出，避免其他麦克风阵元采集背景噪音。能够减少处理单元的运算量，提高处理单元的运算精度，提高采集语音的信噪比以及语音信号的传输质量。
上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，所述麦克风阵列包括三个麦克风阵元；
第一麦克风阵元，固定设置于所述移动终端的屏幕显示装置上并朝向所述屏幕显示方向；用以采集所述移动终端所述声源发出的所述声音信号，并形成与所述处理单元相匹配的第一信号输出至所述处理单元；
第二麦克风阵元，于所述第一麦克风阵元间隔一预定长度固定设置于所述移动终端的屏幕显示装置上并朝向所述屏幕显示方向；用以采集所述移动终端所述声源发出的所述声音信号，并形成与所述处理单元相匹配的第二信号输出至所述处理单元；
第三麦克风阵元，设置于所述移动终端的屏幕显示装置具有预定厚度的侧壁上并与所述第一麦克风阵元处于同一垂直面上；用以采集所述移动终端所述声源发出的所述声音信号，并形成与所述处理单元相匹配的第三信号输出至所述处理单元。采用三个麦克风阵元，减少麦克风阵元的数量，减少麦克风阵元输出的语音信号数量，降低处理单元的运算复杂度。同时三个麦克风分别设置于移动终端的不同位置，可以采集移动终端区域内有效空间的语音信号。
作为进一步优选实施例，上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，所述处理单元分别根据所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号比较计算得到第一信号时延、第二信号时延、第三信号时延；
于所述第一信号时延小于所述第三信号时延时，判断所述声源位置位于所述移动终端的大屏幕前方；
于所述第一信号时延大于所述第三信号时延时，判断所述声源位置位于所述移动终端的大屏幕后方。采用此种方式，通过时延信号的比较判断声源位置，在声源位置的空间区域内计算最大波束点，能够在确定了声源的空间位置后快速确定声源的具体位置，通过麦克风阵元准确获取语音信号，同时快速滤除背景噪音，进一步提高了语音采集的信噪比。
上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，于所述第一信号时延小于所述第三信号时延时，比较所述第一信号时延与所述第二信号时延，
于所述第一信号时延小于所述第二信号时延时，判断所述声源位置为靠近所述第一麦克风阵元的一侧；
于所述第一信号时延大于所述第二信号时延时，判断所述声源位置为靠近所述第二麦克风阵元的一侧；当声源位置位于任一麦克风阵元的一侧时，处理单元对该麦克风阵元获取的语音信号进行加强，并衰弱远离声源的麦克风阵元获取的语音信息。通常远离声源的麦克风阵元获取的语音信息均不是有效信号，可能为背景噪声，也可能为回声或者混响，这些语音信号均会对有效语音信号进行干扰，滤波电路需要对这些信号进行滤除。
于所述第一信号时延等于所述第二信号时延时，判断所述声源位置为位于所述第一麦克风阵元与所述第二麦克风阵元之间。当声源位置为位于所述第一麦克风阵元与所述第二麦克风阵元之间，则会加强位于声源两侧的麦克风阵元获得语音信号，提高采音的信噪比。
作为进一步优选实施方案，上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，所述处理单元包括一滤波电路，用以根据所述声源的所述位置信息加强靠近所述声源位置的每个所述麦克风阵元获取的所述语音信号并滤除远离所述声源位置的每个所述麦克风阵元获取的所述语音信号。滤波电路可为预设有一定带通的滤波电路。人耳较敏感的频带为300HZ～4000HZ，通过滤波器可将300HZ～4000HZ之外的频率成分滤除，减少噪音对后续信号处理的影响。
作为进一步优选实施方案，上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其中，所述滤波电路为自适应滤波电路。自适应滤波电路根据麦克风阵元采集的语音信号，自动调整滤波系数，使其达到最佳的滤波效率。可应用于周围环境复杂，背景噪音较多的场合。
作为进一步优选实施方案，上述的大屏幕移动终端的波束定位系统，因信号强度与时延成正比，时延越大，信号强度越弱。处理单元也可以分别计算所述声源到达所述麦克风阵列中每个所述麦克风阵元的信号强度，并根据所述强度判断所述声源的位置信息。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种大屏幕移动终端的波束定位系统，其特征在于：包括
麦克风阵列，设置于所述移动终端上且形成二维空间的所述麦克风阵列，包括复数个麦克风阵元，每个所述麦克风阵元用以拾取当前声源发出的声音信号，并分别形成语音信号输出；
处理单元，连接所述麦克风阵列，接收每个所述麦克风阵元输出的所述语音信号，分别根据所述语音信号形成波束，并计算所述声源到达所述麦克风阵列中每个所述麦克风阵元的时延，所述时延结合所述波束判定所述声源的位置信息。
2.根据权利要求1所述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其特征在于，还包括控制单元，连接所述处理单元，用以根据所述位置信息控制与所述位置信息相匹配的所述麦克风阵元采集所述声音信号，使得所述麦克风阵列输出的所述语音信号功率达到最大值。
3.根据权利要求1所述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其特征在于，所述麦克风阵列包括三个麦克风阵元；
第一麦克风阵元，固定设置于所述移动终端的屏幕显示装置上并朝向所述屏幕显示方向；用以采集所述移动终端所述声源发出的所述声音信号，并形成与所述处理单元相匹配的第一信号输出至所述处理单元；
第二麦克风阵元，于所述第一麦克风阵元间隔一预定长度固定设置于所述移动终端的屏幕显示装置上并朝向所述屏幕显示方向；用以采集所述移动终端所述声源发出的所述声音信号，并形成与所述处理单元相匹配的第二信号输出至所述处理单元；
第三麦克风阵元，设置于所述移动终端的屏幕显示装置具有预定厚度的侧壁上并与所述第一麦克风阵元处于同一垂直面上；用以采集所述移动终端所述声源发出的所述声音信号，并形成与所述处理单元相匹配的第三信号输出至所述处理单元。
4.根据权利要求3所述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其特征在于，所述处理单元分别根据所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号比较计算得到第一信号时延、第二信号时延、第三信号时延；
于所述第一信号时延小于所述第三信号时延时，判断所述声源位置位于所述移动终端的大屏幕前方；
于所述第一信号时延大于所述第三信号时延时，判断所述声源位置位于所述移动终端的大屏幕后方。
5.根据权利要求3所述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其特征在于，于所述第一信号时延小于所述第三信号时延时，比较所述第一信号时延与所述第二信号时延，
于所述第一信号时延小于所述第二信号时延时，判断所述声源位置为靠近所述第一麦克风阵元的一侧；
于所述第一信号时延大于所述第二信号时延时，判断所述声源位置为靠近所述第二麦克风阵元的一侧；
于所述第一信号时延等于所述第二信号时延时，判断所述声源位置为位于所述第一麦克风阵元与所述第二麦克风阵元之间。
6.根据权利要求1所述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其特征在于，所述处理单元包括一滤波电路，用以根据所述声源的所述位置信息加强靠近所述声源位置的每个所述麦克风阵元获取的所述语音信号并滤除远离所述声源位置的每个所述麦克风阵元获取的所述语音信号。
7.根据权利要求1所述的大屏幕移动终端的波束定位系统，其特征在于，所述滤波电路为自适应滤波电路。
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