CN106597379A - 基于复合算法的平面声源定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及声源定位领域，具体涉及一种基于复合算法的平面声源定位方法，包括以下步骤：在同一平面设置两个麦克风，两个麦克风不为同一位置；采用基于时间延迟估计的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出双曲线方程；采用基于双耳能量差的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出圆形曲线方程；步骤二和三得出的双曲线方程与圆形曲线方程的交点坐标，即为平面声源所在位置坐标；本发明通过采用复合算法，麦克风阵列只需2个麦克风即可确定声源位置，复合算法将麦克风个数减少了至少50％，极大的节约了设备成本。
Description
技术领域
本发明涉及声源定位领域，具体涉及一种基于复合算法的平面声源定位方法。
背景技术
声源定位是一种被动定位技术，可应用于视频会议、声音检测和语音增强等领域。其工作原理是，麦克风阵列采集声音信号，并通过模数转换器将模拟的声音信号变成数字信号，然后采用某种算法，对数字信号进行计算处理，求出声源所在位置坐标，完成对声源的定位。
现有平面声源定位算法中，普遍采用单一算法。此时，输入麦克风阵列中，每2个麦克风为一组，利用算法对该组2个麦克风接收到的语音信号进行处理，计算出一条平面声源坐标满足的曲线方程。同理，通过另一组的2个麦克风，算出平面声源坐标满足的另一个曲线方程。两条曲线的交点即平面声源所在的位置。由此可见，在使用一种算法时，为了得到至少2条声源坐标满足的的曲线方程，需要2组麦克风对，即麦克风阵列中至少要有3个麦克风。设备成本相对较高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种复合式且有效减少了麦克风个数的平面声源定位方法。
本发明的技术方案为：
一种基于复合算法的平面声源定位方法，包括以下步骤：
步骤一，在同一平面设置两个麦克风，两个麦克风不为同一位置；
步骤二，采用基于时间延迟估计的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出双曲线方程；
步骤三，采用基于双耳能量差的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出圆形曲线方程；
步骤四，步骤二和三得出的双曲线方程与圆形曲线方程的交点坐标，即为平面声源所在位置坐标。
所述基于时间延迟估计的定位算法包括以下步骤，首先计算出平面声源到达两个麦克风的时间延迟，再用声速乘以时间延迟，得到平面声源距离两个麦克风的距离差从而得出一双曲线方程。
所述基于双耳能量差的定位算法包括以下步骤，通过检测声音信号能量随路径的传播衰减，获得能量比值的方程，经过算法推导，可得到一圆形曲线方程。
时间延迟算法和双耳能量差算法均为十分成熟的现有技术，此处不再赘述，本发明的核心在于双麦克风平面声源定位。
进一步地，所述基于复合算法的平面声源定位方法，还包括以下步骤：
首先根据所述的步骤四得到四个坐标，以两个麦克风所在直线为x轴，以垂直于x轴且经过圆形曲线方程原点的直线为y轴建立坐标系，可得四个坐标分别位于坐标系的四个象限内；
然后通过检测两个麦克风接收到声音信号的时间先后，靠近先接收到声音麦克风的坐标保留，否则排除。
其具体做法是：通过检测两个麦克风接收到声音信号的时间先后进行判定，声音的传播较慢，两个麦克风对声音的接受必然出现时差，当其中一个麦克风先收到信号时，声源必然是在相应的一侧，这样就可以排除掉2个象限，再通过对麦克风正面和背面的划分，又可以排除掉一个象限，通过这样的方式就检测出了声源的大致区域，结合所述双曲线方程和圆形曲线方程得到的坐标，即可得到唯一的一个坐标；当然要得到唯一坐标只能是定位时已知声源方向的前提下，否则只能得到两个声源坐标。
进一步地，所述检测两个麦克风接收到声音信号的时间先后的方法是，使用独立的两路中断来处理两路信号，并设置独立的计时器来计算两路信号时差。
本发明的有益效果为：本发明通过采用复合算法，麦克风阵列只需2个麦克风即可确定声源位置，复合算法将麦克风个数减少了至少50％，极大的节约了设备成本。
附图说明
图1为本发明示意图。
附图标记说明：1、第一麦克风；2、第二麦克风；3、双曲线；4、圆形曲线；51、第一声源坐标；52、第二声源坐标；53、第三声源坐标；54、第四声源坐标。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
实施例1
如图1所示，一种基于复合算法的平面声源定位方法，包括以下步骤：
步骤一，在同一平面设置两个麦克风，第一麦克风1设置在平面左边，第二麦克风2设置在平面右边；
步骤二，采用基于时间延迟估计的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出双曲3方程；
步骤三，采用基于双耳能量差的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出圆形曲线4方程；
步骤四，步骤二和三得出的双曲线3方程与圆形曲线4方程的交点坐标，即为平面声源所在位置坐标，包括第一声源坐标51、第二声源坐标52、第三声源坐标53、第四声源坐标54。
实施例2
如图1所示，一种基于复合算法的平面声源定位方法，包括以下步骤：
步骤一，在同一平面设置两个麦克风，第一麦克风1设置在平面左边，第二麦克风2设置在平面右边，两个麦克风连线上方标注为前方，两个麦克风连线下方标注为后方；
步骤二，采用基于时间延迟估计的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出双曲3方程；
步骤三，采用基于双耳能量差的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出圆形曲线4方程；
步骤四，步骤二和三得出的双曲线3方程与圆形曲线4方程的交点坐标，即为平面声源所在位置坐标，包括第一声源坐标51、第二声源坐标52、第三声源坐标53、第四声源坐标54；
步骤五，通过检测两个麦克风接收到声音信号的时间先后进行判定，使用独立的两路中断来处理两路信号，并设置独立的计时器来计算两路信号时差，声音的传播较慢，两个麦克风对声音的接受必然出现时差，当其中一个麦克风先收到信号时，声源必然是在相应的一侧，这样就可以排除掉2个象限，再通过对麦克风正面和背面的划分，又可以排除掉一个象限，通过这样的方式就检测出了声源的大致区域，结合所述双曲线方程和圆形曲线方程得到的坐标，即可得到唯一的一个坐标。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (5)
1.一种基于复合算法的平面声源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在同一平面设置两个麦克风，两个麦克风不为同一位置；
步骤二，采用基于时间延迟估计的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出双曲线方程；
步骤三，采用基于双耳能量差的定位算法以两个麦克风位置为焦点得出圆形曲线方程；
步骤四，步骤二和三得出的双曲线方程与圆形曲线方程的交点坐标，即为平面声源所在位置坐标。
2.根据权利要求1所述的基于复合算法的平面声源定位方法，其特征在于：所述基于时间延迟估计的定位算法包括以下步骤，首先计算出平面声源到达两个麦克风的时间延迟，再用声速乘以时间延迟，得到平面声源距离两个麦克风的距离差从而得出一双曲线方程。
3.根据权利要求1所述的基于复合算法的平面声源定位方法，其特征在于：所述基于双耳能量差的定位算法包括以下步骤，通过检测声音信号能量随路径的传播衰减，获得能量比值的方程，经过算法推导，可得到一圆形曲线方程。
4.根据权利要求1所述的基于复合算法的平面声源定位方法，其特征在于：所述基于复合算法的平面声源定位方法，还包括以下步骤：
首先根据所述的步骤四得到四个坐标，以两个麦克风所在直线为x轴，以垂直于x轴且经过圆形曲线方程原点的直线为y轴建立坐标系，可得四个坐标分别位于坐标系的四个象限内；
然后通过检测两个麦克风接收到声音信号的时间先后，靠近先接收到声音麦克风的坐标保留，否则排除。
5.根据权利要求4所述的基于复合算法的平面声源定位方法，其特征在于：所述检测两个麦克风接收到声音信号的时间先后的方法是，使用独立的两路中断来处理两路信号，并设置独立的计时器来计算两路信号时差。
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