CN108107407A - 一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法 - Google Patents

一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108107407A
CN108107407A CN201711367456.1A CN201711367456A CN108107407A CN 108107407 A CN108107407 A CN 108107407A CN 201711367456 A CN201711367456 A CN 201711367456A CN 108107407 A CN108107407 A CN 108107407A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microphone
sound
dimensions
msub
space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711367456.1A
Other languages
English (en)
Inventor
刘勇
胡志强
蒋大庆
孙志啸
王鑫
张越
刘紫薇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Science And Technology Co Ltd
Heilongjiang University
Original Assignee
Harbin Science And Technology Co Ltd
Heilongjiang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Science And Technology Co Ltd, Heilongjiang University filed Critical Harbin Science And Technology Co Ltd
Priority to CN201711367456.1A priority Critical patent/CN108107407A/zh
Publication of CN108107407A publication Critical patent/CN108107407A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/22Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法。该方法包括以下步骤:将声源定位的空间均等化分为若干个正方体作为声源位置、将由多个麦克风组成的麦克风阵列摆放在声源定位的空间内、在空间内建立空间直角坐标系、预处理,求相对时间、计算,建库、声源在空间内未知位置发声时坐标的提取,实现声源定位。所述定位方法具有实时定位声源的特点。

Description

一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法
技术领域
本发明涉及一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法,属于声源定位技术领域。
背景技术
近年来,人工智能化异常火爆,智能化也必将由当下流行的手动控制慢慢转变为声音控制,未来的人机交互会很大程度上离开触控,声控会逐步取而代之;声音在人工智能、人机交互中扮演着举足轻重的角色,而声音处理的单麦克风方式渐显疲态,随着人工智能的发展,越来越多的领域单麦克风已经不能解决问题,所以由多个麦克风组成的麦克风阵列对声音的处理成为研究热点。
当下流行的声源定位方法大多是“基于TDOA的声源定位”以及“基于可控波束的声源定位”等,例如基于两步定位的TDOA声源定位的方法;两步定位方法的方法第一步是对时延的估计,第二步是由得到的时延,结合麦克风阵列的物理结构,得到声源的位置。
基于GCC和LMS组合的方法最常见;R.Parisi等人提出采用广义互相关法进行时延估计,该方法主要根据麦克风对不同麦克风接收同一语音信号而产生的时相对延进行声源定位。
根据麦克风接收语音信号的模型,采用广义互相关法计算麦克风对接收语音信号的相关函数,根据相关函数峰值对应的点确定时延,这类算法在麦克风接受到信号后仍然进行大量的处理以及运算,很难满足声源的实时定位。
发明内容
本发明为了解决现有声源定位方法中计算量大,无法满足声源实时定位的技术问题,提出了一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法,所采取的技术方案如下:
一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法,所述声源定位方法是将需要声源定位的三维空间均等划分为若干个正方体作为声源位置,并将每个正方体视为一个格点;将由多个麦克风组成的麦克风阵列摆放在所述三维空间内,其中,麦克风位于所述三维空间的各空间顶点上和空间棱边上;根据麦克风的分布并结合正方体格点的划分结构建立三维空间对应的直角坐标系,并对麦克风接收到的声源信息进行预处理,并求取所述声源位置发出声源到达麦克风的相对时间,对所述三维空间内位置位置发声时的坐标进行提取,并建立声音信息数据库,进而完成声源定位。
进一步地,所述声源定位方法具体过程为:
步骤一:将n个麦克风组成一个麦克风阵列,并将每个所述麦克风进行标号,其中,n表示正整数;
步骤二:将所述三维空间均等分为若干个正方体,并将每个所述正方体视为一个声源位置;
步骤三:将步骤一所述麦克风阵列摆放于需要声源定位的所述三维空间中,并且,将所述麦克风阵列中包含的麦克风设置于所述三维空间的各空间顶点和空间棱边上;所述麦克风摆放好后,所述麦克风的位置和对应的标号不再变动;
步骤四:以麦克风的分布位置以及步骤二所述正方体的分布位置为坐标点建立所述三维空间对应的直角坐标系,获得待声源定位所述三维空间的直角坐标系;
步骤五:使步骤二所述正方体依次作为声源点进行发声,对所述麦克风收集到的声源信息进行预处理,并计算每个作为声源点的正方体发生时,n个麦克风所产生的n-1个相对时间差;
步骤六:对步骤五所述预处理之后产生的数据建立数据库;
步骤七:根据步骤五所述相对时间差与步骤六所述数据库中的数据进行比对,并提取相应相对时间差对应的声源坐标,完成声源定位。
进一步地,步骤一所述麦克风阵列的麦克风数量为12个,所述12个麦克风中,有8个麦克风对应设置于所述三维空间的8个空间顶点上,另外4个麦克风分别设置于所述三维空间的四个竖直方向的棱边的中心位置处。
进一步地,步骤三所述正方体的大小相等,划分出来的所有所述正方体均包含在由多个麦克风组成的麦克风阵列所涵盖的三维空间内。
进一步地,步骤五所述预处理的具体过程为:
第一步:以步骤二所述若干个正方体中的一个正方体作为声源点,并启动所述声源点发声;
第二步:将所述麦克风阵列中任一一个麦克风收到声息信号的时间作为时间零点,并将此麦克风标记为标准麦克风;
第三步:对除第二步所述标准麦克风之外的n-1个麦克风接收到声息信息的时间与标准麦克风接收到声息信息时间相比产生的相对时间差进行计算。
进一步地,步骤六所述建立数据库是依固定的顺序记录这n-1个麦克风相对于标准麦克风收到信号的相对时间,并记录n-1个相对时间,记录此时发声的坐标;依次在所有正方体里发声并记录每个正方体发声的相对时间以及坐标;以次建立一个适用于所述三维空间内声源定位的数据库;每1组n-1个相对时间对应一个坐标,所述数据库由这些相对时间以及相对时间对应的坐标组成;最后将每组坐标汇聚起来按发声顺序排列生成坐标参数数据库。
进一步地,所述声源定位方法具体过程为:
Step1:放置麦克风,形成麦克风阵列,具体将由12个麦克风组成的分布式麦克分阵列摆放在此长方体空间区域内。一旦摆放好,麦克风位置不再变动,并将每个麦克风标号,所述麦克风阵列的麦克风数量为12个,所述12个麦克风中,有8个麦克风对应设置于所述三维空间的8个空间顶点上,另外4个麦克风分别设置于所述三维空间的四个竖直方向的棱边的中心位置处;
Step2:将待声源定位的三维空间进行均等分,具体将此空间均等分为N=72000个长宽高都为10cm的正方体;
Step3:将所述麦克风阵列中任一一个麦克风收到声息信号的时间作为时间零点,并将此麦克风标记为标准麦克风;计算每个麦克风收到声音信号的时间,做差求出标准麦克风与其余麦克风接收信号的时间差值;所述时间差值分别标记为M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12
Step4:建立空间直角坐标系,具体为:以所述三维空间内的任意一点作为空间直角坐标系的原点,相应的就可以得到所有的麦克风以及正方体的坐标;
Step5:对麦克风收到的声息信息进行预处理,并获取各麦克风接收到声息信息的接收时间与标准麦克风接收到声息信息的接收时间之间的相对时间,具体为:
让所述三维空间内已知坐标上一个作为发生点的正方体发声,其中,声源坐标为rs=(xs,ys,zs),麦克风坐标Mi=(xi,yi,zi),(i=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12),由于所述坐标已知,根据数学模型:
可求出声音到达每个麦克风的时间,其中,C为声音传播速度,以其中一个麦克风作为标准,对比其他11个麦克风与已知坐标声源求出的时间与标准麦克风与已知坐标声源求出的时间做差,即可获得11个相对时间;
Step6:对相对时间进行记录,并建立适用于所述三维空间的声源定位数据库;具体过程为:按照step5,将空间内所有的格点依次作为声源点发声;每个声源点都会产生一组数据与此声源点对应,进而72000个正方体即可产生72000组数据,记录这72000组数据以及与其对应的空间坐标,由此建立一个适用于本空间区域声源定位的数据库;根据所述相对时间差与所述数据库中的数据进行比对,即可提取相应相对时间差对应的声源坐标,完成声源定位。
进一步地,将所述三维空间地面上四个拐角的其中一个作为step4所述坐标原点。
本发明有益效果:
本发明提出的基于空间分布式麦克风的三维定位方法可以在各麦克风收到声音信号后,对声音信号进行最少量的处理,最快速的给出定位结果。定位不能很好的实现实时性是因为几乎所有的定位工作都是在麦克风接收到声音信号以后。本发明提出的定位方法是在麦克风收到声息信号之前就对信号数据进行处理,而麦克风收到信号后直接提取之前处理好的信息进行比对,极大程度上提高了声源定位的实时性。
附图说明
图1是本发明所述声源定位方法的流程图。
图2是12个麦克风在此空间区域内的分布式摆放方式。
图3是此空间的均等分为若干个正方体。
图4是各麦克风收到的声音波形示意图一。
图5是各麦克风收到的声音波形示意图二。
图6是各麦克风收到的声音波形示意图三。
图7是各麦克风收到的声音波形示意图四。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明,但本发明不受实施例的限制。
实施例1:
一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法,所述声源定位方法是将需要声源定位的三维空间均等划分为若干个正方体作为声源位置,并将每个正方体视为一个格点;将由多个麦克风组成的麦克风阵列摆放在所述三维空间内,其中,麦克风位于所述三维空间的各空间顶点上和空间棱边上;根据麦克风的分布并结合正方体格点的划分结构建立三维空间对应的直角坐标系,并对麦克风接收到的声源信息进行预处理,并求取所述声源位置发出声源到达麦克风的相对时间,对所述三维空间内位置位置发声时的坐标进行提取,并建立声音信息数据库,进而完成声源定位。
其中,所述声源定位方法具体过程为:
步骤一:将n个麦克风组成一个麦克风阵列,并将每个所述麦克风进行标号,其中,n表示正整数;
步骤二:将所述三维空间均等分为若干个正方体,并将每个所述正方体视为一个声源位置;
步骤三:将步骤一所述麦克风阵列摆放于需要声源定位的所述三维空间中,并且,将所述麦克风阵列中包含的麦克风设置于所述三维空间的各空间顶点和空间棱边上;所述麦克风摆放好后,所述麦克风的位置和对应的标号不再变动;
步骤四:以麦克风的分布位置以及步骤二所述正方体的分布位置为坐标点建立所述三维空间对应的直角坐标系,获得待声源定位所述三维空间的直角坐标系;
步骤五:使步骤二所述正方体依次作为声源点进行发声,对所述麦克风收集到的声源信息进行预处理,并计算每个作为声源点的正方体发生时,n个麦克风所产生的n-1个相对时间差;
步骤六:对步骤五所述预处理之后产生的数据建立数据库;
步骤七:根据步骤五所述相对时间差与步骤六所述数据库中的数据进行比对,并提取相应相对时间差对应的声源坐标,完成声源定位。
步骤一所述麦克风阵列的麦克风数量为12个,所述12个麦克风中,有8个麦克风对应设置于所述三维空间的8个空间顶点上,另外4个麦克风分别设置于所述三维空间的四个竖直方向的棱边的中心位置处。
步骤三所述正方体的大小相等,划分出来的所有所述正方体均包含在由多个麦克风组成的麦克风阵列所涵盖的三维空间内。
步骤五所述预处理的具体过程为:
第一步:以步骤二所述若干个正方体中的一个正方体作为声源点,并启动所述声源点发声;
第二步:将所述麦克风阵列中任一一个麦克风收到声息信号的时间作为时间零点,并将此麦克风标记为标准麦克风;
第三步:对除第二步所述标准麦克风之外的n-1个麦克风接收到声息信息的时间与标准麦克风接收到声息信息时间相比产生的相对时间差进行计算。
步骤六所述建立数据库是依固定的顺序记录这n-1个麦克风相对于标准麦克风收到信号的相对时间,并记录n-1个相对时间,记录此时发声的坐标;依次在所有正方体里发声并记录每个正方体发声的相对时间以及坐标;以次建立一个适用于所述三维空间内声源定位的数据库;每1组n-1个相对时间对应一个坐标,所述数据库由这些相对时间以及相对时间对应的坐标组成;最后将每组坐标汇聚起来按发声顺序排列生成坐标参数数据库。
实施例2
本实施例提出的基于空间分布式麦克风的三维定位方法是将需要进行声源定位的三维空间等分为多个正方体(即为格点)。并且将所述三维空间内所有的格点依次作为声源点进行发声,预处理,计算每个点作为声源发声时,n个麦克风产生的n-1个相对时间差。
其中以一个麦克风收到声息信号作为时间零点,其余n-1个麦克风相对于此麦克风收到声音信号在时间上有提前或者延迟。作为时间零点的麦克风称之为“标准麦克风”。
空间内每一个格点都会对应一组由n-1个相对时间组成的数据。由此将空间内所有的格点预处理,由这些格点预处理产生的数据建库。
当空间内一未知声源发声时,对所有麦克风收到的声音信号进行时间上的比对,仍然以“标准麦克风”收到声音信号的时间作为时间零点。求得n-1个相对时间,以此对数据库中的数据进行对比,提取相应坐标,完成声源定位。对声源的定位不能很好的实现实时性的原因基本上都是由于定位工作所包含的计算大多是在各个麦克风收到信号后去完成的,需要计算的数据多,且计算量大。
所述定位方法在实现未知位置的声源定位前已经做了大量的计算,形成了一个适用于本空间的专有声源定位数据库。声源定位前期进行了大量的建库计算,从而在麦克风接收到声源信号后只需进行少量计算即可。最快速的给出定位结果,很好体现声音处理的实时性。
所述定位方法方法建立的数据库只适用于当时建库时对应的这一特定的三维空间。每个数据库只对应一个三维空间。但是当三维空间改变时,可对数据库进行适当裁剪,或者增加数据,从而不需要重新从零开始再建库。比如第一次建库所对应的三维空间是300cm*400cm*600cm。当空间变为200cm*400cm*600cm时,把多余空间100cm*400cm*600cm这一部分对应的数据删除,剩下的数据库即可对应200cm*400cm*600cm这一空间。当三维空间由300cm*400cm*600c变为500cm*400cm*600cm时,原本300cm*400cm*600cm的数据库保留,在此基础上增加多出的200cm*400cm*600cm这一空间对应的数据即可建立新的适用于500cm*400cm*600cm此空间声源定位的数据库(数据库的裁剪是根据空间的裁剪所决定的。
针对声音处理的实时性不足这一问题,提出了本种基于空间麦克风分布声源定位的一种定位方法,包括:
由n个麦克风组成空间分布式麦克风摆放阵列。并将这些麦克风标号。
将声源定位空间均等分为若干个正方体。这些正方体每一个都将会是声源位置。
将由n个麦克分组成的分布式麦克风阵列摆放在需要进行声源定位的空间内。麦克风摆放好后,位置与标号不再变动。
建立空间直角坐标系。空间内各麦克风坐标以及格点坐标相应产生。
预处理:
以其中一个正方体(格点)作为声源点,发声。
每个麦克风收到声音信号的时间不同,以此做差求出“标准麦克风”与其余麦克风接收信号的时间差值。以其中一个麦克风收到的信号为标准(每个麦克风都可以作为标但标准一旦建立不能更换),其他麦克风收到信号的时间相对于“标准麦克风”收到信号的时间有提前,延时,或者相同。
计算,记录,建库:
依固定的顺序记录这n-1个麦克风相对于标准麦克风收到信号的相对时间。记录n-1个相对时间,并记录此时发声的坐标(声源所在格点的位置)。
依次在所有格点作为声源点发声并记录相对时间以及坐标。以次建立一个适用于在此空间区域内声源定位的库。而每1组n-1个相对时间对应一个坐标,这个库就由这些相对时间以及对应的坐标组成。
这1组n-1相对时间的数字相当于特征值,有了这个特征值就可以调出库中的相对应的坐标。
以一个长宽高分别为600cm,400cm,300cm的长方体空间区域内进行声源定位。
Step1:如图2所示,放置麦克风,形成麦克风阵列,具体将由12个麦克风组成的分布式麦克分阵列摆放在此长方体空间区域内。一旦摆放好,麦克风位置不再变动,并将每个麦克风标号,所述麦克风阵列的麦克风数量为12个,所述12个麦克风中,有8个麦克风对应设置于所述三维空间的8个空间顶点上,另外4个麦克风分别设置于所述三维空间的四个竖直方向的棱边的中心位置处;
Step2:如图3所示,将待声源定位的三维空间进行均等分,具体将此空间均等分为N=72000个长宽高都为10cm的正方体;
Step3:将所述麦克风阵列中任一一个麦克风收到声息信号的时间作为时间零点,并将此麦克风标记为标准麦克风;计算每个麦克风收到声音信号的时间,做差求出标准麦克风与其余麦克风接收信号的时间差值;所述时间差值分别标记为M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12
Step4:建立空间直角坐标系,具体为:以所述三维空间内的任意一点作为空间直角坐标系的原点,相应的就可以得到所有的麦克风以及正方体的坐标;
Step5:对麦克风收到的声息信息进行预处理,并获取各麦克风接收到声息信息的接收时间与标准麦克风接收到声息信息的接收时间之间的相对时间,具体为:
让所述三维空间内已知坐标上一个作为发生点的正方体发声,其中,声源坐标为rs=(xs,ys,zs),麦克风坐标Mi=(xi,yi,zi),(i=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12),由于所述坐标已知,根据数学模型:
可求出声音到达每个麦克风的时间,其中,C为声音传播速度,以其中一个麦克风作为标准,对比其他11个麦克风与已知坐标声源求出的时间与标准麦克风与已知坐标声源求出的时间做差,即可获得11个相对时间;
Step6:对相对时间进行记录,并建立适用于所述三维空间的声源定位数据库;具体过程为:按照step5,将空间内所有的格点依次作为声源点发声;每个声源点都会产生一组数据与此声源点对应,进而72000个正方体即可产生72000组数据,记录这72000组数据以及与其对应的空间坐标,由此建立一个适用于本空间区域声源定位的数据库;根据所述相对时间差与所述数据库中的数据进行比对,即可提取相应相对时间差对应的声源坐标,完成声源定位。
将空间内所有的格点依次作为声源点发声。每个声源点都会产生一组数据与此声源点对应。72000个格点会产生72000组数据,记录这72000组数据以及与其对应的空间坐标,由此建立好一个适用于本空间区域声源定位的库。
当未知声源在分布式麦克风所涵盖的空间区域内一未知位置发声,如图4至图7,各麦克风收到声音的模拟信号,通过模数转换器转换为数字信号,对这12个数字信号进行时间上对比,同样按照M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12的顺序记录这11个相对时间参数,以此作为一个特征值去库中寻找比对,提取出相应的坐标位置。即实现了此次声源定位。在使用特征值去库中寻找对比时,可利用最小二乘法找出库中一组与实施例数据误差最小的数据,调取此数据对应的空间坐标。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做各种改动和修饰,因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法,其特征在于,所述声源定位方法是将需要声源定位的三维空间均等划分为若干个正方体作为声源位置,并将每个正方体视为一个格点;将由多个麦克风组成的麦克风阵列摆放在所述三维空间内,其中,麦克风位于所述三维空间的各空间顶点上和空间棱边上;根据麦克风的分布并结合正方体格点的划分结构建立三维空间对应的直角坐标系,并对麦克风接收到的声源信息进行预处理,并求取所述声源位置发出声源到达麦克风的相对时间,对所述三维空间内位置位置发声时的坐标进行提取,并建立声音信息数据库,进而完成声源定位。
2.根据权利要求1所述声源定位方法,其特征在于,所述声源定位方法具体过程为:
步骤一:将n个麦克风组成一个麦克风阵列,并将每个所述麦克风进行标号,其中,n表示正整数;
步骤二:将所述三维空间均等分为若干个正方体,并将每个所述立方体视为一个声源位置;
步骤三:将步骤一所述麦克风阵列摆放于需要声源定位的所述三维空间中,并且,将所述麦克风阵列中包含的麦克风设置于所述三维空间的各空间顶点和空间棱边上;所述麦克风摆放好后,所述麦克风的位置和对应的标号不再变动;
步骤四:以麦克风的分布位置以及步骤二所述正方体的分布位置为坐标点建立所述三维空间对应的直角坐标系,获得待声源定位所述三维空间的直角坐标系;
步骤五:使步骤二所述正方体依次作为声源点进行发声,对所述麦克风收集到的声源信息进行预处理,并计算每个作为声源点的正方体发生时,n个麦克风所产生的n-1个相对时间差;
步骤六:对步骤五所述预处理之后产生的数据建立数据库;
步骤七:根据步骤五所述相对时间差与步骤六所述数据库中的数据进行比对,并提取相应相对时间差对应的声源坐标,完成声源定位。
3.根据权利要求2所述声源定位方法,其特征在于,步骤一所述麦克风阵列的麦克风数量为12个,所述12个麦克风中,有8个麦克风对应设置于所述三维空间的8个空间顶点上,另外4个麦克风分别设置于所述三维空间的四个竖直方向的棱边的中心位置处。
4.根据权利要求2所述声源定位方法,其特征在于,步骤三所述正方体的大小相等,划分出来的所有所述正方体均包含在由多个麦克风组成的麦克风阵列所涵盖的三维空间内。
5.根据权利要求2所述声源定位方法,其特征在于,步骤五所述预处理的具体过程为:
第一步:以步骤二所述若干个正方体中的一个正方体作为声源点,并启动所述声源点发声;
第二步:将所述麦克风阵列中任一一个麦克风收到声息信号的时间作为时间零点,并将此麦克风标记为标准麦克风;
第三步:对除第二步所述标准麦克风之外的n-1个麦克风接收到声息信息的时间与标准麦克风接收到声息信息时间相比产生的相对时间差进行计算。
6.根据权利要求5所述声源定位方法,其特征在于,步骤六所述建立数据库是依固定的顺序记录这n-1个麦克风相对于标准麦克风收到信号的相对时间,并记录n-1个相对时间,记录此时发声的坐标;依次在所有正方体里发声并记录每个正方体发声的相对时间以及坐标;以次建立一个适用于所述三维空间内声源定位的数据库;每1组n-1个相对时间对应一个坐标,所述数据库由这些相对时间以及相对时间对应的坐标组成;最后将每组坐标汇聚起来按发声顺序排列生成坐标参数数据库。
7.根据权利要求1所述声源定位方法,其特征在于,所述声源定位方法具体过程为:
Step1:放置麦克风,形成麦克风阵列,具体将由12个麦克风组成的分布式麦克分阵列摆放在此长方体空间区域内。一旦摆放好,麦克风位置不再变动,并将每个麦克风标号,所述麦克风阵列的麦克风数量为12个,所述12个麦克风中,有8个麦克风对应设置于所述三维空间的8个空间顶点上,另外4个麦克风分别设置于所述三维空间的四个竖直方向的棱边的中心位置处;
Step2:将待声源定位的三维空间进行均等分,具体将此空间均等分为N=72000个长宽高都为10cm的正方体;
Step3:将所述麦克风阵列中任一一个麦克风收到声息信号的时间作为时间零点,并将此麦克风标记为标准麦克风;计算每个麦克风收到声音信号的时间,做差求出标准麦克风与其余麦克风接收信号的时间差值;所述时间差值分别标记为M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7、M8、M9、M10、M11、M12
Step4:建立空间直角坐标系,具体为:以所述三维空间内的任意一点作为空间直角坐标系的原点,相应的就可以得到所有的麦克风以及正方体的坐标;
Step5:对麦克风收到的声息信息进行预处理,并获取各麦克风接收到声息信息的接收时间与标准麦克风接收到声息信息的接收时间之间的相对时间,具体为:
让所述三维空间内已知坐标上一个作为发生点的正方体发声,其中,声源坐标为rs=(xs,ys,zs),麦克风坐标Mi=(xi,yi,zi),(i=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12),由于所述坐标已知,根据数学模型:
<mfenced open = "" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>t</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>r</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>|</mo> <mo>/</mo> <mi>c</mi> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>r</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>|</mo> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>y</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>z</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
i=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12
可求出声音到达每个麦克风的时间,其中,C为声音传播速度,以其中一个麦克风作为标准,对比其他11个麦克风与已知坐标声源求出的时间与标准麦克风与已知坐标声源求出的时间做差,即可获得11个相对时间;
Step6:对相对时间进行记录,并建立适用于所述三维空间的声源定位数据库;具体过程为:按照step5,将空间内所有的格点依次作为声源点发声;每个声源点都会产生一组数据与此声源点对应,进而72000个正方体即可产生72000组数据,记录这72000组数据以及与其对应的空间坐标,由此建立一个适用于本空间区域声源定位的数据库;根据所述相对时间差与所述数据库中的数据进行比对,即可提取相应相对时间差对应的声源坐标,完成声源定位。
8.根据权利要求7所述声源定位方法,其特征在于,将所述三维空间地面上四个拐角的其中一个作为step4所述坐标原点。
CN201711367456.1A 2017-12-18 2017-12-18 一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法 Pending CN108107407A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711367456.1A CN108107407A (zh) 2017-12-18 2017-12-18 一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711367456.1A CN108107407A (zh) 2017-12-18 2017-12-18 一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108107407A true CN108107407A (zh) 2018-06-01

Family

ID=62210954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711367456.1A Pending CN108107407A (zh) 2017-12-18 2017-12-18 一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108107407A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020087745A1 (zh) * 2018-10-29 2020-05-07 歌尔股份有限公司 一种音频设备定向发声方法、装置、音频设备
CN111239688A (zh) * 2020-01-20 2020-06-05 南京邮电大学 一种基于校准源的分布式多麦克风阵列的映射校准方法
CN112083379A (zh) * 2020-09-09 2020-12-15 成都极米科技股份有限公司 基于声源定位的音频播放方法、装置、投影设备及介质
JP7393689B1 (ja) 2022-09-30 2023-12-07 ダイキン工業株式会社 環境状態測定装置および環境状態測定装置のセッティング方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1832633A (zh) * 2005-03-07 2006-09-13 华为技术有限公司 一种声源定位方法
CN103763769A (zh) * 2013-12-26 2014-04-30 北京邮电大学 基于接入点重选择和自适应簇分裂的室内指纹定位方法
CN104684080A (zh) * 2015-02-10 2015-06-03 同济大学 一种三维wlan室内定位方法
CN104865555A (zh) * 2015-05-19 2015-08-26 河北工业大学 一种基于声音位置指纹的室内声源定位方法
CN105388459A (zh) * 2015-11-20 2016-03-09 清华大学 分布式麦克风阵列网络的鲁棒声源空间定位方法
CN106646368A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 东南大学 一种基于指纹匹配的可见光通信场景中三维定位方法
CN106804060A (zh) * 2017-03-07 2017-06-06 京信通信技术(广州)有限公司 一种指纹定位方法和装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1832633A (zh) * 2005-03-07 2006-09-13 华为技术有限公司 一种声源定位方法
CN103763769A (zh) * 2013-12-26 2014-04-30 北京邮电大学 基于接入点重选择和自适应簇分裂的室内指纹定位方法
CN104684080A (zh) * 2015-02-10 2015-06-03 同济大学 一种三维wlan室内定位方法
CN104865555A (zh) * 2015-05-19 2015-08-26 河北工业大学 一种基于声音位置指纹的室内声源定位方法
CN105388459A (zh) * 2015-11-20 2016-03-09 清华大学 分布式麦克风阵列网络的鲁棒声源空间定位方法
CN106646368A (zh) * 2016-12-30 2017-05-10 东南大学 一种基于指纹匹配的可见光通信场景中三维定位方法
CN106804060A (zh) * 2017-03-07 2017-06-06 京信通信技术(广州)有限公司 一种指纹定位方法和装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020087745A1 (zh) * 2018-10-29 2020-05-07 歌尔股份有限公司 一种音频设备定向发声方法、装置、音频设备
US11438692B2 (en) 2018-10-29 2022-09-06 Goertek Inc. Directional sound generation method and device for audio apparatus, and audio apparatus
CN111239688A (zh) * 2020-01-20 2020-06-05 南京邮电大学 一种基于校准源的分布式多麦克风阵列的映射校准方法
CN111239688B (zh) * 2020-01-20 2021-10-26 南京邮电大学 一种基于校准源的分布式多麦克风阵列的映射校准方法
CN112083379A (zh) * 2020-09-09 2020-12-15 成都极米科技股份有限公司 基于声源定位的音频播放方法、装置、投影设备及介质
CN112083379B (zh) * 2020-09-09 2023-10-20 极米科技股份有限公司 基于声源定位的音频播放方法、装置、投影设备及介质
JP7393689B1 (ja) 2022-09-30 2023-12-07 ダイキン工業株式会社 環境状態測定装置および環境状態測定装置のセッティング方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108107407A (zh) 一种基于空间分布式麦克风的三维声源定位方法
CN108955693B (zh) 一种路网匹配的方法及系统
CN106405499A (zh) 一种机器人定位声源的方法
CN107102296A (zh) 一种基于分布式麦克风阵列的声源定位系统
CN103811020B (zh) 一种智能语音处理方法
CN103076593B (zh) 一种声源定位方法及装置
CN107392875A (zh) 一种基于k近邻域划分的点云数据去噪方法
CN102932738A (zh) 一种改进的基于分簇神经网络的室内指纹定位方法
CN108896962B (zh) 基于声音位置指纹的迭代定位方法
CN104811886B (zh) 基于相位差测量的麦克风阵列测向方法
CN107290709A (zh) 基于范德蒙分解的互质阵列波达方向估计方法
CN107589399A (zh) 基于多采样虚拟信号奇异值分解的互质阵列波达方向估计方法
CN115952691B (zh) 多站无源时差交叉联合定位系统的优化布站方法及装置
CN105223551A (zh) 一种可穿戴的声源定位跟踪系统及方法
CN107144818A (zh) 基于双向双耳匹配滤波器加权融合的双耳声源定位方法
CN103841567A (zh) 一种获取基站的多边形区域的方法和基站
CN110187336A (zh) 一种基于分布式phd的多站雷达站址定位和联合跟踪方法
CN103901400A (zh) 一种基于时延补偿和双耳一致性的双耳声音源定位方法
CN104360384B (zh) 基于纵横波能量自动扫描的微地震事件定位方法及装置
CN104105049A (zh) 一种减少传声器使用数量的房间冲激响应函数测量方法
CN110361695A (zh) 分置式声源定位系统和方法
CN109561384B (zh) 一种复合噪声条件下的无线传感器网络节点定位方法
CN110146841A (zh) 一种提高阵列波达方向估计性能的优化方法
CN113705551B (zh) 一种基于无人机集群的雷达波束特征提取方法及装置
CN205588317U (zh) 一种能进行声源定位并联动机器人头部转动的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180601

RJ01 Rejection of invention patent application after publication