CN108387873A - 音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统 - Google Patents

音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统 Download PDF

Info

Publication number
CN108387873A
CN108387873A CN201810273971.1A CN201810273971A CN108387873A CN 108387873 A CN108387873 A CN 108387873A CN 201810273971 A CN201810273971 A CN 201810273971A CN 108387873 A CN108387873 A CN 108387873A
Authority
CN
China
Prior art keywords
audio signal
sound
source
reference point
test audio
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
CN201810273971.1A
Other languages
English (en)
Inventor
韩志
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.)
Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd
Original Assignee
Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd
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 Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd filed Critical Guangzhou Shiyuan Electronics Thecnology Co Ltd
Priority to CN201810273971.1A priority Critical patent/CN108387873A/zh
Publication of CN108387873A publication Critical patent/CN108387873A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO 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
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-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
    • G01S5/22—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2430/00—Signal processing covered by H04R, not provided for in its groups

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Stereophonic System (AREA)

Abstract

本发明提供一种音源定位方法和系统，所述方法包括：控制待定位的音源播放测试音频信号，记录所述测试音频信号的起始播放时间；在预设的至少两个参考点采集音频信号，根据测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间；根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，计算音源与各个参考点的相对距离，根据音源与各个参考点的相对距离确定所述音源的位置。上述方法和系统克服了传统技术利用传播衰减系数判断音源的位置而导致音源定位不准确的问题，达到了准确定位音源的技术效果，为利用音源进行音频的声场还原提供质量保证。

Description

音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统
技术领域
本发明涉及音频技术领域，特别是涉及一种音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统。
背景技术
随着音频技术的发展，音频设备对音频播放质量的要求越来越高，对音频设备的音源的定位的准确度提出了更高的要求。以音箱系统为例，音频的声场还原需要以音箱音源的准确定位为基础，对音源的定位不准确，会导致通过该音箱系统播放的声场信息无法准确还原。
传统技术通过采集音源所播放的音频信号的幅度大小以及根据声音在空气中的传播衰减系数判断音源的位置，但是声音的传播衰减系数容易受空气湿度等不可控因素的影响，因此这种技术无法对音源进行准确定位。
发明内容
基于此，有必要针对传统技术无法准确定位音源问题，提供一种准确的音源定位方法。
一种音源定位方法，包括步骤：
控制待定位的音源播放测试音频信号，记录所述测试音频信号的起始播放时间；
在预设的至少两个参考点采集音频信号，根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间；
根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，计算所述音源与各个参考点的相对距离，根据音源与各个参考点的相对距离确定所述音源的位置。
上述音源定位方法，通过在至少两个参考点采集待定位音源播放的音频信号，并根据测试音频信号的特征信息从各个采集点采集到的音频信号中识别测试音频信号，确定测试音频信号的到达各个参考点的时间，根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，计算音源与各个参考点的相对距离，从而确定音源的位置。该方法克服了传统技术利用传播衰减系数判断音源的位置而导致音源定位不准确的问题，达到了准确定位音源的技术效果，为利用音源进行音频的声场还原提供质量保证。
在一个实施例中，控制待定位的音源播放测试音频信号的步骤前，还包括：
生成一个初始测试音频信号，获取背景声音信号，并提取所述背景声音信号的频率特征信息；根据所述背景声音信号的频率特征信息从初始音频信号中去除背景声音的频率分量，得到所述测试音频信号；
或
生成一个初始测试音频信号，获取背景声音信号，并提取所述背景声音信号的频率特征信息；以预设的频率间隔在所述初始测试音频信号的频谱中提取多组预选音频信号，将每一组预选音频信号的频率特征与背景声音信号的频率特征进行比较，从预选音频信号中选取测试音频信号。
在一个实施例中，所述根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号的步骤包括：
分别从各个参考点采集到的音频信号中提取预设时间范围内的音频信号作为待识别音频信号；
根据所述测试音频信号的特征信息，分别从各个参考点的待识别音频信号中识别所述测试音频信号。
在一个实施例中，分别从各个参考点采集到的音频信号中提取预设时间范围内的音频信号作为待识别音频信号的步骤后，还包括：
分别对所述各个参考点的待识别音频信号进行滤波处理。
在一个实施例中，所述根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间的步骤包括：
提取所述测试音频信号的时域波形特征，并根据所述时域波形特征生成时域滑动窗口；
利用所述时域滑动窗口将测试音频信号的时域波形特征在所述各个参考点采集到的音频信号的时域波形中进行匹配，在各个参考点识别测试音频信号并得到所述测试音频信号的时间坐标；
根据所述测试音频信号在各个参考点的时间坐标，确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间。
在一个实施例中，所述根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间的步骤包括：
将所述测试音频信号进行傅里叶变换，提取所述测试音频信号的频率特征；
将所述测试音频信号的频率特征分别与各个采集点采集到的音频信号的频率特征进行匹配，从各个参考点的音频信号中识别测试音频信号并得到所述测试音频信号的时间坐标；
根据所述测试音频信号在各个参考点的时间坐标，确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间。
在一个实施例中，所述控制待定位的音源播放测试音频信号的步骤包括：
控制待定位的音源根据预设的时间间隔多次播放测试音频信号。
在一个实施例中，还提供一种音源定位系统，该系统包括：
音频播放模块，用于控制待定位的音源播放测试音频信号，记录所述测试音频信号的起始播放时间；
音频采集模块，用于在预设的至少两个参考点采集音频信号，根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间；
音源定位模块，用于根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，计算所述音源与各个参考点的相对距离，根据音源与各个参考点的相对距离确定所述音源的位置。
上述音源定位系统，利用音频播放模块控制待定位的音源播放测试音频信号，通过音频采集模块采集该测试音频信号，音源定位模块根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达时间能够确定音源的位置。采用该系统进行音源的定位克服了传统技术对音源定位不准确的问题，达到了准确定位音源的技术效果。
另外，针对传统技术对音箱系统定位准确度低的问题，提供一种音箱系统定位方法。
一种音箱系统定位方法，包括步骤：
根据如上所述的音源定位方法确定音箱系统的两两音箱之间的相对距离；
以第一音箱为坐标原点建立三维空间直角坐标系，根据所述音箱系统的各个音箱之间的相对距离计算其余音箱的三维坐标，确定所述音箱系统的定位位置。
上述音箱系统定位方法，根据各个音箱之间的相对位置能够确定音箱系统中各个音箱的三维空间坐标，从而定位所述音箱系统的位置。
另外，还有必要针对传统技术对音箱系统定位准确度低的问题，提供一种音箱系统。
一种音箱系统，包括：多个音箱和音箱控制器，各个音箱分别连接所述音箱控制器；
每个音箱设置有音频采集器，用于播放测试音频信号；
所述音频采集器用于采集其他音箱的测试音频信号；
所述音箱控制器配置为执行如上所述的音源定位方法，确定其他音箱的位置，并根据各个音箱对其他音箱的定位位置确定各个音箱的定位位置。
上述音箱系统，利用音频采集器采集通过其他音箱播放的测试音频信号，音箱控制器能够从采集到的音频信号中识别测试音频信号从而确定其他音箱的定位位置，并根据各个音箱对其他音箱的定位位置确定各个音箱的定位位置，达到对音箱系统进行定位的效果。
一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述音源定位方法或音箱系统定位方法。
上述计算机设备，克服了传统技术对音源定位不准确的问题，实现了对音源或音箱系统进行准确定位。
一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述音源定位方法或音箱系统定位方法。
上述计算机存储介质，其计算机程序克服了传统技术对音源定位不准确的问题，实现了对音源或音箱系统进行准确定位。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中的音源定位方法的流程图；
图2为本发明的一个实施例中的音箱位置示意图；
图3为本发明的一个实施例中的音源定位系统的结构示意图；
图4为本发明的一个实施例中的音箱系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的音源定位方法的具体实施方式进行详细说明。
在一个实施例中，提供一种音源定位方法，参考图1所述，图1为本发明的一个实施例中的音源定位方法的流程图，包括如下步骤：
步骤S102，控制待定位的音源播放测试音频信号，记录所述测试音频信号的起始播放时间。
其中，待定位的音源可以包括具有扬声器的音箱等音频播放设备。
具体的，可以将预先设置的测试音频信号通过待定位的音源进行播放，记录该音源播放测试音频信号的起始播放时间。
在一个实施例中，可以控制待定位的音源根据预设的时间间隔多次播放测试音频信号。由于从测试音频信号的播放命令的下发到音源播放任务的过程中可能会存在不可控的延迟时间，通过控制音源进行测试音频信号的多次播放，可以根据两段测试音频信号之间的预设的时间间隔的延迟减少上述不可控的延迟时间带来的误差，提高对音源定位的准确性。
在一个实施例中，在步骤S102的控制待定位的音源播放测试音频信号之前，还可以包括如下步骤：
生成一个初始测试音频信号，获取背景声音信号，并提取所述背景声音信号的频率特征信息；根据所述背景声音信号的频率特征信息从初始音频信号中去除背景声音的频率分量，得到所述测试音频信号。
由于环境中可能包含有很多杂乱的噪声，在对音源进行定位的之前，通过先选取合适的测试音频信号，例如可以是听觉上听起来比较不常见的声音信号、环境噪声和白噪声中含量较少的声音波形信号等，特别是可以选取一些具有特殊频率成分的音频信号作为测试音频信号，特殊频率一般指的是听觉上听起来比较不常见的频率。
作为实施例，可以预先生成一个初始测试音频信号，获取环境背景中的声音信号，对该声音信号进行傅里叶变换从而得到环境背景声音信号的频谱，从频谱中提取出背景声音信号的频率特征信息，将背景声音信号中的频率分量从初始音频信号的频谱中去除，从而得到测试音频信号。
通过将该方法得到的测试音频信号用于音源的定位，可以有效地减少环境噪音对音源定位的准确度影响。
在另外一个实施例中，在步骤S102的控制待定位的音源播放测试音频信号之前，还可以包括如下步骤：
生成一个初始测试音频信号，获取背景声音信号，并提取所述背景声音信号的频率特征信息；以预设的频率间隔在所述初始测试音频信号的频谱中提取多组预选音频信号，将每一组预选音频信号的频率特征与背景声音信号的频率特征进行比较，从预选音频信号中选取测试音频信号。
根据预设的频率间隔在所述初始测试音频信号的频谱中提取的多组预选音频信号都具有一定的频率特征，需要对这些预选音频信号进行筛选，可以将每一组预选音频信号的频率特征与背景声音信号的频率特征进行比较，例如可以从所述每组预选音频信号中筛选出频率在背景声音信号的频谱中出现比例较低的音频信号作为测试音频信号。
作为实施例，可以预先生成一个初始测试音频信号，按照预设的频率间隔在初始测试音频信号的频谱中可以从低到高或从高到地循环搜索适合的频率，每搜索一个频率时同时判断其2、3、4、8等倍频频率是否符合预设的选择条件，如果都符合则认为该频率也符合所述预设的选择条件，可以在选择多组候选频率后将该组频率与环境频率进行比较，该频率在环境频率中出现的比例越低获得的得分越高，取得得分最高的一组频率作为测试音频信号。
通过将该方法得到的测试音频信号用于音源的定位，可以有效地减少环境噪音对音源定位的准确度影响。
在其中一个实施例中，所述初始测试音频信号可以是低频成分含量较少以及不包含440Hz频率成分的音频信号。
其中，由于低频音有很好的穿透性和反射特性，在环境中衰减较少，环境反射的低频信号可能会多次进入麦克风，造成音源定位的不准确，440Hz的声音常被用于各种提示音，同样可能会造成音源定位的不准确，因此采用低频成分含量较少以及不包含440Hz频率成分的音频信号作为初始测试音频信号，可以提高音源定位的准确度。
步骤S104，在预设的至少两个参考点采集音频信号，根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间。
可以通过麦克风等具有音频拾取能力的设备对音频信号进行采集，在采集点采集到的音频信号可以包含有测试音频信号以及环境中的噪音信号，因此需要从各个参考点采集到的音频信号中识别测试音频信号。
具体的，可以在预设的至少两个参考点采集音频信号，根据测试音频信号的特征信息，然后在各个参考点从包含测试音频信号以及环境中的噪音信号的音频信号中识别出测试音频信号，并确定测试音频信号到达各个参考点的到达时间。其中，到达时间可以指测试音频信号从音源播放后，经过传播到达每一个参考点的时间；测试音频信号的特征信息可以包括时域特征信息和频域特征信息等。
在其中一个实施例中，可以利用放置在预设的参考点的一个或多个麦克风采集音频信号。采用多个麦克风采集音频信号，能够从多个角度获取音源的音频信息，从而得到多的音源位置信息更准确地定位音源。
在一个实施例中，可以分别从各个参考点采集到的音频信号中提取预设时间范围内的音频信号作为待识别音频信号；根据所述测试音频信号的特征信息，分别从各个参考点的待识别音频信号中识别所述测试音频信号。
由于在各个采集点采集到的音频信号不仅包括测试音频信号，还包括了其他声音噪声，因此可以先从各个参考点采集到的音频信号中提取预设的时间范围内的音频信号作为待识别音频信号，再从所述各个参考点的待识别音频信号中识别测试音频信号，有利于提高音源定位的效率以及准确率。
在其中一个实施例中，根据设定的声音的传播速度数值以及音源的预估距离，可以预先设定一个时间范围，根据该预设的时间范围，从各个参考点采集到的音频信号中提取待识别音频信号。一般情况下，声音在空气中的传播速度为340米/秒，声音的传播速度的实际数值可以根据环境的情况进行适应性调整，例如可以考虑音源周围环境的气压、湿度和风速等因素对设定的声音的传播速度的数值进行调整。
在本实施例中，音源的预估距离可以是指待定位的音源距离预设的各个参考点的预估位置范围，例如可以根据音源或音源的环境参考物的尺度大小对音源与参考点的距离范围进行预估，从而估算音源与参考点的距离不会超过5米等。采用该方法，有利于提高音源定位的效率以及准确率。
在一个实施例中，在分别从各个参考点采集到的音频信号中提取预设时间范围内的音频信号作为待识别音频信号的步骤之后，可以分别对所述各个参考点的待识别音频信号进行滤波处理。
具体的，可以根据测试音频信号的播放顺序以及测试音频信号的频率特征，对各个参考点的待识别音频信号进行相应的滤波处理，例如，采用特定的滤波模块对该信号进行滤波处理；该特定的滤波模块可以采用带通滤波或平滑滤波方法，例如7点平滑滤波方法对待识别音频信号进行滤波。
在其中一个实施例中，可以从测试音频信号中提取所述测试音频信号的时域波形特征，并根据所述时域波形特征生成时域滑动窗口；利用所述时域滑动窗口将测试音频信号的时域波形特征在所述各个参考点采集到的音频信号的时域波形中进行匹配，在各个参考点识别测试音频信号并得到所述测试音频信号的时间坐标；根据所述测试音频信号在各个参考点的时间坐标，确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间。采用这种方案可以在时域中从音频信号的时域波形中搜索识别测试音频信号，从而确定测试音频的到达时间，为准确定位音源提供基础。
另外，通过在时域中从音频信号的时域波形中搜索识别测试音频信号的方法不限于上述时域上的滑动窗口匹配的方法，还可以包括时域上的一阶差分法等。
在一个实施例中，可以将所述测试音频信号进行傅里叶变换，提取所述测试音频信号的频率特征；将所述测试音频信号的频率特征分别与各个采集点采集到的音频信号的频率特征进行匹配，可以从各个参考点的音频信号中识别测试音频信号并得到所述测试音频信号的时间坐标；根据所述测试音频信号在各个参考点的时间坐标，可以确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间。采用这种方案可以在频域中从音频信号的时域波形中搜索识别测试音频信号，从而确定测试音频的到达时间，为准确定位音源提供基础。
步骤S106，根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，计算所述音源与各个参考点的相对距离，根据音源与各个参考点的相对距离确定所述音源的位置。
其中，因为各个参考点的位置是预先设置的，所以参考点的位置信息也是预先可以得知的，各个参考点的位置信息可以是指各个参考点相对于指定位置的位置信息，该指定位置可以作为一个空间坐标系的坐标原点，相应的，参考点相对于指定位置的位置信息也可以是指参考点在该空间坐标系的坐标信息。
具体的，根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，可以获得测试音频信号从音源传播到每一个参考点所需要的传播时间，根据声音在空气的传播速度与传播时间的乘积，可以计算得到音源与各个参考点的相对距离，根据各个参考点与所述音源的相对距离，可以确定音源的定位位置，一般来说，可以通过计算各个参考点与所述音源的相对距离的平均值从而确定音源的定位位置。
上述音源定位方法，通过在至少两个参考点采集待定位音源播放的音频信号，并根据测试音频信号的特征信息从各个采集点采集到的音频信号中识别测试音频信号，确定测试音频信号的到达各个参考点的时间，根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，计算音源与各个参考点的相对距离，从而确定音源的位置。该方法克服了传统技术利用传播衰减系数判断音源的位置而导致音源定位不准确的问题，达到了准确定位音源的技术效果，为利用音源进行音频的声场还原提供质量保证。
为了更加清晰本发明的技术方案，下面通过实施例阐述所述音源定位方法的应用实例。
在应用实例中，将音源定位方法应用于音箱系统的定位，该音箱系统可以包括多个音箱，利用在各个音箱的指定位置上分别配置的一个或者多个麦克风组成的麦克风阵列采集待定位的音箱音源播放的测试音频信号，可以确定各个音箱之间的相对位置，将音箱系统进行定位，对音箱的定位方法具体如下：
s1：控制多个音箱中的每一个音箱依次播放一段特殊频率的音频，在其中一个音箱播放音频的时候，利用预先配置在其余音箱上的麦克风阵列进行音频的采集。
其中，这里描述的特殊频率可以指听觉上听起来比较不常见，环境噪声和白噪声中含量较少的声音波形，比如一些特殊频率的组合。对于播放音频的指令每个音箱可以执行一到多次，执行多次的好处是可以通过两段音频之间的时间间隔的延迟判断时间，降低对硬件的要求，这里的硬件可以是指控制音箱音源播放音频信号的硬件设备，例如计算机等。
s2：从采集到的音频信号中识别测试音频信号的波形。
可以利用测试音频信号的时域特征信息或者频域特征信息对测试音频信号的波形进行识别，具体的识别方法可以采用时域上的一阶差分法或时域上的滑动窗口匹配；时域上滑动窗口然后将音频信号转为频域进行分析，比如分析特定频率的能量等。
s3：计算麦克风或麦克风阵列到待定位的音源的相对距离。
具体的，在识别测试音频信号的波形后，可以得到测试音频信号到达麦克风或麦克风阵列的时间与测试音频信号的起始播放的时间差，接着可以计算该测试音频信号在空气中的传播时间，求出音箱的声场中心到其他麦克风的距离。
s4：求解音箱系统中各个音箱之间的相对距离。
以四个音箱为例，假设音箱分别标记为A、B、C、D等，那A音箱到B音箱的指定麦克风的连线就为A音箱的声场中心到该指定麦克风的距离，根据该距离可以得到A音箱中心到B音箱中心的相对距离，例如可以对A音箱到设置在B音箱指定位置上的两个麦克风的距离求平均值，得到A音箱中心到B音箱中心的相对距离。
本领域普通技术人员可以理解的是，通过对各个音箱进行类似的求解过程，可以得到该音箱系统中的各个音箱之间的两两相对位置关系。进一步的，经过多次测量两两音箱之间的相对距离，可以再利用取均值的方法确定两个音箱的相对距离，得到如AB、AC、BC、AD、BD、CD等等。
一般来说，对音箱系统的各个音箱进行定位以后，根据各个音箱的相对位置关系，可以选取一个音箱作为参考音箱，计算各个音箱在此参考音箱的位置坐标，例如，可以选取距离最接近摆放中心的音箱作为参考音箱。
s5：找出最接近摆放中心的音箱。
通过以上过程得到所述音箱系统的每一个音箱到其他音箱的相对位置关系，此时可以将A音箱到B音箱、C音箱、D音箱等其他音箱的距离累加，存入SumA变量中，依此方法还可以得到SumB、SumC、SumD等距离和。然后通过遍历所有距离和得到距离和的最小值，例如该最小值可以是SumC，其中，该最小值的意义是C音箱距离其余音箱的距离和最小，也就是该音箱最接近摆放位置的“中心”。通过这种方式选取参考音箱这样可以避免环境回声造成的错误匹配。
s6：以C音箱为参考点建立直角坐标系，计算各个音箱的空间位置坐标。
以右手坐标系为例，可以将直角坐标系原点设置在音箱的声场中心，Z轴与扬声器主轴重合。下面给出几种具体求解方法：
第一种方法：由于在C音箱的坐标系中A音箱的麦克风m1、m2、m3等都可以通过位置坐标的形式进行表达，例如用(Xm1，Ym1，Zm1)描述麦克风1在XYZ坐标上的分量。Cm1＝Am1T，Cm1表示m1点在C音箱的坐标系下的表达，Am1T表示在A音箱的坐标系下的m1点(Am1)乘以投影矩阵T，其余的麦克风都可以通过这种方式进行表达例如：Cm2＝Am2T、Cm3＝Am3T等等。根据上述表达式，通过求解方程组就可以求出两个音箱的坐标系之间的转换关系T。利用该转换关系就可以求出A音箱的坐标系与C音箱的坐标系关系，确定A音箱在C坐标系下的三维空间坐标，从而可以求出其他音箱的三维空间坐标。
第二种方法：在四个音箱A、B、C、D和音箱两两间的距离已知的情况下，可以设定以A音箱建立参考坐标系，A音箱的声场中心为原点，B音箱的声场中心在参考坐标系的x轴上，C音箱的声场中心与AB音箱的声场中心可以共同确定一个平面，A音箱的坐标为(0，0，0)，B音箱的坐标为(B，0，0)，其中B指AB音箱之间的距离，C音箱的坐标为(bcos∠BAC,0,-bsin∠BAC)。现在确定ABC三个音箱的坐标求D音箱的坐标的方法是：知道D音箱到A音箱的距离，那么D音箱的位置可以是以原点为中心半径为AD距离的球面上，利用球面公式我们得到D音箱的坐标的方程式中x、y、z为D音箱可能的坐标取值，R1为半径。那么D音箱与B音箱的距离也是已知，那么D音箱可能的位置为以B音箱为圆心BD为半径的球面，得到方程相应的可以得到D音箱相对C音箱的方程为求解方程组就可以得到D点的坐标，相应的可以求出其他音箱的空间坐标。
第三种方法，若音箱系统有A、B、C、D四个音箱，可以将四个音箱作为平面中的4个点，对音箱进行定位得到了两两音箱之间的距离AB、AC、AD、BC、BD和CD。这里分为两种情况进行求解，分别为四个点在同一条直线上和四个点不在同一条直线上。
具体的，在四个点中找到与其他的点不在一条直线上的两个点，比如测试A、B点是否与C点共线，C点在平面上与AB点能存在两种关系即在AB确定的直线上或直线外。如果C点在AB点确定的直线外，ABC将组成一个三角形，利用三角形的三边关系，可以验证ABC是否是三角形。如果确定ABC、ABD都能构成三角形，那么就确定AB点满足条件(与其他点不在同一条直线上)，如果A、B点不满足可以继续搜索A、C点和A、D点(可以使用条件过滤掉已经测试过的)，如果所有点都不满足条件说明所有点都在一条直线上，否则将能得到两个点与其他点不共线。
对于情况一：求坐标(四点共线情况)因为所有点都在一条直线上，设置所有点都在xy组成的平面上，以及所有点都在x轴上，对应的y坐标为0；
①循环比较所有的距离，找出最长的距离(比如得到AD)。
②得到最长的距离确定一个端点为原点，如A点，设置A点的x轴坐标为0。
③取所有点与A点的距离、如AB、AC、AD，根据与A点相对位置关系，可以确定B点坐标为AB的距离，其他点可以以此类推。
对于情况二：求坐标(四点不共线)；
根据上述步骤确定了A、B两点与其他点不共线。
①设置A点坐标(0，0)，B点坐标(AB，0)，得到A点为原点，B点在x轴上的坐标系。
②求C点坐标。根据上面得知C点与A、B点组成三角形，设C点对应的边长为c角度为C(可以理解的是，这里的C不应当理解为C点，C表示为一个角度的标识)，那么根据余弦公式cosC＝(a2+b2-c2)/2ab可求出角度C。根据角度C可得出C点在x和y轴上的投影即x，y坐标为c*cosC和c*sinC。
③重复②确定其他点的坐标。
需要说明的是，通过上述的求解过程是假设在一个确定的直角坐标系中的，另外的情况比从右手坐标系转为左手坐标系(其中一个坐标轴的方向相反)，其结果可能仍然可以满足方程。
具体的，参考图2所示，图2为本发明的一个实施例中的音箱位置示意图，如图所示，假设所述音箱系统包括A、B和C三个音箱，以及得到三个音箱两两之间的距离都是3米的距离，那么得到位置坐标会如图2所示的两种情况。
在这种情况下，这里可以根据实际需要选取坐标轴的方向，达到将音箱系统的坐标轴与实际情况相对应，例如可以根据参考物相对音箱AB是A音箱在左侧、B音箱在右侧等信息进行坐标轴的选取，还可以将在不同坐标系下的音箱位置信息提供给用户自行选择。
s7：使用和解码。
一般而言，在确定了音箱系统各个音箱的位置坐标以后，可以利用定位后的音箱系统播放音频，这里指的音频可以包括电影的音乐等，其中电影的音乐可以具有环绕立体声或更高级的音效。
具体的，可以根据电影或音乐的声道相位、每个音箱的位置坐标以及设定的参考位置，对声道的相位进行调整后播放音频。
使用这样的音箱系统定位技术可以让电影爱好者、发烧友等用户可以随时根据自己的设备情况布置自己的播放环境，比如已有4个音响，还想做成5.1或7.1或更高的声音播放环境，直接装入几个新音箱。而音箱根据计算出的位置关系觉对应输出相应声音型号，并校正相位。
随着科技的进步，具备更大声场的电影、录音、声音渲染技术将会高速发展，播放设备应该允许有更多的扩展方法，能够有更多的相位指向(过去的音响技术包括从单声道，到左右声道(立体声)、前后左右(环绕声)、以后将有更丰富的上下方向)，这个方案可以将多个音箱组成在一个音响系统里，对电影、VR游戏、音乐的会有更强的表现力。
在一个实施例中，本发明还提供一种音源定位系统，参考图3所述，图3为本发明的一个实施例中的音源定位系统的结构示意图，所述音源定位系统可以包括：
音频播放模块102，用于控制待定位的音源播放测试音频信号，记录所述测试音频信号的起始播放时间；
音频采集模块104，用于在预设的至少两个参考点采集音频信号，根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间；
音源定位模块106，用于根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，计算所述音源与各个参考点的相对距离，根据音源与各个参考点的相对距离确定所述音源的位置。
上述音源定位系统，利用音频播放模块102控制待定位的音源播放测试音频信号，通过音频采集模块104采集该测试音频信号，音源定位模块106根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达时间能够确定音源的位置。采用该系统进行音源的定位克服了传统技术对音源定位不准确的问题，达到了准确定位音源的技术效果。
本发明的音源定位系统与本发明的音源定位方法一一对应，在上述音源定位方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于音源定位系统的实施例中，特此声明。
本发明还提供一种音箱系统定位方法，包括如下步骤：
根据如上所述任意一个实施例中的音源定位方法确定音箱系统的两两音箱之间的相对距离；
以第一音箱为坐标原点建立三维空间直角坐标系，根据所述音箱系统的各个音箱之间的相对距离计算其余音箱的三维坐标，确定所述音箱系统的定位位置。
具体的，由于音箱系统可以包括多个音箱，根据如上所述任意一个实施例中的音源定位方法可以得到音箱系统的两两音箱之间的相对距离，由于所述音箱系统可以包括多个音箱，可以以第一音箱作为坐标原点建立三维空间直角坐标系，根据音箱系统的各个音箱之间的相对距离可以计算其余音箱的三维空间坐标，根据各个音箱的三维空间坐标可以确定所述音箱系统的定位位置。
作为实施例，在以第一音箱为坐标原点建立三维空间直角坐标系的步骤后，可以将所述三维空间直角坐标系的第一坐标轴设置在第一音箱与第二音箱的连线上，根据第二音箱与第一音箱的相对距离确定第二音箱的三维坐标；将所述三维空间直角坐标系的第二坐标轴的零刻度平面设置在所述音箱系统的三个音箱所在的平面上，根据第三音箱分别与第一音箱和第二音箱的相对距离设置第三音箱的三维坐标；根据所述音箱系统的其余音箱分别与第一音箱、第二音箱和第三音箱的相对距离，可以建立与所述其余音箱的三维坐标对应的方程组，计算所述方程组得到其余音箱的三维坐标，确定音箱系统的各个音箱的定位位置。
上述音箱系统定位方法，根据各个音箱之间的相对位置能够确定音箱系统中各个音箱的三维空间坐标，从而定位所述音箱系统的位置。
本发明还提供一种音箱系统，参考图4所述，图4为本发明的一个实施例中的音箱系统的结构示意图，所述音箱系统可以包括多个音箱和音箱控制器，各个音箱分别连接所述音箱控制器；
每个音箱设置有音频采集器，用于播放测试音频信号；
所述音频采集器用于采集其他音箱的测试音频信号；
所述音箱控制器配置为执行如上所述的音源定位方法，确定其他音箱的位置，并根据各个音箱对其他音箱的定位位置确定各个音箱的定位位置。
以三个音箱组成的音箱系统为例，音箱系统可以包括第一音箱、第二音箱和第三音箱，每个音箱分别与音箱控制器连接，每个音箱上对应配置有音频采集器，所述音频采集器包括第一音频采集器、第二音频采集器和第三音频采集器，其中，每一个音频采集器可以由至少两个分别设置在不同预设的参考点的音频采集单元组成，所述音箱控制器可以配置为执行如上所述的音源定位方法，依次控制各个音箱播放测试音频信号，可以确定各个音箱的位置，并根据各个音箱对其他音箱的定位位置确定各个音箱的定位位置。
上述音箱系统，利用音频采集器采集通过其他音箱播放的测试音频信号，音箱控制器能够从采集到的音频信号中识别测试音频信号从而确定其他音箱的定位位置，并根据各个音箱对其他音箱的定位位置确定各个音箱的定位位置，达到对音箱系统进行定位的效果。
基于如上所述的示例，在一个实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器执行所述程序时实现如上述各实施方式中的任意一种音源定位方法或音箱系统定位方法。
本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例中的任意一种音源定位方法或音箱系统定位方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性的计算机可读取存储介质中，如本发明实施例中，该程序可存储于计算机系统的存储介质中，并被该计算机系统中的至少一个处理器执行，以实现包括如上述音源定位方法或音箱系统定位方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccess Memory，RAM)等。
上述计算机设备，克服了传统技术对音源定位不准确的问题，实现了对音源或音箱系统进行准确定位。
据此，在一个实施例中还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现如上述各实施方式中的任意一种音源定位方法或音箱系统定位方法。
上述计算机存储介质，其计算机程序克服了传统技术对音源定位不准确的问题，实现了对音源或音箱系统进行准确定位。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种音源定位方法，其特征在于，包括步骤：
控制待定位的音源播放测试音频信号，记录所述测试音频信号的起始播放时间；
在预设的至少两个参考点采集音频信号，根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间；
根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，计算所述音源与各个参考点的相对距离，根据音源与各个参考点的相对距离确定所述音源的位置。
2.根据权利要求1所述的音源定位方法，其特征在于，控制待定位的音源播放测试音频信号的步骤前，还包括：
生成一个初始测试音频信号，获取背景声音信号，并提取所述背景声音信号的频率特征信息；根据所述背景声音信号的频率特征信息从初始音频信号中去除背景声音的频率分量，得到所述测试音频信号；
或
生成一个初始测试音频信号，获取背景声音信号，并提取所述背景声音信号的频率特征信息；以预设的频率间隔在所述初始测试音频信号的频谱中提取多组预选音频信号，将每一组预选音频信号的频率特征与背景声音信号的频率特征进行比较，从预选音频信号中选取测试音频信号。
3.根据权利要求1所述的音源定位方法，其特征在于，所述根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号的步骤包括：
分别从各个参考点采集到的音频信号中提取预设时间范围内的音频信号作为待识别音频信号；
根据所述测试音频信号的特征信息，分别从各个参考点的待识别音频信号中识别所述测试音频信号。
4.根据权利要求3所述的音源定位方法，其特征在于，分别从各个参考点采集到的音频信号中提取预设时间范围内的音频信号作为待识别音频信号的步骤后，还包括：
分别对所述各个参考点的待识别音频信号进行滤波处理。
5.根据权利要求1所述的音源定位方法，其特征在于，所述根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间的步骤包括：
提取所述测试音频信号的时域波形特征，并根据所述时域波形特征生成时域滑动窗口；
利用所述时域滑动窗口将测试音频信号的时域波形特征在所述各个参考点采集到的音频信号的时域波形中进行匹配，在各个参考点识别测试音频信号并得到所述测试音频信号的时间坐标；
根据所述测试音频信号在各个参考点的时间坐标，确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间。
6.根据权利要求1所述的音源定位方法，其特征在于，所述根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间的步骤包括：
将所述测试音频信号进行傅里叶变换，提取所述测试音频信号的频率特征；
将所述测试音频信号的频率特征分别与各个采集点采集到的音频信号的频率特征进行匹配，从各个参考点的音频信号中识别测试音频信号并得到所述测试音频信号的时间坐标；
根据所述测试音频信号在各个参考点的时间坐标，确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间。
7.根据权利要求1所述的音源定位方法，其特征在于，所述控制待定位的音源播放测试音频信号的步骤包括：
控制待定位的音源根据预设的时间间隔多次播放测试音频信号。
8.一种音箱系统定位方法，其特征在于，包括步骤：
根据权利要求1至7任一项所述的音源定位方法确定音箱系统的两两音箱之间的相对距离；
以第一音箱为坐标原点建立三维空间直角坐标系，根据所述音箱系统的各个音箱之间的相对距离计算其余音箱的三维坐标，确定所述音箱系统的定位位置。
9.一种音源定位系统，其特征在于，包括：
音频播放模块，用于控制待定位的音源播放测试音频信号，记录所述测试音频信号的起始播放时间；
音频采集模块，用于在预设的至少两个参考点采集音频信号，根据所述测试音频信号的特征信息，分别在各个参考点采集到的音频信号中识别所述测试音频信号，并确定所述测试音频信号到达各个参考点的到达时间；
音源定位模块，用于根据所述测试音频信号的起始播放时间与到达各个参考点的到达时间的时间差，计算所述音源与各个参考点的相对距离，根据音源与各个参考点的相对距离确定所述音源的位置。
10.一种音箱系统，其特征在于，包括多个音箱和音箱控制器，各个音箱分别连接所述音箱控制器；
每个音箱设置有音频采集器，用于播放测试音频信号；
所述音频采集器用于采集其他音箱的测试音频信号；
所述音箱控制器配置为执行权利要求1至7任一项所述的音源定位方法，确定其他音箱的位置，并根据各个音箱对其他音箱的定位位置确定各个音箱的定位位置。
CN201810273971.1A 2018-03-29 2018-03-29 音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统 Pending CN108387873A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810273971.1A CN108387873A (zh) 2018-03-29 2018-03-29 音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810273971.1A CN108387873A (zh) 2018-03-29 2018-03-29 音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108387873A true CN108387873A (zh) 2018-08-10

Family

ID=63072505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810273971.1A Pending CN108387873A (zh) 2018-03-29 2018-03-29 音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108387873A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111544030A (zh) * 2020-05-20 2020-08-18 京东方科技集团股份有限公司 一种听诊器、诊断装置及诊断方法
CN112312298A (zh) * 2020-11-19 2021-02-02 北京小米松果电子有限公司 音频播放方法及装置、电子设备和存储介质
CN113473348A (zh) * 2021-07-26 2021-10-01 深圳市冠旭电子股份有限公司 扫频音源定位方法、音频设备品质测试方法、系统及设备
CN114280413A (zh) * 2021-11-29 2022-04-05 山东信通电子股份有限公司 一种输电通道异常故障声音的定位方法及设备

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1550790A (zh) * 2003-05-09 2004-12-01 ض� 分布式计算平台上的音频传感器和执行器的三维位置校正
CN101013155A (zh) * 2006-01-06 2007-08-08 安捷伦科技有限公司 声学定位和增强
CN101194536A (zh) * 2005-06-09 2008-06-04 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于确定扬声器之间距离的方法和系统
CN101950013A (zh) * 2009-07-10 2011-01-19 创新科技有限公司 用音频脉冲来定位至少一个声音发生对象或麦克风的方法
CN103335709A (zh) * 2013-06-26 2013-10-02 中山大学 基于指向性声源的声屏障过渡区域绕射衰减室外测量方法
CN104240606A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 京东方科技集团股份有限公司 显示装置及显示装置观看角度的调节方法
CN105210389A (zh) * 2013-03-19 2015-12-30 皇家飞利浦有限公司 用于确定麦克风的位置的方法和装置
CN106507261A (zh) * 2015-09-04 2017-03-15 音乐集团公司 用于在扬声器系统中确定或验证空间关系的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1550790A (zh) * 2003-05-09 2004-12-01 ض� 分布式计算平台上的音频传感器和执行器的三维位置校正
CN101194536A (zh) * 2005-06-09 2008-06-04 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于确定扬声器之间距离的方法和系统
CN101013155A (zh) * 2006-01-06 2007-08-08 安捷伦科技有限公司 声学定位和增强
CN101950013A (zh) * 2009-07-10 2011-01-19 创新科技有限公司 用音频脉冲来定位至少一个声音发生对象或麦克风的方法
CN105210389A (zh) * 2013-03-19 2015-12-30 皇家飞利浦有限公司 用于确定麦克风的位置的方法和装置
CN103335709A (zh) * 2013-06-26 2013-10-02 中山大学 基于指向性声源的声屏障过渡区域绕射衰减室外测量方法
CN104240606A (zh) * 2014-08-22 2014-12-24 京东方科技集团股份有限公司 显示装置及显示装置观看角度的调节方法
CN106507261A (zh) * 2015-09-04 2017-03-15 音乐集团公司 用于在扬声器系统中确定或验证空间关系的方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111544030A (zh) * 2020-05-20 2020-08-18 京东方科技集团股份有限公司 一种听诊器、诊断装置及诊断方法
CN112312298A (zh) * 2020-11-19 2021-02-02 北京小米松果电子有限公司 音频播放方法及装置、电子设备和存储介质
CN113473348A (zh) * 2021-07-26 2021-10-01 深圳市冠旭电子股份有限公司 扫频音源定位方法、音频设备品质测试方法、系统及设备
CN114280413A (zh) * 2021-11-29 2022-04-05 山东信通电子股份有限公司 一种输电通道异常故障声音的定位方法及设备
CN114280413B (zh) * 2021-11-29 2024-02-09 山东信通电子股份有限公司 一种输电通道异常故障声音的定位方法及设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108429998A (zh) 音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统
CN108387873A (zh) 音源定位方法和系统、音箱系统定位方法和音箱系统
US9578439B2 (en) Method, system and article of manufacture for processing spatial audio
CN104170408B (zh) 应用组合的或混合的声场控制策略的方法
US8306236B2 (en) Sound field measuring apparatus and sound field measuring method
CN103621110B (zh) 用于多声道音频的室内特征化和校正
CN101682809B (zh) 声音辨别方法和装置
CN105264915A (zh) 混合控制台、音频信号发生器、用于提供音频信号的方法和计算机程序
WO2005101898A2 (en) A method and system for sound source separation
CN111031463B (zh) 麦克风阵列性能评测方法、装置、设备和介质
Pérez Carrillo et al. Method for measuring violin sound radiation based on bowed glissandi and its application to sound synthesis
US20200217919A1 (en) Sound source distance estimation
Carlo et al. dEchorate: a calibrated room impulse response dataset for echo-aware signal processing
CN110650426A (zh) 麦克风阵列的非线性谐波失真检测方法、装置和存储介质
CN107113496A (zh) 移动设备的环绕声记录
JP2009246827A (ja) 音源及び仮想音源の位置特定装置、方法及びプログラム
CN108781310A (zh) 使用视频的图像来选择要增强的视频的音频流
EP2660815B1 (en) Methods and apparatus for audio processing
JP2004325127A (ja) 音源検出方法、音源分離方法、およびこれらを実施する装置
JP2002159097A (ja) 音場シミュレーション装置および音場シミュレーション方法
JPH10111693A (ja) 音響特性測定用記録媒体、音響特性測定装置及び音響特性測定方法
CN104008753B (zh) 一种信息处理方法和电子设备
CN113257247A (zh) 一种测试方法及系统
CN111885474A (zh) 麦克风测试方法及装置
CN110160633A (zh) 一种多声音区域的音频隔离度检测方法及装置

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180810