CN108650593A - 一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法 - Google Patents

一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法包括：在等边三角形的三个角部阵列第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风；由第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风采集的信号虚拟出虚拟麦克风信号，并做延时相减得到心形指向的虚拟指向性麦克风信号，三路虚拟麦克风信号进行信号质量评比检测，选取信号质量高的一路作为输出信号。本发明在保证环境噪声、混响和回声较好抑制的效果上，降低近端语音信号在回声残留抑制过程中的损失，在通话距离较远的情况下仍然能够拾取清晰的语音信号。

Description

一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法
技术领域
本发明涉及电话会议通信技术领域，特别涉及一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法。
背景技术
随着经济社会的发展，企业在多地开办分公司越来越普遍，对于企业分公司之间开会经常要进行异地沟通，相应的便携式电话会议系统的需求越来越多，使不同地点的员工可以随时随地进行沟通。
现有技术中，有线电话会议系统携带不方便，局限在办公场所；无线电话会议系统通常使用指向性麦克拾取会议讲话的声音信号，然而指向性麦克需要通话距离较近，系统功耗较高，而且指向性麦克风价格昂贵。在会议过程中，进行远场拾音(讲话者距离拾音系统较远，例如5米)时，一个会议场所内讲话者语音信号(近端通话)在回声残留抑制过程中损失，拾音系统难以拾取较为清晰的语音信号，使进行电话会议的其他会议场所(远端通话)的接收到的语音较差。
因此，为了解决上述问题，需要一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，所述方法包括：
在等边三角形的三个角部阵列第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风；
由第二全向麦克风和第三全向麦克风采集的信号虚拟出第一虚拟麦克风信号；所述第一全向麦克风采集的信号与所述第一虚拟麦克风信号做延时相减得到心形指向的第一虚拟指向性麦克风信号；
由第一全向麦克风和第三全向麦克风采集的信号虚拟出第二虚拟麦克风信号；所述第二全向麦克风采集的信号与所述第二虚拟麦克风信号做延时相减得到心形指向的第二虚拟指向性麦克风信号；
由第一全向麦克风和第二全向麦克风采集的信号虚拟出第三虚拟麦克风信号；所述第三全向麦克风采集的信号与所述第三虚拟麦克风信号做延时相减得到心形指向的第三虚拟指向性麦克风信号；
所述第一虚拟指向性麦克风信号、第二虚拟指向性麦克风信号和第三虚拟指向性麦克风信号进行信号质量评比检测，选取信号质量高的一路作为输出信号。
优选地，通过如下方法虚拟出所述第一虚拟麦克风信号、第二虚拟麦克风信号和第三虚拟麦克风信号：
所述第一虚拟麦克风信号＝(第二全向麦克风信号数据+第三全向麦克风信号数据)/2；
所述第二虚拟麦克风信号＝(第一全向麦克风信号数据+第三全向麦克风信号数据)/2；
所述第三虚拟麦克风信号＝(第一全向麦克风信号数据+第二全向麦克风信号数据)/2。
优选地，通过如下延时相减方法得到所述第一虚拟指向性麦克风信号、第二虚拟指向性麦克风信号和第三虚拟指向性麦克风信号：
所述第一虚拟指向性麦克风信号＝某一时刻第一全向麦克风采集的信号减去延迟后的第一虚拟麦克风信号；
所述第二虚拟指向性麦克风信号＝某一时刻第二全向麦克风采集的信号减去延迟后的第二虚拟麦克风信号；
所述第三虚拟指向性麦克风信号＝某一时刻第三全向麦克风采集的信号减去延迟后的第三虚拟麦克风信号。
优选地，所述第一虚拟指向性麦克风信号、第二虚拟指向性麦克风信号和第三虚拟指向性麦克风信号进行信号质量评比检测前，分别进行滤波补偿。
优选地，所述第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风采集的信号通过下行通路的回声参考信号进行自适应回声消除。
优选地，所述第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风采集的信号经过自适应回声消除后做波束成形处理。
优选地，所述输出信号依次进行残留回声抑制、后置过滤和混响处理。
优选地，在所述等边三角形外接圆的圆心布置扬声器，使所述扬声器与所述第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风的距离相等。
本发明提供的一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，三个全向麦克虚拟出三个虚拟指向性麦克风信号，降低了电话会议系统的成本。本发明蓝牙进行数据传输，使系统具有便携性。
本发明提供的一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，将扬声器置于三个麦克风阵列的中心位置，只需要做一路回声估计，从而降低了系统运算量，和计算复杂度，进而降低了系统功耗。
本发明提供的一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，针对扬声器本身低频失真较多，导致回声残留大，谐波分量较大，非线性处理后近端语音损失大的缺点，对下行语音做高通滤波，降低回声残留，降低近端语音信号在回声残留抑制过程中的损失，进而实现在远场拾音(通话距离较远，可达到5米及以上)的情况下仍然能够拾取清晰的语音信号。
本发明在保证环境噪声、混响和回声较好抑制的效果上，降低近端语音信号在回声残留抑制过程中的损失，在通话距离较远的情况下仍然能够拾取清晰的语音信号。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明三麦克阵列的示意图。
图2示出了本发明用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法的流程框图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例，相关技术术语应当是本领域技术人员所熟知的。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。
在进行电话会议时，一个会议室内进行会议讲话(近端)通过拾音系统拾取讲话语音信号，传输到另一个会议室内(远端)。然而在远端的讲话声音通过近端的扬声器播放后被近端的麦克风拾取，回传到远端。因此现有技术中需要对回声进行消除和回声残留抑制，然而对于远场拾音(同一个会议室内讲话者距离麦克风距离较远，例如5米)时，由于回声残留抑制造成同一会议室内讲话者语音信号的损失，在通话距离较远的远程拾音的情况下难以拾取清晰的语音信号。为此本发明提供一种能够保证远场拾音时，清晰的拾取近端讲话者语音信号的用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法。
根据本发明的实施例，提供一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，本发明的远场拾音方法通过阵列三个麦克风进行拾音。如图1所示本发明三麦克阵列的示意图，在等边三角形a的三个角部阵列三个全向麦克风，分别为第一全向麦克风101、第二全向麦克风102和第三全向麦克风103。通过三个全向麦克风采集的语音信号虚拟出三个虚拟麦克风信号，即：第一虚拟麦克风信号101’、第二虚拟麦克风信号102’和第三虚拟麦克风信号103’，进而得到三个虚拟指向性麦克风信号，即：第一虚拟指向性麦克风信号101”、第二虚拟指向性麦克风信号102”和第三虚拟指向性麦克风信号103”。通过三个虚拟指向性麦克风信号进行质量评比检测(例如通过降噪后评估信噪比)，选出信号质量最高的一路作为输出信号，对输出信号进行残留回声抑制，从而提高近端远场拾音的清晰程度。
下面对本发明提供的一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，包括如下步骤：
S101、三麦克信号数据输入，建立三麦克风阵列，在等边三角形的三个角部阵列第一全向麦克风101、第二全向麦克风102和第三全向麦克风103。第一全向麦克风101、第二全向麦克风102和第三全向麦克风103采集近端会议场所内的语音信号，将采集的信号数据输入至计算芯片。
S102、自适应回声消除，第一全向麦克风101、第二全向麦克风102和第三全向麦克风103采集的语音信号通过下行通路的回声参考信号进行自适应回声消除。
S103、波速成形处理，第一全向麦克风101、第二全向麦克风102和第三全向麦克风103采集的信号经过自适应回声消除后做波束成形处理。
应当理解上述的自适应回声消除和波束成形处理为本领域技术人员所能想到的任何方式均可以，本发明不做具体限定。
S104、虚拟出虚拟麦克风信号，根据本发明的实施例，由第二全向麦克风102和第三全向麦克风103采集的信号虚拟出第一虚拟麦克风信号101’。具体为：第一虚拟麦克风信号＝(第二全向麦克风信号数据+第三全向麦克风信号数据)/2。本实施例中通过如下算法实现：
实施例中，以讲话者针对第一全向麦克风101为例，在会议讲话过程中，在t时刻第一全向麦克风101、第二全向麦克风102和第三全向麦克风103分别采集的信号数据为：
mic1(t)＝S(t)+I(t－t’)，
mic2(t)＝S(t-t”)+I(t)，
mic3(t)＝S(t-t”)+I(t)，
其中，
mic1(t)为第一全向麦克风101采集的第一全向麦克风信号数据，mic2(t)为第二全向麦克风102采集的t时刻的第二全向麦克风信号数据，mic3(t)为第三全向麦克风103采集的t时刻的第三全向麦克风信号数据。S(t)为会议讲话者的语音信号，I(t)为干扰信号，t为第一全向麦克风101采集干扰信号的延迟时间，t”为第二全向麦克风102采集语音信号的延迟时间，以及第三全向麦克风103采集语音信号的延迟时间。t’＝3/2×R/340，t”＝sqrt(3)×R/340，R为阵列三麦克的等边三角形的外接圆b的半径。
mic10(t)＝(mic2(t)+mic3(t))/2，其中mic10(t)为t时刻的第一虚拟麦克风信号101’，mic2(t)为第二全向麦克风102采集的t时刻的第二全向麦克风信号数据，mic3(t)为第三全向麦克风103采集的t时刻的第三全向麦克风信号数据。
同样地，由第一全向麦克风101和第三全向麦克风103采集的信号虚拟出第二虚拟麦克风信号102’。具体为：第二虚拟麦克风信号＝(第一全向麦克风信号数据+第三全向麦克风信号数据)/2。本实施例中通过如下算法实现：
mic20(t)＝(mic1(t)+mic3(t))/2，其中mic20(t)为t时刻的第二虚拟麦克风信号102’，mic1(t)为第一全向麦克风101采集的t时刻的第一全向麦克风信号数据，mic3(t)为第三全向麦克风103采集的t时刻的第三全向麦克风信号数据。
由第一全向麦克风101和第二全向麦克风102采集的信号虚拟出第三虚拟麦克风信号103’。具体为：第三虚拟麦克风信号＝(第一全向麦克风信号数据+第二全向麦克风信号数据)/2。本实施例中通过如下算法实现：
mic30(t)＝(mic1(t)+mic2(t))/2，其中mic30(t)为t时刻的第三虚拟麦克风信号103’，mic1(t)为第一全向麦克风101采集的t时刻的第一全向麦克风信号数据，mic2(t)为第二全向麦克风102采集的t时刻的第二全向麦克风信号数据。
S105、得到三路虚拟指向性麦克风信号，并对三路虚拟指向性麦克风信号进行质量评比检测。根据本发明的实施例，第一全向麦克风101采集的信号与第一虚拟麦克风信号101’做延时相减得到心形指向的第一虚拟指向性麦克风信号101”。具体为：
第一虚拟指向性麦克风信号＝某一时刻第一全向麦克风采集的信号减去延迟后的第一虚拟麦克风信号。本实施例中通过如下算法实现：
mic100(t)＝mic1(t)-mic10(t-t’)，其中，mic100(t)为t时刻的第一虚拟指向性麦克风信号101”，mic1(t)为第一全向麦克风101采集的第一全向麦克风信号数据，mic10(t-t’)为延迟t’后的第一虚拟麦克风信号101’。
第二全向麦克风102采集的信号与第二虚拟麦克风信号102’做延时相减得到心形指向的第二虚拟指向性麦克风信号102”。具体为：
第二虚拟指向性麦克风信号＝某一时刻第二全向麦克风采集的信号减去延迟后的第二虚拟麦克风信号。本实施例中通过如下算法实现：
mic200(t)＝mic2(t)-mic20(t-t’)，其中，mic200(t)为t时刻的第二虚拟指向性麦克风信号102”，mic2(t)为第二全向麦克风102采集的第二全向麦克风信号数据，mic20(t-t’)为延迟t’后的第二虚拟麦克风信号102’。
第三全向麦克风采集的信号与第三虚拟麦克风信号做延时相减得到心形指向的第三虚拟指向性麦克风信号。具体为：
所述第三虚拟指向性麦克风信号＝某一时刻第三全向麦克风采集的信号减去延迟后的第三虚拟麦克风信号。本实施例中通过如下算法实现：
mic300(t)＝mic3(t)-mic30(t-t’)，其中，mic300(t)为t时刻的第三虚拟指向性麦克风信号103”，mic3(t)为第三全向麦克风103采集的第三全向麦克风信号数据，mic30(t-t’)为延迟t’后的第三虚拟麦克风信号102’。
经过上述过程，得到三路心形指向的虚拟指向性麦克风信号，即：第一虚拟指向性麦克风信号101”、第二虚拟指向性麦克风信号102”和第三虚拟指向性麦克风信号103”。
第一虚拟指向性麦克风信号、第二虚拟指向性麦克风信号和第三虚拟指向性麦克风信号进行信号质量评比检测，选取信号质量高的一路作为输出信号。本实施例中，第一虚拟指向性麦克风信号101”、第二虚拟指向性麦克风信号102”和第三虚拟指向性麦克风信号103”进行信号质量评比检测前，分别进行滤波补偿。
S106、经过上述由三路虚拟指向性麦克风信号选出的输出信号，依次进行残留回声抑制、后置过滤和混响处理。
S107、经过步骤S1056处理后，将信号通过蓝牙协议发送至上行通路，供远端扬声器播放。
根据本发明的实施例，在电话会议时，在等边三角形外接圆的圆心布置扬声器104，使扬声器104与第一全向麦克风101、第二全向麦克风102和第三全向麦克风103的距离相等。通话过程中第一全向麦克风101、第二全向麦克风102和第三全向麦克风103接收到的回声信号是相同的，只对其中一路的回声信号进行自适应回声估计，其余两路复用该路的回声估计结果，进行回声消除，减少了运算量并降低系统功耗。
本发明提供的一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，三个全向麦克虚拟出三个虚拟指向性麦克风信号，降低了电话会议系统的成本。本发明蓝牙进行数据传输，使系统具有便携性。
本发明提供的一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，将扬声器置于三个麦克风阵列的中心位置，只需要做一路回声估计，从而降低了系统运算量，和计算复杂度，进而降低了系统功耗。
本发明提供的一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，针对扬声器本身低频失真较多，导致回声残留大，谐波分量较大，非线性处理后近端语音损失大的缺点，对下行语音做高通滤波，降低回声残留，降低近端语音信号在回声残留抑制过程中的损失，进而实现在远场拾音(通话距离较远，可达到5米及以上)的情况下仍然能够拾取清晰的语音信号。
本发明在保证环境噪声、混响和回声较好抑制的效果上，降低近端语音信号在回声残留抑制过程中的损失，在通话距离较远的情况下仍然能够拾取清晰的语音信号。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种用于电话会议的三麦克阵列远场拾音方法，其特征在于，所述方法包括：
在等边三角形的三个角部阵列第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风；
由第二全向麦克风和第三全向麦克风采集的信号虚拟出第一虚拟麦克风信号；所述第一全向麦克风采集的信号与所述第一虚拟麦克风信号做延时相减得到心形指向的第一虚拟指向性麦克风信号；
由第一全向麦克风和第三全向麦克风采集的信号虚拟出第二虚拟麦克风信号；所述第二全向麦克风采集的信号与所述第二虚拟麦克风信号做延时相减得到心形指向的第二虚拟指向性麦克风信号；
由第一全向麦克风和第二全向麦克风采集的信号虚拟出第三虚拟麦克风信号；所述第三全向麦克风采集的信号与所述第三虚拟麦克风信号做延时相减得到心形指向的第三虚拟指向性麦克风信号；
所述第一虚拟指向性麦克风信号、第二虚拟指向性麦克风信号和第三虚拟指向性麦克风信号进行信号质量评比检测，选取信号质量高的一路作为输出信号。
2.根据权利要求1所述的拾音方法，其特征在于，通过如下方法虚拟出所述第一虚拟麦克风信号、第二虚拟麦克风信号和第三虚拟麦克风信号：
所述第一虚拟麦克风信号＝(第二全向麦克风信号数据+第三全向麦克风信号数据)/2；
所述第二虚拟麦克风信号＝(第一全向麦克风信号数据+第三全向麦克风信号数据)/2；
所述第三虚拟麦克风信号＝(第一全向麦克风信号数据+第二全向麦克风信号数据)/2。
3.根据权利要求1所述的拾音方法，其特征在于，通过如下延时相减方法得到所述第一虚拟指向性麦克风信号、第二虚拟指向性麦克风信号和第三虚拟指向性麦克风信号：
所述第一虚拟指向性麦克风信号＝某一时刻第一全向麦克风采集的信号减去延迟后的第一虚拟麦克风信号；
所述第二虚拟指向性麦克风信号＝某一时刻第二全向麦克风采集的信号减去延迟后的第二虚拟麦克风信号；
所述第三虚拟指向性麦克风信号＝某一时刻第三全向麦克风采集的信号减去延迟后的第三虚拟麦克风信号。
4.根据权利要求1或3所述的拾音方法，其特征在于，所述第一虚拟指向性麦克风信号、第二虚拟指向性麦克风信号和第三虚拟指向性麦克风信号进行信号质量评比检测前，分别进行滤波补偿。
5.根据权利要求1所述的拾音方法，其特征在于，所述第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风采集的信号通过下行通路的回声参考信号进行自适应回声消除。
6.根据权利要求5所述的拾音方法，其特征在于，所述第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风采集的信号经过自适应回声消除后做波束成形处理。
7.根据权利要求1所述的拾音方法，其特征在于，所述输出信号依次进行残留回声抑制、后置过滤和混响处理。
8.根据权利要求1所述的拾音方法，其特征在于，在所述等边三角形外接圆的圆心布置扬声器，使所述扬声器与所述第一全向麦克风、第二全向麦克风和第三全向麦克风的距离相等。
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