CN109495800A - 一种音频动态采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种音频动态采集系统及方法，包括：至少一个拾音器，用于采集多路音频；至少一个无线定位终端，用于获取音源端携带的定位标签的位置信息；音频处理终端，接收并处理多路音频，接收并根据位置信息将多路音频合成为一路音频；音频调整终端，接收音频处理终端合成的一路音频，并接收位置信息，根据预先设置好的动态音频调整方式调整合成的一路音频的增益。本发明优化了室内环境下的非固定音源的音频采集方式，少了因音源位置不固定导致的被采集声音强度不均，采集声音质量不稳定的情况。

Description

一种音频动态采集系统及方法

技术领域

本发明涉及教学音频拾音领域，特别涉及一种音频动态采集系统及方法。

背景技术

在传统的音频采集方式中，拾音矩阵或多个独立拾音器负责采集声音，并分别将多路音频传输至音频处理终端。音频处理终端将多路音频进行处理并合成为一路音频输出至音频调整终端。采用的是将各个拾音器采集到的声音按某一固定比例进行增益处理后合并放大的静态音频处理机制。音源距离拾音器或拾音器的距离与最终拾音音量成反比关系，即，音源距离越远，拾音后的音量越小。

在实际教学录播的过程中，声音源为授课老师和起立回答问题的学生。老师在教室内四处走动；回答问题的学生可能在第一排也可能在最后一排。由此可知，音源在录播教室内的位置具有很强的随机性，并且音源有可能移动。

因此，当教室常态化采集过程中拾音器固定并且音频处理过程为静态时，可能出现以下现象：

音源距离拾音器A近，拾音器A可正常采集声音，其余拾音器也可能采集到声音。混音后，其余拾音器采集到的声音明显低于拾音器A，成为背景噪音。

音源距所有拾音器都很远时，距离音源最近的拾音器采集声音效果不佳，其余拾音器完全无法采集声音。混音后，无法听清音源声音，并且伴有很强的背景噪音或电流音。

基于以上两点原因，导致最终录制效果不佳，声音出现忽大忽小、听不清等情况。因此，需要新的方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种音频动态采集系统，包括：

至少一个拾音器，用于采集多路音频；

至少一个无线定位终端，用于获取音源端携带的定位标签的位置信息；

音频处理终端，接收并处理所述多路音频，接收并根据所述位置信息将所述多路音频合成为一路音频；

音频调整终端，接收所述音频处理终端合成的一路音频，并接收所述位置信息，根据预先设置好的动态音频调整方式调整所述合成的一路音频的增益。

具体地，无线电子标签采用RFID标签或UWB标签。

具体地，当所述拾音器数量大于等于3个且在教室内均匀分布时，所述音频处理终端采用矩阵式拾音器处理机制：

将所述拾音器编号并指定位置；

根据所述拾音器的位置将所在区域分割成小块，并为每个区域指定主要拾音器和辅助拾音器；

根据音频的距离衰减公式得到：当音源端音量大小相同，音源端位于不同位置时，计算各个拾音器接收到的音量大小的距离等高图，并根据第一预设表计算出音源端在不同位置时，每个所述拾音器的采集权重；

将所述无线定位终端采集的无线电子标签的位置信息反馈给所述音频处理终端，所述音频处理终端根据所述采集权重进行音频处理；

计算总音量。

具体地，总音量的计算公式为：

总音量＝音量1×权重1+音量2权重2+音量3×权重3…。

具体地，音频的距离衰减公式为：

接收端能量大小＝发射端能量大小/(4πr²)；

其中，r表示发射端到接收端的距离。

具体地，当所述拾音器的数量为一个或两个时，所述音频处理终端采用定向拾音器处理机制：

根据音频的距离衰减公式，得出所述拾音器的音量大小的距离等高图，并计算出使音量达到指定音量时的第二预设表；

所述无线定位终端采集的无线电子标签的位置信息反馈给所述音频处理终端；

所述音频处理终端控制所述拾音器尽可能靠近音源端，并控制拾音器的定向方向与所述音源端的方向一致；

所述音频处理终端根据所述第二预设表和所述位置信息自动调节音量。

具体地，拾音器、伸缩杆安装在旋转云台上；

所述音频处理终端控制所述伸缩杆的伸缩并控制所述旋转云台的转动；

所述伸缩杆，用于控制所述拾音器移动；

所述旋转云台，用于调整所述拾音器的方向。

具体地，位置信息包括：距离和朝向。

具体地，当音源端携带定位标签靠近后，所述无线定位终端采用定位算法获取定位标签的位置信息，所述无线定位终端包括：无线定标器、无线电子标签、无线阅读器；

所述无线电子标签向外界发送广播包，所述无线定标器检测所述无线电子标签的存在并将定标信息写入所述无线电子标签更新广播包，所述无线阅读器阅读通过所述广播包的信息以确定所述无线电子标签的定位信息。

一种音频动态采集方法，包括如下步骤：

采集多路音频；

获取音源端携带的定位标签的位置信息；

接收并处理所述多路音频，接收并根据所述位置信息将所述多路音频合成为一路音频；

接收所述合成的一路音频，接收所述位置信息，根据预先设置好的动态音频调整方式调整所述合成的一路音频的增益。

本发明的优点在于：本发明以无线定位技术为基础，提出了一种优化教学录播声音采集系统。该系统解决了在教室常态化采集过程中，因音源位置随机性和可移动性导致的音频采集最终音量大小不均的问题。降低因音频输入端过多导致的背景噪音和电流音。本发明引入了频采集的动态处理机制，优化了多路音频输入的情况下的音频处理方式。本发明引入无线定位终端，通过无线定位技术，利用该技术提供的定位信息，最终实现音频采集过程中的动态音频处理过程。此处的无线定位技术是指采用无线电信号进行室内定位的技术。本发明优化了室内环境下的非固定音源的音频采集方式，少了因音源位置不固定导致的被采集声音强度不均，采集声音质量不稳定的情况。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本发明实施方式的音频采集系统图；

附图2示出了根据本发明实施方式的三角定位算法示意图；

附图3示出了根据本发明实施方式的矩阵定位算法示意图；

附图4示出了根据本发明实施方式的无线定标器的定位信息采集流程图；

附图5示出了根据本发明实施方式的音频采集流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本发明的实施方式，提出一种音频动态采集系统，基于无线定位方式的教室常态化音频动态采集系统，如图1所示，包括：至少一个拾音器，用于采集多路音频；至少一个无线定位终端，用于获取音源端携带的定位标签的位置信息；音频处理终端，接收并处理所述多路音频，接收并根据所述位置信息将所述多路音频合成为一路音频；音频调整终端，接收所述音频处理终端合成的一路音频，并接收所述位置信息，根据预先设置好的动态音频调整方式调整所述合成的一路音频的增益。

无线电子标签采用RFID标签或UWB标签。

当所述拾音器数量大于等于3个且在教室内均匀分布时，所述音频处理终端采用矩阵式拾音器处理机制：将所述拾音器编号并指定位置；根据所述所述拾音器的位置将所在区域分割成小块，并为每个区域指定主要拾音器和辅助拾音器；根据音频的距离衰减公式得到：当音源端音量大小相同，音源端位于不同位置时，计算各个拾音器接收到的音量大小的距离等高图，并根据第一预设表计算出音源端在不同位置时，每个所述拾音器的采集权重；所述无线定位终端采集的无线电子标签的位置信息反馈给所述音频处理终端，所述音频处理终端根据所述采集权重进行音频处理；计算总音量。

总音量的计算公式为：

总音量＝音量1×权重1+音量2×权重2+音量3×权重3…。

音频的距离衰减公式为：接收端能量大小＝发射端能量大小/(4πr²)；其中，r表示发射端到接收端的距离。

当所述拾音器的数量为一个或两个时，所述音频处理终端采用定向拾音器处理机制：根据所述音频的距离衰减公式，得出所述拾音器的音量大小的距离等高图，并计算出使音量达到指定音量时的第二预设表；所述无线定位终端采集的无线电子标签的位置信息反馈给所述音频处理终端，位置信息包括：距离和朝向；音频处理终端控制所述拾音器尽可能靠近音源端，并控制拾音器的定向方向与所述音源端的方向一致；所述音频处理终端根据所述第二预设表和所述位置信息自动调节音量。所述音频处理终端控制所述伸缩杆的伸缩并控制所述旋转云台的转动；拾音器、伸缩杆安装在所述旋转云台上；所述伸缩杆，用于控制所述拾音器移动；所述旋转云台，用于调整所述拾音器的方向。

定位算法可用三角定位算法、矩阵定位算法。

其中，三角定位算法，其实现方式为：

音源端携带无线标签，不断向外界发送无线广播包，告知外界自己的身份，在教室内部署多个(大于等于3)无线信号阅读器，每个阅读器都可以读取无线标签中发送的广播包中的信息，包括：标签ID和功率强度。音频处理终端根据读取到的标签ID和功率强度集中采集并根据无线电信号衰减公式转化为距离。如图2所示，最后通过三点定位算法得出设备的具体位置以及朝向。

矩阵定位算法，其实现方式：教室内均匀部署无线定标器，部署一个无线阅读器，音源携带无线标签。无线标签不断向外界发送无线广播包。无线定标器不间断感知周围是否有无线标签存在，当感知到有无线标签存在时，向该无线标签写入自己的定标信息，无线标签收到定标信息后，将定标信息纳入自己发送的无线广播包中，当无线标签进入新的无线定标器范围内，则覆盖定标信息；无线阅读器阅读标签广播包中的信息，包括：标签ID，定标信息。以此来确定无线标签的定位信息。无线定标器的覆盖方式如图3所示，单个无线阅读器覆盖整个房间，无线标签在房间内移动。

当音源端携带定位标签靠近后，无线定位终端采用定位算法获取位置信息，无线定位终端包括：无线定标器、无线电子标签、无线阅读器；无线电子标签向外界发送广播包，无线定标器检测无线电子标签的存在并将定标信息写入无线电子标签更新广播包，无线阅读器阅读通过广播包的信息以确定无线电子标签的定位信息。

无线定标器的定位信息采集流程如图4所示。定位信息采集流程包括三个阶段：无线定标器、无线电子标签、无线阅读器。无线定标器开始工作，不断嗅探周围是否有无线电子标签存在；如果没有检测到无线电子标签，则无线定标器不断嗅探周围是否有无线电子标签存在；如果检测到无线电子标签，则将自身携带的定标信息写入无线电子标签；结束。无线电子标签开始工作，向外发送广播包，告知外界自己的信息，广播包包括：标签ID、旧的定标信息；无线电子标签开始移动，进入到无线定标器范围，使得无线定标器能够检测到无线电子标签，将自身携带的位置信息写入无线电子标签，向外界发送新的广播包，新的广播包包括：标签ID、新的定标信息，结束工作。无线阅读器开始工作，采集无线电子标签发送的广播包，采集标签ID、旧的定标信息；然后采集无线电子标签发送的新的广播包，采集标签ID、新的定标信息，结束工作。

基于无线定位方式的教室常态化音频动态采集方法，如图5所示，包括如下步骤：

采集多路音频；获取音源端携带的定位标签的位置信息；接收并处理多路音频，接收并根据位置信息将多路音频合成为一路音频；接收所述合成的一路音频，接收所述位置信息，根据预先设置好的动态音频调整方式调整所述合成的一路音频的增益。

本发明以无线定位技术为基础，提出了一种优化教学录播声音采集系统。该系统解决了在教室常态化采集过程中，因音源位置随机性和可移动性导致的音频采集最终音量大小不均的问题。降低因音频输入端过多导致的背景噪音和电流音。本发明引入了频采集的动态处理机制，优化了多路音频输入的情况下的音频处理方式。本发明引入无线定位终端，通过无线定位技术，利用该技术提供的定位信息，最终实现音频采集过程中的动态音频处理过程。此处的无线定位技术是指采用无线电信号进行室内定位的技术。本发明优化了室内环境下的非固定音源的音频采集方式，少了因音源位置不固定导致的被采集声音强度不均，采集声音质量不稳定的情况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种音频动态采集系统，其特征在于，包括：

至少一个拾音器，用于采集多路音频；

至少一个无线定位终端，用于获取音源端携带的定位标签的位置信息；

音频处理终端，接收并处理所述多路音频，接收并根据所述位置信息将所述多路音频合成为一路音频；

音频调整终端，接收所述音频处理终端合成的一路音频，并接收所述位置信息，根据预先设置好的动态音频调整方式调整所述合成的一路音频的增益。

2.如权利要求1所述的采集系统，其特征在于，所述无线电子标签采用RFID标签或UWB标签。

3.如权利要求1所述的采集系统，其特征在于，当所述拾音器数量大于等于3个且在教室内均匀分布时，所述音频处理终端采用矩阵式拾音器处理机制：

将所述拾音器编号并指定位置；

根据所述拾音器的位置将所在区域分割成小块，并为每个区域指定主要拾音器和辅助拾音器；

根据音频的距离衰减公式得到：当音源端音量大小相同，音源端位于不同位置时，计算各个拾音器接收到的音量大小的距离等高图，并根据第一预设表计算出音源端在不同位置时，每个所述拾音器的采集权重；

将所述无线定位终端采集的无线电子标签的位置信息反馈给所述音频处理终端，所述音频处理终端根据所述采集权重进行音频处理；

计算总音量。

4.如权利要求3所述的采集系统，其特征在于，

总音量的计算公式为：

总音量＝音量1×权重1+音量2权重2+音量3×权重3…。

5.如权利要求4所述的采集系统，其特征在于，所述音频的距离衰减公式为：

接收端能量大小＝发射端能量大小/(4πr²)；

其中，r表示发射端到接收端的距离。

6.如权利要求1所述的采集系统，其特征在于，当所述拾音器的数量为一个或两个时，所述音频处理终端采用定向拾音器处理机制：

根据音频的距离衰减公式，得出所述拾音器的音量大小的距离等高图，并计算出使音量达到指定音量时的第二预设表；

所述无线定位终端采集的无线电子标签的位置信息反馈给所述音频处理终端；

所述音频处理终端控制所述拾音器尽可能靠近音源端，并控制拾音器的定向方向与所述音源端的方向一致；

所述音频处理终端根据所述第二预设表和所述位置信息自动调节音量。

7.如权利要求6述的采集系统，其特征在于，拾音器、伸缩杆安装在旋转云台上；

所述音频处理终端控制所述伸缩杆的伸缩并控制所述旋转云台的转动；

所述伸缩杆，用于控制所述拾音器移动；

所述旋转云台，用于调整所述拾音器的方向。

8.如权利要求7所述的采集系统，其特征在于，所述位置信息包括：距离和朝向。

9.如权利要求1所述的采集系统，其特征在于，当音源端携带定位标签靠近后，所述无线定位终端采用定位算法获取定位标签的位置信息，所述无线定位终端包括：无线定标器、无线电子标签、无线阅读器；

所述无线电子标签向外界发送广播包，所述无线定标器检测所述无线电子标签的存在并将定标信息写入所述无线电子标签更新广播包，所述无线阅读器阅读通过所述广播包的信息以确定所述无线电子标签的定位信息。

10.一种音频动态采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集多路音频；

获取音源端携带的定位标签的位置信息；

接收并处理所述多路音频，接收并根据所述位置信息将所述多路音频合成为一路音频；

接收所述合成的一路音频，接收所述位置信息，根据预先设置好的动态音频调整方式调整所述合成的一路音频的增益。