CN110099328A - 一种智能音箱 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种智能音箱，包括扬声器(16)及一组麦克风阵列(11)，麦克风阵列包括三支麦克风，三支麦克风在一个水平面上均匀排列，采用了特定的主麦克风选择算法确定出主麦克风，从而实现更好的降噪效果，大大提升对用户语音的采集精度及效果。
Description
技术领域
本发明属于声频领域，特别涉及一种智能音箱。
背景技术
随着移动互联网技术及近场通信技术的发展，智能音箱越来越受到人们的青睐，智能音箱可与手机等移动终端进行互联，不但能重放来自于移动终端的声音信号，而且还能够接收用户的语音，既可以根据用户语音指令来执行相应的操作，例如根据用户指令选择相应的曲目进行播放，或是播报天气预报、新闻等，也可以传送用户语音进行语音通讯。但是现有技术中的智能音箱往往只使用一个内置的全指向性麦克风进行声音采集，不能对语音有针对性、方向性的采集，从而造成指令识别度不高或是语音不清晰；现有技术中也出现了采用双麦克风进行降噪的智能音箱产品，但是这种产品不能自适应的识别有用声源位置，在有些位置往往不能达到较好的降噪效果。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种智能音箱，通过在音箱上设置麦克风阵列，并采用本发明特定的主麦克风选择算法确定出主麦克风，从而实现更好的降噪效果，大大提升对用户语音的采集精度及效果。
提出一种智能音箱，包括扬声器及一组麦克风阵列，麦克风阵列包括三支麦克风，三支麦克风在一个水平面上均匀排列，特征在于，当麦克风处于工作状态时，其各自采集的包含有用户语音的信号经声电转换后进入到智能信号源处理模块，智能信号源处理模块根据计算出的各麦克风拾取信号强度的均方根RMS值并进行相互比较后选择出主麦克风，确定出主麦克风后，再利用其余两个麦克风拾取的信号，对主麦克风拾取的信号进行外界噪声消除，得到降噪后的单通道用户语音信号；在得到降噪后的语音信号后，智能信号源处理模块将降噪后的该单通道语音信号输出至自适应回声消除模块，该自适应回声消除模块同时基于来自扬声器处理模块的扬声器信号用于消除由麦克风采集到的由扬声器发出的声信号；经过了回声消除的语音信号进一步由自适应回声消除模块发送至后期处理模块，该后期处理模块用于对单通道的语音信号进一步进行处理，经过后期处理模块处理后的语音信号进一步被发送至信号收发模块，信号收发模块将语音信号通过有线或无线链路发送至移动终端，并由移动终端进行后续处理。
其中，所述的麦克风阵列中的每一支麦克风均为心形指向性。
其中，在音箱不使用时，三支麦克风竖直并拢在一起，当要使用音箱的拾音功能时，则将三支麦克风张开到基本水平位置用于拾取外界声音信号，三支麦克风间两两夹角为120度；或者，当音箱不使用时，三支麦克风向中间以音头对音头的方式折叠到一起，当要使用音箱的拾音功能时，则将三支麦克风向外侧张开成基本水平位置以用于拾取外界声音信号，三支麦克风间两两夹角为120度；再或者传声器阵列使用三只微型麦克风，将该三只微型麦克风设置于箱体内，三者间两两夹角保持120度。
其中，智能信号源处理模块根据计算出的各麦克风拾取信号强度的均方根RMS值并进行相互比较后选择出主麦克风，具体为，信号源处理模块首先随机指定三个麦克风中的一个为主麦克风，接着分别对三个麦克风信号的强度例如声压进行采样并进行均方根RMS值计算，如果当前麦克风是主麦克风而且RMS值大于其他两个麦克风，那么主麦克风不变还是当前的麦克风，而如果当前麦克风不是主麦克风，但其RMS值大于其他两个麦克风，则使用计数器进行发生该情况次数的计数，如果连续几次计算比较后其RMS值依然大于其他两个，使得发生这种情况的计数次数超过预设的阈值，那么就把主麦克风设置为当前的这个麦克风，否则，如果在计数期间发生了其他麦克风的RMS值大于了当前的这个麦克风的情况，则重新进行计数。
其中，后期处理模块对单通道的语音信号进一步的处理包括单通道语音噪声抑制、增益控制。
其中，移动终端进行的后续处理包括本地录音、语音识别、上传至移动网络。
其中，移动终端可将本地存储的或是来自于移动网络的声信号通过所述的有线或无线链路发送至智能音箱的信号收发模块，该信号收发模块将声信号转发至扬声器处理模块，扬声器处理模块对声信号进行处理后一路发送至自适应回声消除模块用于回声消除，一路发送至扬声器进行重放，其中，扬声器处理模块对声信号进行的处理包括增益控制、均衡。
附图说明
图1A、1B为本发明的智能音箱的麦克风阵列的两种折叠-张开实现方式示意图
图2为本发明的智能音箱的内部结构框图
具体实施方式
附图1A、1B示出了本发明的智能音箱的两种实现方式示意图。智能音箱具有箱体，箱体上部具有由三支麦克风组成的麦克风阵列11，其中每一支麦克风均为心形指向性，图1A示出了麦克风阵列的一种形式，在音箱不使用时，三支麦克风竖直并拢在一起，当要使用音箱的拾音功能时，则将三支麦克风张开到基本水平位置用于拾取外界声音信号，三支麦克风间两两夹角为120度；图1B示出了麦克风阵列的另一种形式，当音箱不使用时，三支麦克风向中间以音头对音头的方式折叠到一起，当要使用音箱的拾音功能时，则将三支麦克风向外侧张开成基本水平位置以用于拾取外界声音信号，三支麦克风间两两夹角为120度。当然，并不限于上述这两种传声器阵列的折叠-张开实现方式，也可以采用三只微型麦克风例如驻极体咪头直接设置于箱体内部，三者间两两夹角依然保持120度。
附图2示出了本发明的智能音箱1的内部结构框图。该音箱1包括由三支麦克风组成的麦克风阵列11，当三支麦克风处于工作状态时，即如附图1A-1B所示的当三支麦克风展开后，其各自采集的包含有用户语音的信号经声电转换后进入到智能信号源处理模块12，智能信号源处理模块12采用主麦克风选择算法选择出主麦克风，确定出主麦克风后，再利用其余两个麦克风拾取的信号，对主麦克风拾取的信号进行外界噪声消除，以得到更纯净的单通道的用户语音信号，具体的噪声消除方法属于本领域的现有技术，例如使用信号差分放大的方法从主麦克风的信号中将外界噪声消除，此处不再赘述。而对于主麦克风选择算法，具体为，信号源处理模块12首先随机指定三个麦克风中的一个为主麦克风，接着分别对三个麦克风信号的强度例如声压进行采样并进行均方根RMS值计算，如果当前麦克风是主麦克风而且RMS值大于其他两个麦克风，那么主麦克风不变还是当前的麦克风，而如果当前麦克风不是主麦克风，但其RMS值大于其他两个麦克风，则使用计数器进行发生该情况次数的计数，如果连续几次计算比较后其RMS值依然大于其他两个，使得发生这种情况的计数次数超过预设的阈值，那么就把主麦克风设置为当前的这个麦克风，否则，如果在计数期间发生了其他麦克风的RMS值大于了当前的这个麦克风的情况，则重新进行计数。由此，实现了自适应的主麦克风选择，从而显著提升了后续的降噪效果。
在得到降噪后的语音信号后，智能信号源处理模块12将降噪后的单通道语音信号输出至自适应回声消除模块13，该自适应回声消除模块13同时基于来自扬声器处理模块16的扬声器信号用于消除由麦克风采集到的由扬声器16发出的声信号，以避免产生不期望的回声，具体的实现方法属于本领域的公知技术，例如采用对信号进行延时再相减的方法将回声消除，此处不再赘述。经过了回声消除的语音信号进一步由自适应回声消除模块13发送至后期处理模块14，该后期处理模块14用于对单通道的语音信号进一步进行处理，处理包括但不限于单通道语音噪声抑制、增益控制等，这些处理方式均属于现有技术，不再赘述，经过后期处理模块14处理后的语音信号进一步被发送至信号收发模块15，信号收发模块15将语音信号通过有线或无线链路发送至移动终端2，并由移动终端2进行后续处理，所述的后续处理包括但不限于本地录音、语音识别、上传至移动网络等。
同时，移动终端2也可将本地存储的或是来自于移动网络的声信号通过上述的有线或无线链路发送至智能音箱1的信号收发模块15，该信号收发模块15将声信号转发至扬声器处理模块16，扬声器处理模块16对声信号进行处理后一路发送至自适应回声消除模块13用于回声消除，一路发送至扬声器16进行重放，所述处理包括但不限于增益控制、均衡等。
使用本发明的智能音箱，大大提升了用户语音采集的清晰度，不但有助于语音识别的精确度，也显著提升了语音通讯的效果，即使用户移动着讲话，也可以进行精确的捕捉。
Claims (10)
1.一种智能音箱，包括扬声器(16)及一组麦克风阵列(11)，麦克风阵列包括三支麦克风，三支麦克风在一个水平面上均匀排列，特征在于，当麦克风处于工作状态时，其各自采集的包含有用户语音的信号经声电转换后进入到智能信号源处理模块(12)，智能信号源处理模块(12)根据计算出的各麦克风拾取信号强度的均方根RMS值并进行相互比较后选择出主麦克风，确定出主麦克风后，再利用其余两个麦克风拾取的信号，对主麦克风拾取的信号进行外界噪声消除，得到降噪后的单通道用户语音信号；在得到降噪后的语音信号后，智能信号源处理模块(12)将降噪后的该单通道语音信号输出至自适应回声消除模块(13)，该自适应回声消除模块(13)同时基于来自扬声器处理模块(16)的扬声器信号用于消除由麦克风采集到的由扬声器(16)发出的声信号；经过了回声消除的语音信号进一步由自适应回声消除模块(13)发送至后期处理模块(14)，该后期处理模块(14)用于对单通道的语音信号进一步进行处理，经过后期处理模块(14)处理后的语音信号进一步被发送至信号收发模块(15)，信号收发模块(15)将语音信号通过有线或无线链路发送至移动终端(2)，并由移动终端(2)进行后续处理。
2.如权利要求1所述的一种智能音箱，特征在于，所述的麦克风阵列(11)中的每一支麦克风均为心形指向性。
3.如权利要求2所述的一种智能音箱，特征在于，在音箱不使用时，三支麦克风竖直并拢在一起，当要使用音箱的拾音功能时，则将三支麦克风张开到基本水平位置用于拾取外界声音信号，三支麦克风间两两夹角为120度。
4.如权利要求2所述的一种智能音箱，特征在于，当音箱不使用时，三支麦克风向中间以音头对音头的方式折叠到一起，当要使用音箱的拾音功能时，则将三支麦克风向外侧张开成基本水平位置以用于拾取外界声音信号，三支麦克风间两两夹角为120度。
5.如权利要求2所述的一种智能音箱，特征在于，传声器阵列(11)使用三只微型麦克风，将该三只微型麦克风设置于箱体内，三者间两两夹角保持120度。
6.如权利要求1-5之一所述的一种智能音箱，特征在于，智能信号源处理模块(12)根据计算出的各麦克风拾取信号强度的均方根RMS值并进行相互比较后选择出主麦克风，具体为，信号源处理模块(12)首先随机指定三个麦克风中的一个为主麦克风，接着分别对三个麦克风信号的强度进行采样并进行均方根RMS值计算，如果当前麦克风是主麦克风而且RMS值大于其他两个麦克风，那么主麦克风不变还是当前的麦克风，而如果当前麦克风不是主麦克风，但其RMS值大于其他两个麦克风，则使用计数器进行发生该情况次数的计数，如果连续几次计算比较后其RMS值依然大于其他两个，使得发生这种情况的计数次数超过预设的阈值，那么就把主麦克风设置为当前的这个麦克风，否则，如果在计数期间发生了其他麦克风的RMS值大于了当前的这个麦克风的情况，则重新进行计数。
7.如权利要求1所述的一种智能音箱，特征在于，后期处理模块(14)对单通道的语音信号进一步的处理包括单通道语音噪声抑制、增益控制。
8.如权利要求1所述的一种智能音箱，特征在于，移动终端(2)进行的后续处理包括本地录音、语音识别、上传至移动网络。
9.如权利要求1所述的一种智能音箱，特征在于，移动终端(2)可将本地存储的或是来自于移动网络的声信号通过所述的有线或无线链路发送至智能音箱(1)的信号收发模块(15)，该信号收发模块(15)将声信号转发至扬声器处理模块(16)，扬声器处理模块(16)对声信号进行处理后一路发送至自适应回声消除模块(13)用于回声消除，一路发送至扬声器(16)进行重放。
10.如权利要求9所述的一种智能音箱，特征在于，扬声器处理模块(16)对声信号进行的处理包括增益控制、均衡。
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