CN110730398A - 分布式无线麦克风数组音频收音同步方法 - Google Patents

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李敬祥
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Abstract

本发明公开一种分布式无线麦克风数组音频收音同步方法，将收音单元采集到的声音经过数字讯号的转换，将模拟的讯号转换成数字音频数据，再经由处理单元将连续的数字音频数据切割成一段段等长的音讯封包；经切割后每个等长的音讯封包上均加入一时间标记，时间标记为纪录音频的采集时间，最后再经由无线网络传送到数组运算单元，数组运算单元再依据时间标记将各个音频封包组回连续的音频数据；借此将所有采集声音校正，得到同步的收录声音。本技术方案解决了多个麦克风接收声音时，因各个无线麦克风内部时间不一致，和无线通信协议的限制，造成数组运算单元收到各麦克风音频数据时间差异，导致音频相位错误而降低麦克风数组的效果的问题。

Description

分布式无线麦克风数组音频收音同步方法
技术领域
本发明涉及分布式无线麦克风数组音频延迟的技术领域，特别是用于解决多个无线麦克风内部时间不一致，和无线通信协议的限制，造成数组运算单元收到各麦克风音频数据时间差异，导致音频相位错误而降低麦克风数组的效果的分布式无线麦克风数组音频收音同步方法。
背景技术
麦克风数组(Microphone Array)字面意指的是麦克风的排列。也就是说由一定数目的声音传感器(一般是麦克风)组成，用来对声场的空间特性，进行声音的采样与处理的系统。然而，一般的麦克风数组为了能同步收录各个麦克风的声音，并将声音统一传送至一处理单元进行后续的运算，均皆以有线的方式连接每一个麦克风，如此大大的限制麦克风数组的物理尺寸，同时也对于布建大型麦克风数组增加了难度。
首先，请参阅图1，其中以三个麦克风组成数组为例，若想增强由上方角度传过来的声音，并抑制由下方传过来的声音，可以将上中下三个麦克风分别加上t2,t1,0的延迟时间，由上方角度传来的声音会先到达上麦克风，并加上延迟t2，接着声音到达中麦克风，并加上延迟t1，最后声音到达下麦克风，并加上延迟0，最后三个麦克风的声音个别加上延迟后会对准，加总起来就会得到一个增益3倍的声音。
再者，请参阅图2，而由下方角度传过来的声音也分别对上中下三个麦克风加上t2,t1,0的延迟时间，因为三个麦克风的声音加上延迟后不会对准，只会得到三个增益为1倍的声音。
因此，麦克风数组因为声音源与各个收音麦克风的距离不一时，因距离差产生不同的延迟，各个麦克风收音时间必须同步，才能针对个别延迟进行补偿运算，从而得到预期的增益或抑制的效果。
再者，经过无线传输技术的演进，例如：蓝牙(Bluetooth)、无线网络(IEEE802.11)又称为WI-FI、以及Zigbee等技术，结合麦克风数组技术且经过商品化之后，演变成如今之：AI声控智慧音箱、声控家电、声控机器人等等。其多半是被运用来收集声音讯号，接着进行辨识后以执行音讯的控制命令。
诚如CN106028227A提出将各个麦克风单元以无线网络链接，再将音频信号上传至信号处理单元。麦克风的分布设置不会受限于物理限制与缆线的连接，可以增大麦克风的间距与覆盖范围。然而该发明忽略了各个麦克风间收录的声音必须同步，否则无法进行，如：图1与图2所示的增强或降低特定角度收音增益的运算，而流于如同一般市场上贩卖的歌唱型无线麦克风，只能多地收音，但并无麦克风数组的效果。
发明内容
本发明分布式无线麦克风数组音频收音同步方法，其主要解决多个麦克风于同时采集声音时，因各个无线麦克风内部时间不一致，和无线通信协议的限制，造成数组运算单元收到各麦克风音频数据时间差异，导致音频相位错误而降低麦克风数组的效果的问题。
本发明分布式无线麦克风数组音频收音同步方法，主要目的是提供无线环境经由多个麦克风接收音频，经过处理单元的校正后，可以得到同步的收录声音。
本发明主要是为了克服分布式无线麦克风数组在采集音频时收音同步的缺失，而提出一个计算方法，可以精准算出分布式无线麦克风数组各个麦克风采集音频时间的差异值。所有声音经无线网络传回处理单元并经过校正后，可以得到同步的收录声音并进行麦克风数组运算。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种分布式无线麦克风数组音频收音同步方法，将收音单元采集到的声音经过数字讯号的转换，将模拟的讯号转换成数字音频数据，再经由处理单元将连续的数字音频数据切割成一段段等长的音讯封包；经切割后每个等长的音讯封包上均加入一时间标记，时间标记为纪录音频的采集时间，最后再经由无线网络传送到数组运算单元，数组运算单元再依据时间标记将各个音频封包组回连续的音频数据；借此将所有采集声音校正，得到同步的收录声音。
附图说明
图1为现有麦克风数组传送声音示意图。
图2为另一现有麦克风数组传送声音示意图。
图3本发明无线网络传输示意图。
图4本发明音讯封包运算示意图。
图5本发明音讯封包处理流程图。
具体实施方式
首先，请参阅图3以三个麦克风实施为例：其可透过无线网络将采集的音频数据传送到数组运算单元，而此无线网络可为Wi-Fi，蓝牙，Zigbee或其他无线网络技术，而数组运算单元可单独存在，或是置于其中一个麦克风。
至于数组运算单元的音频封包运算方法请同时参阅图4，首先，麦克风将连续采集的音频数据分割成固定长度的区块，该区块称为一帧，再将每一帧音频数据打包成网络封包，其中每一封包表头带有该帧采集时间，经由无线网络传送至处理单元。处理单元再依每一个封包表头所采集时间组合成连续的音频数据，之后再重新切割成一帧帧音频数据进行运算，其中每一个麦克风的音频数据时间都是同步的。
承上述，再请同时参阅图5，当声波进入麦克风的收音单元1转换成电子讯号，再经由模拟数字转换器2简称：ADC(analog-to-digital converter)将模拟的电子讯号转换成数字音频数据，之后再经由处理单元3将连续的数字音频数据切割成一段段等长的音讯封包4，同时并加上一时间标记(time stamp)，最后再经由无线网络传送到数组运算单元(如图3所示)。所有声音经由校正后，可以得到同步的收录声音并进行麦克风数组运算。接此，可供分布式无线麦克风数组准确的判读音频。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的申请专利范围中。

Claims (5)

1.一种分布式无线麦克风数组音频收音同步方法，将收音单元采集到的声音经过数字讯号的转换，将模拟的讯号转换成数字音频数据，再经由处理单元将连续的数字音频数据切割成一段段等长的音讯封包；其特征在于：
经切割后每个等长的音讯封包上均加入一时间标记，时间标记为纪录音频的采集时间，最后再经由无线网络传送到数组运算单元，数组运算单元再依据时间标记将各个音频封包组回连续的音频数据；借此将所有采集声音校正，得到同步的收录声音。
2.根据权利要求1所述分布式无线麦克风数组音频收音同步方法，其特征在于，所述无线网络传送技术为：蓝牙、WI-FI或Zigbee。
3.根据权利要求1所述分布式无线麦克风数组音频收音同步方法，其特征在于，所述声音讯号的转换、切割与加入时间标记等运算处理，于各个接收麦克风端进行之后，再传至终端。
4.根据权利要求3所述分布式无线麦克风数组音频收音同步方法，其特征在于，所述声音讯号的转换、切割与加入时间标记等运算处理，于接收麦克风端的其中之一进行后，再传至终端。
5.根据权利要求3所述分布式无线麦克风数组音频收音同步方法，其特征在于，所述声音讯号的转换、切割与加入时间标记等运算处理，于终端处理，而麦克风仅为采集声音的一端。
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