CN111213204A - 人声控制的遥控多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于捕获音频和/或视频信号的多旋翼遥控飞行器以及一种通过语音命令遥控所述飞行器的方法。特别地，本发明涉及减轻由电动机和螺旋桨产生的音频噪声对语音命令的接收和检测的影响。设置音频采集装置以接收语音命令，同时设置噪声采集装置专用于捕获环境噪声。噪声影响的减轻是通过滤波装置和消除技术来实现的。利用消除技术，使噪声采集装置捕获的信号中包含的噪声部分与携带语音命令的音频信号中包含的噪声部分均衡，然后从所述音频信号中减去所述噪声部分。

Description

人声控制的遥控多旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种用于捕获音频和/或视频信号的多旋翼遥控飞行器以及一种用于遥控所述飞行器的方法。

背景技术

多旋翼飞行器(如双旋翼机、三旋翼机、四旋翼机、六旋翼机、八旋翼机等)固有地是不稳定的，因此它需要恒定的引擎速度调节，以维持由飞行员和/或飞行控制系统设置的方位。

速度调节通常由分别作用于飞行器的三个旋转(俯仰、滚转和偏航)轴上的专门的调节器(例如，比例、积分和微分调节器，简称PID)来执行，以便使沿这些轴的角转速尽可能接近飞行员通过诸如遥控器、无线电控制器等之类的遥控装置和/或飞行控制系统选择的值。

对这种遥控装置的不熟练的操作，典型地是缺乏经验的飞行员对这种遥控装置的不熟练的操作，不可避免地会引起飞行器的安全问题和/或振荡，这使得难以控制飞行器并且难以拍照，这是因为在一定的曝光条件下，当传感器配备了卷帘快门时，由视频捕获媒体捕获的照片和视频会受到振动的影响(也称为“果冻”效应)。

因此，对于这种飞行器，需要具有一种遥控器，其适于使用并且允许缺乏经验的用户避免飞机的突然运动。事实上，常规的无线电控制装置使用起来很复杂并且需要一些培训。此外，它们必须与飞行器一起携带，并且给用户带来负担。

发明内容

本发明的目的在于通过提供一种语音控制方法来解决这些问题和其他问题，从而用户能够使用诸如“向前”、“向后”、“向右”、“向左”、“停止”或“向左转”、“向右旋转”、“向左滑行”、“向右滑行”等常用语词通过语音命令来控制飞行器。相应地，飞行器包括：音频采集装置，其适于接收携带用户语音的音频信号；和语音转换装置，其用于将语音命令转换为飞行控制信号。该音频采集装置能够优选地设置为识别不同语言的语音，由飞行器的用户来选择其中的一种。

然而，飞行器电动机及其螺旋桨产生音频噪声，该音频噪声可能影响整个语音频带。事实上，螺旋桨/电动机轴速和叶片通过频率的谐波具有非常高的振幅，高达轴速的五次谐波(参见在法国里昂举办的第22届AIAA/CEAS航空声学会议(AIAA/CEASAeroacoustics Conference)上由W.Nathan Alexander等人于5月30日至6月1日的航空声学会议期间发表的“Experimental Study of Quadcopter Acoustics and Performanceat Static Thrust Conditions”)。因此，18,000RPM(300Hz)轴速的五次谐波具有1,500Hz的频率，该频率处于例如用于电话语音服务通信(参见https://en.wikipedia.org/wiki/Voice frequency)的300Hz至3400Hz频带的中心。

为了减少影响语音信号的不想要的噪声分量的能量，本发明提出两种互补技术：通过阻带滤波器从语音信号中滤除噪声分量，以及通过消除技术消除噪声分量。优选地，滤波技术用于衰减不在语音频带中心中的不想要的分量，而消除技术也能够用于语音频带内的频率。

这两种技术都利用了环境噪声中与飞行器电动机的轴速相关的音调的存在。它们允许识别要去除的噪声分量的频率，并评估噪声的一般特征。

飞行器电动机的轴速可以从电动机控制信号或音频信号的频谱分析得出。为了更好和更容易地识别环境噪声分量，可以使用专用采集装置来收集具有用户语音信号的最小分量的噪声信号。

在消除技术的情况下，可以使用窄通带滤波器从噪声信号和音频信号中提取相应的信号分量，该窄通带滤波器的通带以不需要的分量的频率(轴速、轴速的谐波等)附近为中心。然后将从噪声信号中提取的每个信号分量与从音频信号中提取的相应分量进行比较，并计算相对振幅、相位和延迟的数据。利用这些数据，定义用于滤波器的传递函数，该滤波器将噪声信号中包含的噪声部分与音频信号中包含的噪声部分进行均衡和对准。然后，从音频信号中减去由所述传递函数处理的噪声信号。

以这种方式，在飞行器上，可以采集携带语音命令的音频信号，并将语音命令转换为用于飞行控制装置的控制信号。

本发明的另外的有利特征在所附权利要求中阐述。

附图说明

通过仅以非限制性示例的方式提供的附图中所示的本发明的实施例的描述，本发明的这些特征和另外的优点将变得更加明显。

-图1示出了配备有声音采集装置的多旋翼飞行器的立体图；

-图2示出了包括在根据本发明的声控飞行器中的降噪装置的框图；

-图3示出了具有窄阻带的通带滤波器的振幅特征的说明性形状；

-图4示出了具有相等间隔的通带和恒定相对带宽的多通带滤波器的振幅特征的说明性形状。

具体实施方式

在本说明书中，对“实施例”的任何引用指示关于本发明的实施方式所描述的特定配置、结构或特征包含在至少一个实施例中。因此，在本说明书的不同部分中可能存在的词语“在实施例中”和其他类似短语不一定都与同一实施例相关。此外，任何特定配置、结构或特征可以以任何被认为适当的方式组合在一个或更多个实施例中。因此，以下引用仅出于简单起见，并不限制各种实施例的保护范围或扩展。

图1示出了配备有两种声音捕获装置的多旋翼飞行器100的立体图：音频采集装置101，其适于接收携带用于飞行器100的控制命令的音频信号；和噪声采集装置102，其用于接收来自飞行器100周围环境的噪声信号。

音频采集装置101可以是被设计用于捕获飞行器用户的语音的麦克风或一组麦克风。它们可以具有方向属性，用于主要从一个方向、特别是从飞行器用户所在的方向收集声音。优选地，音频采集装置101可以由传感元件的阵列结合波束成形算法来实现，其指向方向能够由控制信号控制。此外，飞行器100可以配备有语音源定位装置，该语音源定位装置被配置成计算携带用户语音的音频信号来自的方向。

语音源定位装置可以通过处理由音频采集装置101的传感元件捕获的信号来操作。然而，语音源定位装置还可以利用其他传感元件，可选地与音频采集装置101的传感元件结合使用。使用计算出的用户语音来自的方向，语音源定位装置发出控制信号，以使采集装置(101)使其波束指向所述计算出的方向。

MEMS(微机电系统)传感元件可以用于实现具有高动态范围的小型、高性能麦克风。然而，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以建议用于实现音频采集装置101和语音定位装置的其他技术和其他结构。

噪声采集装置102可以是麦克风或一组麦克风和/或振动传感器，并且被配置成捕获环境噪声。音频采集装置101和噪声采集装置102二者捕获飞行器用户的声音和环境噪声，但具有不同的相对电平和特征。分析这些不同，可以将语音分量与噪声分量区分开，并且从音频信号中减去噪声分量，从而获得足够干净的音频信号以可靠地检测简单的语音命令。

现在同时参照图1和图2描述用于执行这些功能的组件200，考虑多旋翼飞行器100优选地配备有：

-至少一个第一电动机(优选四个)，所述至少一个第一电动机能够由电动机控制信号控制并且耦合到第一螺旋桨，该第一螺旋桨能够产生使飞行器100飞行的推力，

-飞行控制装置213，例如由3D Robotics生产的

模型单元，其适于接收限定飞行器的姿态和/或运动和/或方向的命令信号，并且基于所述控制信号，借助于所述至少第一电动机发出用于控制飞行器的飞行的至少一个控制信号。

-音频采集装置101，例如耦合到模数转换单元(ADC)的麦克风，其能够采集携带用于飞行器100的音频命令的音频信号；

-噪声采集装置102，其适用于接收来自飞行器100周围环境的噪声信号；

-输入滤波器203，例如高通滤波器和/或带通滤波器、陷波滤波器、有限脉冲响应(FIR)或无限脉冲响应(IIR)滤波器或其它，其用于对携带音频命令的音频信号进行滤波，特别是用于降低第一频带中噪声分量的能量；

-延迟滤波器204，其用于可选地基于由噪声均衡处理器210设置的延迟数据集合，延迟从输入滤波器203输出的滤波后的音频信号；

-消除装置205，其适于从滤波后的音频信号中减去噪声分量，以便从音频信号中消除噪声分量；

-语音转换装置206，其适于将携带音频命令的音频信号转换为用于飞行控制装置213的命令信号；

-滤波器设置装置207，其适于基于作为其输入从噪声分量选择器211接收的参考频率数据，设置限定包括多频带滤波器的阻带滤波器或通带滤波器的参数；

-音频分量滤波器208，其实现由滤波器设置装置207指定的通带滤波器或多带通滤波器，用于从音频信号中提取信号分量；

-噪声分量滤波器209，其实现由滤波器设置装置207指定的通带滤波器或多带通滤波器，用于从噪声信号中提取信号分量；

-噪声均衡处理器210，例如CPU或一组CPU，优选地以可编程方式操作并执行特定指令，其被配置成基于所述提取的分量和/或所述噪声信号和/或所述音频信号，设置定义滤波器的噪声均衡传递函数和延迟的数据，该噪声均衡传递函数将从噪声信号提取的信号分量的噪声部分均衡为从音频信号提取的信号分量的噪声部分；

-噪声分量选择器211，其被配置成基于从飞行控制装置213接收到的至少一个电动机控制信号和/或基于对噪声信号的分析，设置噪声信号的噪声分量的至少一个参考频率，其中，该电动机控制信号表示所述第一电动机的转速；

-均衡滤波器(212)，其被配置成实现由噪声均衡处理器(210)设置的噪声均衡滤波器传递函数。

输入滤波器203可以包括：模拟滤波器，即由分立的电子部件(例如，电阻器、电容器和电感器，优选为可变类型)制成的滤波器；和/或数字滤波器，即实现滤波算法的一组指令。输入滤波器的传递函数可以是包含语音频带的通带传递函数与用于衰减一个窄带噪声分量或多个窄带噪声分量的阻带传递函数或多阻带传递函数的组合。图3示出了与单个阻带情况相关的这种传递函数的示例性振幅特征。

在本发明的第一实施例中，噪声干扰的衰减仅通过借助于输入滤波器203(图2)对音频信号进行滤波来实现。在电动机以相同速度运行的情况下，这通过以下操作实现：

-音频采集装置101，其适于接收携带至少一个不想要的噪声分量和用于所述飞行器100的语音命令的音频信号；

-噪声分量选择器211，其被配置成基于从飞行控制装置213接收的电动机控制信号来导出所述噪声信号的至少一个噪声分量的频率，所述至少一个噪声分量的频率表示电动机的转速；应注意，优选地，所述噪声分量的频率是最接近语音频带的下边缘并且优选地在语音频带之外的电动机转速的谐波的频率；因此，噪声分量选择器211优选地从飞行控制装置213接收的电动机控制信号导出电动机转速，并根据上述准则计算待衰减的噪声分量的频率；然而，窄阻带特征也可以在语音频带中具有阻带。

-滤波器设置装置207，其被配置成设置定义输入滤波器203的至少一个阻带特征的数据，其中具有所述至少一个阻带特征的阻带包括所选定的频率或其谐波；例如，假设输入滤波器203由与陷波滤波器级联的固定通带滤波器实现，则滤波器设置装置207仅设置滤波器陷波频率。然而，本领域技术人员知道实现输入滤波器203的其他方式；

-输入滤波器103，其被配置成实现所述至少一个阻带特征并对所述音频信号进行滤波；应当注意，阻带特征可以与其他滤波特征(例如，高通、带通等)结合实现；

-语音转换装置206，其适于将携带语音命令的音频信号转换为用于所述飞行控制装置213的命令信号。

语音转换装置206可以被配置成基于所述过滤后的音频信号通过执行实现语音识别算法的一组指令生成控制信号，该语音识别算法例如是再现经过适当训练的神经网络(优选深度神经网络(DNN)类型)的操作的算法。事实上，使用神经网络，即使滤波特征随电动机的转速而变化，也可以克服消除电动机和螺旋桨产生的噪声所需的滤波所带来的音频信号的缺乏的问题。

这允许仅使用语音来控制飞行器100，而不需要如现有技术中那样使用遥控器。以此方式，有利地提高了飞行器100的安全性，并且有利地减少了由缺乏经验的用户引起的飞行器的振荡/振动，从而使得由视频捕获装置捕获的图像的质量与用户的驾驶技能无关。

更具体地说，识别算法读取表示由所述飞行器的用户发出的语音命令(例如，“向前”、“向后”、“向右”、“向左”、“停止”或“向左转”、“向右旋转”、“向左滑行”、“向右滑行”等)的滤波后的音频信号，并输出控制信号，如上所述，该控制信号定义诸如飞行器沿其轴线的倾斜度和/或沿特定方向的运动和/或朝向特定方向(例如，以从北沿顺时针方向测量的度数表示)的方位之类的姿态和/或运动和/或飞行器方位。应当注意，这样的语音命令优选地以数字音频编码格式(例如WAV、MP3等)编码，以便能够由数字处理媒体处理。

当飞行器引擎不以相同的速度运转时，噪声分量选择器211可以针对它们中的每一个导出噪声分量频率，或者在接近频率值的情况下取平均值。

因此，滤波器设置装置207可以设置用于相关滤波器特征的数据，并且输入滤波器103将实现相关的阻带。

上述实施例的变型考虑从飞行控制装置213接收的电动机控制信号与被控制电动机的实际转速之间的关系有些松散。根据该变型，选择要滤除的噪声分量的频率还包括由噪声采集装置102采集来自飞行器100周围环境的噪声信号，而所述噪声分量选择器211被配置成基于电动机控制信号和/或基于所述噪声分量选择器211检测到的噪声信号的至少一个特征，来设置所述噪声分量的频率。所述噪声信号的特征可以是音调梳(comb oftones)、期望的音调序列等。特别地，它可以是所述噪声信号的高电平、窄带分量，例如，其最高窄带分量或次谐波。因此，可以根据由电动机控制信号给出的粗略指示和从噪声信号的特征导出的细化来选择要滤除的噪声分量的频率；可替代地，它可以仅从噪声信号的特征导出。

本发明的第二实施例包括第一实施例的特征及如上文所述的其变型，并且添加了噪声消除技术，该噪声消除技术包括：产生与包含在音频信号中的噪声分量均衡的噪声信号，并从音频信号中减去该均衡的噪声分量。这种消除技术通过以下操作实现：

-滤波器设置装置207，其被配置成附加地设置定义通带特征的数据，该通带特征在其通带中包括所选择的噪声分量的频率；附加数据是基于至少一个噪声分量和/或其谐波的频率(由噪声分量选择器211选择的)来设置的；

-噪声分量滤波器209和音频分量滤波器208，被配置成实现所述通带滤波器，并且分别从噪声信号中提取至少一个分量，以及从来自输入滤波器203的音频信号中提取相应分量；

-噪声均衡处理器210，其被配置成基于由噪声分量滤波器209和音频分量滤波器208提取的信号分量，设置定义滤波器的延迟和噪声均衡传递函数的数据，该噪声均衡传递函数将从所述噪声信号中提取的所述至少一个分量中包含的噪声部分均衡为从来自输入滤波器203的所述音频中提取的所述相应分量中包含的噪声部分；

-延迟滤波器204，其被配置成实现由所述噪声均衡处理器(210)设置的所述延迟；该延迟应补偿从噪声信号中提取的噪声分量通过均衡滤波器(212)的延迟减去音频滤波器203在音频路径上引入的延迟；在其差给出负值的情况下，噪声均衡处理器210将该延迟设置为零，并且将相应的延迟添加到噪声均衡传递函数；

-均衡滤波器212，其被配置成实现由噪声均衡处理器210定义的滤波器传递函数；

-消除装置205，其被配置成基于噪声均衡滤波器212的输出，在由所述延迟滤波器203延迟的音频信号中减少不想要的噪声分量的能量。

通过本发明的第二实施例，大大改善了音频信号中噪声的降低。事实上，噪声均衡处理器210可以定义将噪声信号的噪声分量均衡到音频信号的噪声分量的传递函数的多个点，并且对这些点进行插值以在整个语音频带或其大部分上提供均衡。

在本发明第二实施例的变型中，通带滤波器特征可以是多通带，其中通带被等距地间隔，以处理基频的谐波。此外，具有多通带特征的通带可以具有相同的分数带宽(频带的宽度与频带中心频率的比)，以适应可能的频移和抖动，这些频移和抖动可能影响与其序号成比例的信号分量。图4定性地说明了这种情况。

这同样适用于主要在本发明的第一实施例中处理的阻带滤波器：可以用等距间隔和/或具有相同相对带宽的阻带来定义多阻带滤波器。

在第二实施例的另一变型中，由噪声均衡处理器210基于由所述噪声分量滤波器209和所述音频分量滤波器208提取的信号分量，和/或基于来自输入滤波器203的所述噪声信号和/或所述音频信号，设置定义延迟和噪声均衡传递函数的数据。通过在不同频率下比较和分析两个信号，噪声均衡处理器210可以更好地定义整个语音频带或其大部分的均衡传递函数。

基于在消除装置205的输出处获得的纯净音频信号，如上所述，语音转换装置206产生用于飞行控制装置213的控制信号，包括以下步骤：

-执行实现语音识别算法的一组指令，以将音频信号转换成位串，以及

-基于所述位串生成控制信号。

上面参考附图所描述的，不仅定义了由语音命令控制的多旋翼飞行器100，而且定义了音频捕获设备，该音频捕获设备能够捕获携带语音命令的音频信号并将被转换成适当控制信号的所述命令发送到被控制装置。

当飞行器100处于运行状态时，图2所示的元件的组件执行包括以下阶段的用于飞行器100的遥控方法：

a、频率选择阶段，其中，借助于噪声分量选择器211，基于第一电动机的控制信号来选择噪声信号的至少一个噪声分量的频率，该至少一个噪声分量的频率表示飞行器100中包括的所述第一电动机的转速；

b、滤波器设置阶段，其中，借助于滤波器设置装置207，基于所述选择的频率或其谐波，设置第一频带；

c、滤波阶段，其中，由具有阻带滤波器特征的输入滤波器203滤波，根据所述第一频带对音频采集装置101采集的音频信号进行滤波，从而减少具有包含在所述第一频带中的频率的所述音频信号的至少一个分量的能量，并且生成滤波后的音频信号；

d、命令生成阶段，其中，借助于语音转换装置206，基于所述滤波后的音频信号生成命令信号，其中所述命令信号限定飞行器100的姿态和/或运动和/或方位；

e、控制传输阶段，其中，讲所述命令信号传输到飞行控制装置213，用于控制所述飞行器100的飞行。

结合上述特征，图2所示的元件的组件可以执行以下步骤：

-借助于音频采集装置102采集表示所述飞行器100周围的环境噪声的噪声信号；

-基于所述电动机控制信号和/或所述噪声分量选择器211在所述噪声信号中检测到的所述噪声信号的至少一个特征，来设置所述噪声信号的至少一个分量的频率。

该方法的一种特殊情况是其中噪声信号的所述至少一个特征是噪声信号的高电平、窄带分量的频率。

该方法的另外的改进是增加了噪声消除技术，如上文所述，该噪声消除技术包括产生与包含在相应音频信号中的噪声分量均衡的噪声信号，并且从相关音频信号中减去这种均衡的噪声信号。这种消除技术是通过执行代替上述滤波阶段c的以下阶段来实现的：

c1-噪声分量提取阶段，其中借助于实现所述带通滤波特征的噪声分量滤波器209从噪声信号中提取至少一个分量，并且借助于实现所述带通滤波特征的音频分量滤波器208从所述滤波后的音频信号中提取相应分量；

c2-均衡计算阶段，其中，借助于噪声均衡处理器，基于所述提取的分量和/或所述噪声信号和/或所述滤波后的音频信号，计算滤波器的延迟和噪声均衡传递函数，该噪声均衡传递函数将从所述噪声信号中提取的所述至少一个分量中包含的噪声部分均衡为从所述滤波后的音频信号中提取的所述至少一个分量中包含的噪声部分；

c3-延迟阶段，其中，所述滤波后的音频信号通过延迟滤波器204在前一阶段中计算的所述延迟进行延迟；

c4-噪声均衡阶段，其中，借助于噪声均衡滤波器212，根据所述噪声均衡传递函数，处理由所述噪声采集装置102采集的所述噪声信号；

c5-消除阶段，其中，在所述延迟的音频信号中，借助于消除装置205，至少基于由所述噪声均衡滤波器(212)处理的至少所述噪声信号，降低由噪声分量滤波器209从所述噪声信号提取的所述至少一个分量的能量。

在该方法的变型中，阻带滤波器特征和/或通带滤波器特征是多带特征，其中多阻带滤波器的阻带以第一固定间距规则地间隔开，和/或多通带滤波器的通带以第二固定间距规则地间隔开。

此外，阻带的相对带宽可以是第一固定量和/或通带的相对带宽可以是第二固定量。

这种解决方案使得可以使用根据现有技术的电动机和/或速度控制器，从而不必使用会增加飞行器重量的速度传感器。以此方式，可以仅使用语音而不使用根据现有技术的遥控器来控制飞行器100，从而能够有利地增加安全性并减少飞行器的振荡/振动。

结合上述特征，飞行器可以包括电子装备(所谓的航空电子设备)，该电子装备可以包括：能够控制引擎速度的速度控制器、飞行控制装置213、用于向电动机和/或其他电子设备等提供电能的电池。

在一种特别有利的变型中，通过利用飞行器上托管的移动电信设备中已经存在的硬件，能够部分地或全部地实现上述电子设备。例如，电池可以包括在移动电信设备中；此外，飞行控制装置和/或处理装置(例如CPU)也能够包括在移动电信设备中，从而利用由移动电信设备的微处理器能够提供的计算能力。在这种情况下，飞行器的电动机与包括在移动电信设备中的电子设备之间的电连接可以通过合适的插头连接器来实现，该插头连接器连接到移动电信设备中提供的输出连接器和安置在飞行器底盘中的线束。

以此方式，有利地避免了由于移动电信设备以外提供的专用电池和/或航空电子设备的存在而导致的飞行器重量增加。控制飞行器的飞行所需的陀螺仪和加速度计也可以是已经包括在所述移动电信设备中的陀螺仪和加速度计，从而有利地减轻了整个飞行器的重量。换句话说，移动电信设备包括适合于向所述飞行器供应能量的电池，和/或所述移动电信设备被配置成控制所述飞行器的飞行，例如，通过基于包括在所述移动电信设备中的加速度计和/或陀螺仪输出而产生适当的电动机控制信号(用于电动机或电动机的速度控制器)。

这一事实使得重量减轻，这种重量的减轻减小了由电动机产生的振动，从而减小了所述移动电信设备的所述视频采集装置21在飞行期间所受到的振动/振荡幅度。以此方式，由视频捕获装置21产生的图像的质量更少地依赖于飞行员驾驶飞行器100的能力。

替代地或结合上述特征，飞行器100可以包括处理装置，该处理装置被配置成以相反的方式改变飞行器电动机的旋转速度，从而增加由音频采集装置101采集的音频信号的信噪比。

特别地，处理装置可以被配置成以相反的方式改变两个或更多个电动机的旋转速度，即增加电动机中的一个的旋转速度并降低另一个电动机的旋转速度，这样，以较低速度运行的引擎产生的气流会较低，并且会产生可忽略的噪声量，而以(与正常速度相比)较高速度运行的引擎产生的气流会产生具有有利地较高频率的噪声。这使得输入滤波器203更有效地对信号进行滤波，即获得比根据现有技术的解决方案具有更大信噪比的滤波后的音频信号，这将在以下示例中进行最好地描述。

在类似于飞行器100的四旋翼机中，已知的是，在旋停的飞行条件下，所有电动机以相似的速度旋转，例如等于250Hz的转速，其对应于15000rpm的旋转速度。如果该噪声的主频率(及其谐波)使得无法通过音频采集装置101捕获音频信号(例如，由于电动机转速的高次谐波触发飞行器的底盘中的共振，从而在与音频信号频带相匹配的1-2kHz频带中产生大量噪声)，则可以提高以相同方向旋转的电动机对的旋转速度，并且同时降低以反向旋转的电动机转矩的旋转速度。换句话说，处理装置还可被配置成在设置滤波间隔之前(即，在滤波阶段之前)(在根据本发明的方法的电动机速度调节阶段期间)执行以下步骤：

-借助于第一速度控制器提高第一电动机的旋转速度；

-借助于第二速度控制器降低第二电动机的旋转速度。

这通过改进使用音频采集装置101对音频信号的采集，来避免触发帧振动模式，从而即使存在帧的至少一个共振频率落在音频频谱中，即300Hz至3.4kHz的范围内，也能够使用语音来控制飞行器100。

这使得可以通过飞行器捕获音频信号，而减少了来自机底盘的振动的噪声的至少一部分。这也使得可以使用语音识别算法，而无需使用专用遥控器就能够控制飞行器。

使用类似于飞行器100的四旋翼机，该解决方案的使用会使飞行器在特定方向上偏航，从而使其绕其垂直轴线(也称为偏航轴线)旋转。该运动能够有利地用于向所述飞行器100的用户指示音频采集装置101能够捕获具有较高信噪比的他/她的声音，即能够捕获由用户大声讲话的压力波产生的音频信号。

应该注意的是，该解决方案也适用于同轴双旋翼机、四旋翼机、六旋翼机、八旋翼机等。此外，该解决方案能够有利地应用于出于冗余目的而具有在相同的机壳位置的上方和下方耦合的两个电动机的所有多旋翼飞行器(例如，Y8配置的多旋翼)。事实上，在这种配置中(以及在六旋翼机和八旋翼机配置中)，还可以有利地避免飞行器偏航，因为该配置可以平衡通过使用(冗余)飞行器电动机产生的反作用转矩。

在另一实施例中，飞行器可以包括以上针对所有先前实施例描述的所有特征，还包括源定位装置(例如，被配置成控制定向麦克风的方向的微控制器和/或被配置成识别用户并基于采集的图像中的用户位置生成位置数据)，该源定位装置被配置成执行(在空间选择阶段期间)以下步骤：

-基于从所述音频采集装置101和/或其他音频接收装置接收到的信号，识别产生生成所述音频信号的压力波的源在空间中的位置；

-基于所述位置生成指向控制信号。

更详细地，音频采集装置101包括波束成形网络，该波束成形网络被配置成基于所述指向控制信号选择所述空间中的语音命令，其中所述波束成形网络接收来自不同麦克风的两个或更多个输入，优选地，麦克风产生脉冲密度调制(PDM)输出信号，并且所述波束成形网络产生输出音频信号，该输出音频信号选自来自源位置(在空间选择阶段期间识别)的压力波所产生的音频信号的部分。

以此方式，在飞行器上，可以采集携带语音命令的音频信号并将语音命令转换为用于飞行控制装置的控制信号，从而使得由视频捕获装置捕获的图像的质量与用户的驾驶技能无关。

显然，上述实施例有许多可能的变型。

上面已经描述了一些可能的变型，但是对本领域技术人员显而易见的是，在实际实施中，存在使用能够由其他技术上等效物代替的不同的元件的其他形式的实施方式。因此，本发明不限于本文描述的说明性示例，而是在不脱离如所附权利要求书中规定的基本发明思想的情况下，对部件和等效物元件进行各种修改、改进、替换。

Claims (19)

1.一种用于捕获音频和/或视频信号的多旋翼遥控飞行器(100)，包括：

-至少一个第一电动机，其能够由电动机控制信号控制并且耦合到第一螺旋桨，该第一螺旋桨能够产生用于使所述飞行器(100)飞行的推力，

-飞行控制装置(213)，其适于接收限定所述飞行器(100)的姿态和/或运动和/或方位的命令信号，并且基于所述命令信号输出用于控制所述至少一个电动机的至少一个控制信号，

其特征在于，所述飞行器包括：

-音频采集装置(101)，其适于接收携带至少一个噪声分量和用于所述飞行器(100)的语音命令的音频信号，

-降噪装置(200)，其用于减少所述至少一个噪声分量，所述降噪装置包括：

о噪声分量选择器(211)，其被配置成基于从所述飞行控制装置213接收到的所述至少一个电动机控制信号来选择所述噪声信号的所述至少一个噪声分量的至少一个滤波频率，其中所述至少一个滤波频率表示所述第一电动机的转速，

о滤波器设置装置(207)，其适于设置定义至少一个阻带的滤波数据，其中所述至少一个阻带包括所述至少一个滤波频率或其谐波，

о输入滤波器(203)，其被配置成，基于所述滤波数据来对所述音频信号进行滤波，以产生滤波后的音频信号，

-语音转换装置(206)，其适于将携带语音命令的所述滤波后的音频信号转换为用于所述飞行控制装置(213)的命令信号。

2.根据权利要求1所述的多旋翼遥控飞行器(100)，所述飞行器还包括噪声采集装置(102)，其适于接收来自所述飞行器(100)周围的环境的噪声信号，并且其中所述噪声分量选择器(211)还被配置成还基于所述噪声分量选择器(211)在所述噪声信号中检测到的所述噪声信号的至少一个特征来设置滤波频率。

3.根据前述权利要求中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述滤波器设置装置(207)适于基于所述滤波频率来设置第二滤波数据，其中，所述滤波频率定义至少一个通带，所述至少一个通带包括所述至少一个所选择的噪声分量的频率，并且所述降噪装置(200)还包括：

о噪声分量滤波器(209)和音频分量滤波器(208)，所述噪声分量滤波器和音频分量滤波器被配置成基于所述第二滤波数据分别对所述噪声信号和所述滤波后的音频进行滤波，以便分别从所述噪声信号中提取至少一个分量和从所述滤波后的音频信号中提取相应的分量，

о噪声均衡处理器(210)，其被配置成基于由所述噪声分量滤波器(209)和/或所述音频分量滤波器(208)提取的信号分量来设置定义滤波器的延迟和噪声均衡传递函数的均衡数据，该噪声均衡传递函数将从所述噪声信号中提取的所述至少一个分量中包含的噪声部分均衡为从由所述输入滤波器(203)滤波后的所述音频信号中提取的所述相应分量中包含的噪声部分，

о延迟滤波器(204)，其被配置成基于所述均衡数据将延迟添加到滤波后的音频信号，

о均衡滤波器(212)，其被配置成基于所述均衡数据来均衡由噪声分量滤波器(209)从所述噪声信号中提取的所述至少一个分量，

о消除装置(205)，其被配置成至少基于所述噪声均衡滤波器(212)的输出，在由所述延迟滤波器(203)延迟的滤波后的音频信号中减少所述至少一个噪声分量的能量。

4.根据权利要求3所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述至少一个阻带和/或所述至少一个通带定义多个带，其中，多阻带滤波器的阻带以第一固定间距规则地间隔开，和/或多通带滤波器的通带以第二固定间距规则地间隔开。

5.根据权利要求4所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述阻带的相对带宽是第一固定量，和/或通带的相对带宽是第二固定量。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述噪声均衡处理器(210)还基于所述噪声信号和/或由所述输入滤波器(203)滤波的所述音频信号来设置所述均衡数据。

7.根据前述权利要求中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，其中，所述语音转换装置(206)的输入处的滤波后的音频信号表示由所述飞行器(100)的用户给出的语音命令，并且所述语音转换装置(206)被配置成基于在其输入处接收的所述音频信号通过执行以下步骤来生成控制信号：

-执行实现语音识别算法的一组指令，以将所述滤波后的音频信号转换为位串，以及

-基于所述位串生成控制信号。

8.根据前述权利要求中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，所述飞行器还包括源定位装置，其被配置成：

-基于从所述音频采集装置(101)和/或其他音频接收装置接收到的信号，识别产生生成所述音频信号的压力波的源在空间中的位置，以及

-基于所述位置生成指向控制信号，

其中，所述音频采集装置(101)包括波束成形网络，所述波束成形网络被配置成基于所述指向控制信号在所述空间中选择语音命令。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的多旋翼遥控飞行器(100)，所述飞行器包括：

-第二电动机，其能够耦合到第二螺旋桨，该第二螺旋桨能够产生用于使所述飞行器(100)飞行的推力，

-第一速度控制器，其适于控制所述第一电动机的旋转速度，

-第二速度控制器，其适于控制所述第二电动机的旋转速度，以及

-处理装置，其与所述第一速度控制器和第二速度控制器通信，以调节所述第一电动机和第二电动机的旋转速度，

其中，所述处理装置被配置成：

-借助于所述第一速度控制器增加所述第一电动机的旋转速度，以及

-借助于所述第二速度控制器降低所述第二电动机的旋转速度。

10.一种音频捕获设备，包括：

-记录装置，其能够捕获音频信号，

-传输装置，其被配置成将所述音频信号传输至包括在根据前述权利要求中任一项所述的多旋翼遥控飞行器中的音频采集装置。

11.一种用于遥控多旋翼飞行器的方法(100)，

其特征在于，所述方法包括：

a、采集阶段，其中，借助于音频采集装置(101)接收携带至少一个噪声分量和用于所述飞行器(100)的语音命令的音频信号，

b、频率选择阶段，其中，借助于噪声分量选择器(211)，基于第一电动机的控制信号来选择噪声信号的至少一个噪声分量的至少一个滤波频率，其中所述至少一个滤波频率表示所述飞行器(100)中包括的所述第一电动机的旋转速度，

c、滤波器设置阶段，其中，借助于滤波器设置装置(207)，基于所述至少一个滤波频率或其谐波来设置至少一个频率阻带，

d、滤波阶段，其中，由具有阻带滤波器特征的输入滤波器(203)，根据所述至少一个频率阻带对音频采集装置(101)采集的音频信号进行滤波，从而减少具有包含在所述至少一个频率阻带中的频率的所述音频信号的至少一个分量的能量，并且生成滤波后的音频信号，

e、命令生成阶段，其中，借助于语音转换装置(206)，基于所述滤波后的音频信号生成命令信号，其中所述命令信号限定所述飞行器(100)的姿态和/或运动和/或方位，

f、控制传输阶段，其中，将所述命令信号传输到飞行控制装置(213)，用于控制所述飞行器(100)的飞行。

12.根据权利要求11的方法，其中，在频率选择阶段期间，所述噪声分量选择器(211)执行以下步骤：

-借助于噪声采集装置(102)采集表示所述飞行器(100)周围的环境噪声的噪声信号，

-还基于所述噪声分量选择器(211)在所述噪声信号中检测到的所述噪声信号的至少一个特征，来选择所述噪声信号的至少一个分量的至少一个滤波频率。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述噪声信号的所述至少一个特征是所述噪声信号的高电平、窄带分量的频率。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，在所述滤波器设置阶段期间，借助于滤波器设置装置(207)，基于所述滤波频率及其谐波来设置第二频带，其中所述第二频带定义带通，并且其中所述方法还包括：

c1、噪声分量提取阶段，其中，借助于实现所述带通的噪声分量滤波器(209)从所述噪声信号中提取至少一个分量，并且借助于实现所述带通的音频分量滤波器(208)从所述滤波后的音频信号中提取相应分量，

c2、均衡计算阶段，其中，借助于噪声均衡处理器(210)，基于所述提取的分量和/或所述噪声信号和/或所述滤波后的音频信号，计算定义滤波器的延迟和噪声均衡传递函数的均衡数据，该噪声均衡传递函数将从所述噪声信号中提取的所述至少一个分量中包含的噪声部分均衡为从所述滤波后的音频信号中提取的所述至少一个分量中包含的噪声部分，

c3、延迟阶段，其中，所述滤波后的音频信号通过均衡数据中定义的所述延迟来进行延迟，以产生延迟的音频信号，

c4、噪声均衡阶段，其中，借助于噪声均衡滤波器(212)，通过所述均衡数据中定义的噪声均衡传递函数，对所述噪声采集装置(102)采集的所述噪声信号进行均衡，以产生均衡的噪声信号，

c5、消除阶段，其中，在所述延迟的音频信号中，借助于消除装置(205)，至少基于所述均衡的噪声信号，降低从所述噪声信号中提取的所述至少一个分量的能量。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个阻带和/或所述至少一个通带定义多个带，其中多阻带滤波器的阻带以第一固定间隔规则地间隔开，和/或多通带滤波器的通带以第二固定间隔规则地间隔开。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述阻带的相对带宽是第一固定量，和/或所述通带的相对带宽是第二固定量。

17.根据权利要求11至16所述的方法，所述方法包括：

-空间选择阶段，其中，借助于源定位装置，基于从所述音频采集装置(101)和/或其他音频接收装置接收到的信号，识别产生生成所述音频信号的压力波的源在空间中的位置，并且其中，借助于所述源定位装置，基于所述位置生成指向控制信号，

并且其中，在采集阶段期间，借助于基于所述指向控制信号配置的波束成形网络来处理所述音频信号，以便选择来自空间选择阶段期间识别出的位置的压力波产生的所述音频信号的部分。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的方法，所述方法包括电动机速度调节阶段，其中，借助于第一速度控制器提高第一电动机的旋转速度，以及借助于第二速度调节器降低包括在所述飞行器(100)中的第二电动机的旋转速度，并且其中，所述电动机速度调节阶段在所述频率选择阶段之前执行。

19.一种计算机程序产品，其能够被加载到电子计算机的存储器中，并且包括用于执行根据权利要求11至18中任一项所述的方法的各阶段的软件代码的部分。

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