CN112449282B - 基于幅值比较的麦克风阵列声音方向识别方法 - Google Patents

基于幅值比较的麦克风阵列声音方向识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于幅值比较的麦克风阵列声音方向识别方法，包括处理器和等间距设置在圆周上的N个麦克风，所述的处理器设置声音方向判别方法，包括步骤：(1)声音信号采集：采集麦克风的输出声音信号si k，i为麦克风编号，k为采样序号；(2)信号幅值比较：在计算区间n内，计算声音信号的极大值maxi=MAX{si k}，kϵ[x‑n+1,x]，x为当前最新的采样序号，进行数值比较得到声音信号极大值maxi的最大值所对应的麦克风编号m；(3)声音定向：麦克风m与左侧的麦克风m‑1的极大值差Δmaxm‑1=maxm‑maxm‑1；麦克风m与右侧的麦克风m+1的极大值差Δmaxm‑1=maxm‑maxm+1；根据极大值差的数值，准确计算声音方向θ。

Description

基于幅值比较的麦克风阵列声音方向识别方法
技术领域
本发明涉及基于幅值比较的麦克风阵列声音方向识别方法，属于信号处理技术领域。
背景技术
随着人工智能的快速发展，助推了智能机器人的进步。智能机器人除了完成特定任务之外，人机交互的性能决定了用户使用智能机器人的感受和持续性。在人机交互过程中，面向用户至关重要。智能机器人的面部方向，可以通过图像识别用户人脸方位来实现，但是存在多个用户，或者当前时刻，用户不在视觉范围的情况下，采用图像识别的方式不能解决问题。而通过声音辨识用户方向，既有利于信号检测和处理，又符合人类的交流习惯。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供基于幅值比较的麦克风阵列声音方向识别方法，根据声音信号的最大幅值，判断声音的准确方向。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于幅值比较的麦克风阵列声音方向识别方法，包括进行集中控制的处理器，以及等间距设置在圆周上的N个采集声音信号的麦克风，所述的处理器设置声音方向判别方法，包括以下步骤：
(1)、声音信号采集：所述的处理器采集所述的麦克风的输出声音信号si k，i为所述的麦克风编号，iϵ{0,1,2...N-1}，k=0,1,2,3...,si k为设置在所述的云台的i*2π/N方向上的麦克风在第k次测量时输出的声音信号；
(2)、信号幅值比较：所述的处理器在计算区间n内，计算声音信号的极大值maxi=MAX{si k}，kϵ[x-n+1,x]，其中MAX为求极大值运算符，x为当前最新的采样序号，进行数值比较得到声音信号极大值maxi的最大值所对应的麦克风编号m；
(3)、声音定向：所述的麦克风m与左侧的麦克风m-1的极大值差Δmaxm-1=maxm-maxm-1，如果m为0，则左侧的麦克风编号为N-1；所述的麦克风m与右侧的麦克风m+1的极大值差Δmaxm+1=maxm-maxm+1，如果m为N-1，则左侧的麦克风编号为0；声音方向θ=(m-1/2)*2π/N+(
Figure 686042DEST_PATH_IMAGE002
)*2π/N。
本发明的有益效果主要表现在：1，根据声音信号的最大幅值，判断方向，为智能机器人及监控云台提供数据；2，进行数据处理，细分声音方向的角度值，实现最少的硬件配置得到高精度的方向值。
附图说明
图1是本发明的信号处理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述：
参照图1，基于幅值比较的麦克风阵列声音方向识别方法，包括进行集中控制的处理器，以及等间距设置在圆周上的N个采集声音信号的麦克风。所述的处理器负责进行声音信号的处理，以及声音方向判断；所述的麦克风从不同的朝向采集声音信号，正对声音源的麦克风可以采集到最大的声音信号。
所述的处理器设置声音方向判别方法，包括以下步骤：
(1)、声音信号采集：所述的处理器采集所述的麦克风的输出声音信号si k，i为所述的麦克风编号，iϵ{0,1,2...N-1}，k=0,1,2,3...,si k为设置在i*2π/N方向上的麦克风在第k次测量时输出的声音信号；
所述的麦克风等间距设置在圆周上，并按顺序进行编号，因此根据所述的麦克风的编号就可以确定其方向。
(2)、信号幅值比较：所述的处理器在计算区间n内，计算声音信号的极大值maxi=MAX{si k}，kϵ[x-n+1,x]，其中MAX为求极大值运算符，x为当前最新的采样序号，进行数值比较得到声音信号极大值maxi的最大值所对应的麦克风编号m，即maxm=MAX{maxi}；
正向面对声源的麦克风获得最大的声音信号，并且声音信号为交流震荡信号，因此采用在计算区间n内的极大值作为计算声音信号强度的参数。
(3)、声音定向：所述的麦克风m与左侧的麦克风m-1的极大值差Δmaxm-1=maxm-maxm-1，如果m为0，则左侧的麦克风编号为N-1；所述的麦克风m与右侧的麦克风m+1的极大值差Δmaxm+1=maxm-maxm+1，如果m为N-1，则左侧的麦克风编号为0；声音方向θ=(m-1/2)*2π/N+(
Figure DEST_PATH_IMAGE003
)*2π/N。
步骤(3)计算声音的方向：所述的麦克风的编号m可以确定声音的大致方向为m*2π/N，为了进一步确定声音的方向，需要利用编号m+1和m-1的麦克风的声音信号进行细分。以编号m-1和m的麦克风之间的中线角度(m-1/2)*2π/N为起始角度，以编号m和m+1的麦克风之间的中线角度(m+1/2)*2π/N为最大角度，按照极大值差Δmaxm-1与Δmaxm+1之间的比列关系进行细分，极大值差越小，则声音方向θ越偏向与对应的麦克风的角度。

Claims (1)

1.基于幅值比较的麦克风阵列声音方向识别方法，包括进行集中控制的处理器，以及等间距设置在圆周上的N个采集声音信号的麦克风，其特征在于：所述的处理器设置声音方向判别方法，包括以下步骤：
(1)、声音信号采集：所述的处理器采集所述的麦克风的输出声音信号si k，i为所述的麦克风编号，iϵ{0,1,2...N-1}，k=0,1,2,3...,si k为设置在i*2π/N方向上的麦克风在第k次测量时输出的声音信号；
(2)、信号幅值比较：所述的处理器在计算区间n内，计算声音信号的极大值maxi=MAX{si k}，kϵ[x-n+1,x]，其中MAX为求极大值运算符，x为当前最新的采样序号，进行数值比较得到声音信号极大值maxi的最大值所对应的麦克风编号m，即maxm=MAX{maxi}；
(3)、声音定向：所述的麦克风m与左侧的麦克风m-1的极大值差Δmaxm-1=maxm-maxm-1，如果m为0，则左侧的麦克风编号为N-1；所述的麦克风m与右侧的麦克风m+1的极大值差Δmaxm +1=maxm-maxm+1，如果m为N-1，则左侧的麦克风编号为0；声音方向θ=(m-1/2)*2π/N+(
Figure 322003DEST_PATH_IMAGE002
)*2π/N。
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