CN115150712A - 一种车载麦克风系统及汽车 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种车载麦克风系统及汽车，该车载麦克风系统包括：麦克风阵列，麦克风阵列包括围成圆形的多个第一麦克风，以及围成椭圆形的多个第二麦克风；其中，多个第一麦克风围成的圆形与多个的第二麦克风围成的椭圆形共心，且多个第一麦克风围成的圆形与多个第二麦克风围成的圆形相交；音频协处理器，用于根据音频信号到达任意第一麦克风和任意的第二麦克风之间的时间差以及该第一麦克风和第二麦克风的位置，确定声源。在上述技术方案中，通过采用设置的麦克风在阵列可以实现计算声源到麦克风阵列的角度和距离，从而在期望的方向上拾取信号，达到同时提取声源和抑制噪声的目的。同现有技术比较，能够提高声音的识别率，改善用户体验。
Description
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及汽车技术领域，尤其涉及一种车载麦克风系统及汽车。
背景技术
随着汽车的不断发展，汽车越来越智能，汽车不仅仅作为用户的交通工具，更具备了平台的功能，实现用户与车辆的信息交互。
为实现人机交互，需要通过麦克风采集用户的声音。车内麦克风主要用于蓝牙接听电话，以及导航语音的播放等功能。mic的学名其实叫做传声器，是一种将音频信号转换为电信号的能量转换器件，并直接由而麦克风的原理即是由声音的振动传到麦克风的振膜上，推动里面的磁铁形成变化的电流，这样变化的电流送到后面的声音处理电路进行放大处理。无线mic一般可分为三个频段，即FM段、VHF段和UHF段。FM段的无线麦克风机构简单、成本低，但音质较差；VHF段频率较高，收到的干扰较少，同时采用晶体锁频，就收性能较为稳定；UHF段几乎没有其他的外来频率可以干扰，同时U段多使用贴片元件，性能非常的稳定，且音质好。
但是由于车内声音比较复杂，在实现人车交互时，车辆的麦克风系统无法准确的获取用户的声音信息，导致用户体验较差。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提一种车载麦克风系统及汽车，用以改善用户的体验。
第一方面，提供了一种车载麦克风系统，该车载麦克风系统包括：麦克风阵列，所述麦克风阵列包括围成圆形的多个第一麦克风，以及围成椭圆形的多个第二麦克风；其中，所述多个第一麦克风围成的圆形与所述多个的第二麦克风围成的椭圆形共心，且所述多个第一麦克风围成的圆形与所述多个第二麦克风围成的圆形相交；音频协处理器，用于根据音频信号到达任意第一麦克风和任意的第二麦克风之间的时间差以及该第一麦克风和第二麦克风的位置，确定声源。
在上述技术方案中，通过采用设置的麦克风在阵列可以实现计算声源到麦克风阵列的角度和距离，从而在期望的方向上拾取信号，达到同时提取声源和抑制噪声的目的。同现有技术比较，能够提高声音的识别率，改善用户体验。
在一个具体的可实施方案中，所述多个第一麦克风中，其中的四个第一麦克风位于所述多个第二麦克风围成的椭圆。
在一个具体的可实施方案中，所述所述第一麦克风的个数为6个；所述第二麦克风的个数为10个。
在一个具体的可实施方案中，每个第二麦克风均位于所述多个第一麦克风围成的圆形的外侧。
在一个具体的可实施方案中，所述6个第一麦克风中，4个所述第一麦克风位于所述椭圆，另外两个第一麦克风位于所述椭圆内。
在一个具体的可实施方案中，所述音频协处理器具体用于根据音频信号到达任意第一麦克风和任意的第二麦克风之间的时间差以及该第一麦克风和第二麦克风的位置，得到声源位置坐标的方程组，根据方程组计算得到声源的精确方位坐标。
在一个具体的可实施方案中，所述音频协处理器还用于，对多个第一麦克风和多个第二麦克风记录的音频信号进行频谱转换，获得频谱特征矩阵；进行互谱运算；以每个网点作为假象声源计算每个麦克风接收到的音频信号；将实测结果和假想结果进行匹配度分析，并将匹配度最好的作为声源位置。
在一个具体的可实施方案中，所述多个第一麦克风和所述多个第二麦克风的频率响应一致，采样时钟同步。
在一个具体的可实施方案中，所述多个第一麦克风沿围成的椭圆形均匀排布；所述多个第二麦克风沿围成的圆形均匀排布。
第二方面，提供了一种汽车，该汽车包括车体以及设置在所述车体内的上述任一项所述的车载麦克风系统。
在上述技术方案中，通过采用设置的麦克风在阵列可以实现计算声源到麦克风阵列的角度和距离，从而在期望的方向上拾取信号，达到同时提取声源和抑制噪声的目的。同现有技术比较，能够提高声音的识别率，改善用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的车载麦克风系统的结构框图；
图2为本申请实施例提供的麦克风阵列的结构框图；
图3为本申请实施例提供的电子设备的结构框图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指现该词前面的元件或者物件涵盖现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为方便理解本申请实施例提供的车载麦克风系统，首先说明一下其应用场景，本申请实施例提供的车载麦克风系统用以采集车内的声音。现有的车载麦克风系统无法清晰的采集声音的来源，因此无法精准的对音频信号进行处理，导致客户体验比较差，为此本申请实施例提供了一种车载麦克风系统，以改善对声音的定位，提高客户的体验。下面结合具体的附图以及实施例对其进行详细的说明。
参考图1，图1示出了本申请实施例提供的麦克风系统的结构框图。在本申请实施例中，车载麦克风系统包括麦克风阵列10以及音频协处理器20。其中，麦克风阵列10用以采集用户的音频信号，而音频协处理器20用于对麦克风系统采集的信号进行处理，以获取声音的位置，并针对声音的位置进行提取声源和抑制噪声，提高提取声音效果的效果。下面逐一进行说明。
一并参考图2，图2示出了麦克风阵列10的排列示意图。在本申请实施例中，麦克风阵列10包括第一麦克风和第二麦克风。其中，第一麦克风和第二麦克风的划分仅仅是为了方便区分不同位置的麦克风。在本申请实施例中，多个第一麦克风和多个第二麦克风的频率响应一致，采样时钟同步。
麦克风阵列10包括多个第一麦克风和多个第二麦克风。其中，多个第一麦克风排列围成圆形，也即多个第一麦克风位于圆形轨迹上。多个第二麦克风围成椭圆形，也即多个第二麦克风位于椭圆形轨迹上。
另外，多个第一麦克风围成的圆形与多个的第二麦克风围成的椭圆形共心，也即圆形与椭圆形公心设置。并且，多个第一麦克风围成的圆形与多个第二麦克风围成的圆形相交。也即圆形轨迹与椭圆形轨迹相交。具体的，圆形轨迹的直径大于椭圆形的短轴的长度。
在具体设置第一麦克风和第二麦克风时，第一麦克风和第二麦克风的个数可为不同的个数，如第一麦克风的个数可为三个、四个、五个、六个等不同的个数。第二麦克风的个数可为三个、四个、五个、六个、七个、八个、十个等不同的个数。作为一个可选的方案，在本申请实施例中，第一麦克风的个数为6个；第二麦克风的个数为10个。其中，6个第一麦克风围成圆形，10个第二麦克风围成椭圆形。
示例性的，第一麦克风为mic0、mic1、mic2、mic3、mic4、mic5、mic6、mic7、mic8、mic9。第一麦克风为mic0、mic10、mic4、mic5、mic11、mic9。
在多个第一麦克风围成圆形时，多个第一麦克风沿围成的圆形均匀排布。示例性的，在第一麦克风的个数为6个时，6个第一麦克风均匀分布在圆形轨迹上，且6个第一麦克风之间等间距排布。
当然，在第一麦克风采用其他的个数时，也可采用相同的方式排布。或者也可采用多个第一麦克风非均匀排布，但是无论采用哪种排布方式，麦克风的位置应为确定的。
在多个第二麦克风围成椭圆形时，多个第二麦克风沿围成的椭圆形均匀排布。示例性的，在第二麦克风的个数为10个时，10个第二麦克风均匀分布在椭圆形轨迹上，且10个第二麦克风之间等间距排布。
当然，在第二麦克风采用其他的个数时，也可采用相同的方式排布。或者也可采用多个第二麦克风非均匀排布，但是无论采用哪种排布方式，麦克风的位置应为确定的。
作为一个可选的方案，多个第一以麦克风中，其中的四个第一麦克风位于多个第二麦克风围成的椭圆。也即在圆形轨迹和椭圆形轨迹的交叉位置上，分别设置麦克风，该麦克风即作为第一麦克风，又作为第二麦克风。也即在所有的麦克风中，部分麦克风仅作为第一麦克风，部分麦克风仅作为第二麦克风，部分麦克风既作为第一麦克风又作为第二麦克风。
另外，在设置第一麦克风和第二麦克风时，每个第二麦克风均位于多个第一麦克风围成的圆形的外侧。如图2中所示，第二麦克风在设置时，除去共用的4个麦克风外其余的6个麦克风均位于圆形轨迹外。
同时，第一麦克风位于椭圆形轨迹上或椭圆形轨迹内。如图2中所示，6个麦克风中，4个第一麦克风位于椭圆，另外两个第一麦克风位于椭圆内。
继续参考图1，音频协处理器20用于用于根据音频信号到达任意第一麦克风和任意的第二麦克风之间的时间差以及该第一麦克风和第二麦克风的位置，确定声源。
音频协处理器20(MCU)可运行降噪算法和功放回采，支持多路输入，且能够保证输入同频同相。
音频协处理器20具体用于根据音频信号到达任意第一麦克风和任意的第二麦克风之间的时间差以及该第一麦克风和第二麦克风的位置，得到声源位置坐标的方程组，根据方程组计算得到声源的精确方位坐标。
具体的，音频协处理器20通过基于TDOA(Time Difference Of Arrival，到达时间差)的声源定位技术。计算音频信号到达两麦克风之间的时间差，从而得到声源位置坐标的方程组。然后求解方程组即可得到声源的精确方位坐标。
音频协处理器20还用于，对多个第一麦克风和多个第二麦克风记录的音频信号进行频谱转换，获得频谱特征矩阵；进行互谱运算；以每个网点作为假象声源计算每个麦克风接收到的音频信号；将实测结果和假想结果进行匹配度分析，并将匹配度最好的作为声源位置。
具体的，音频协处理器20通过波束形成技术，将麦克风阵列10测量得到的信号转化成扫描平面的声源分布：首先对12个麦克风记录的音频信号进行频谱转换，获得其频谱特性矩阵P(f)，然后进行互谱运算；同时，以扫描平面的每一个网格点作为假想声源，计算麦克风点接收到的音频信号；再将实测结果和假想结果进行匹配度分析，求其自谱，匹配度最高者即为声源位置，从而达到同时提取声源和抑制噪声的目的。
通过上述描述可看出，通过采用设置的麦克风在阵列可以实现计算声源到麦克风阵列10的角度和距离，从而在期望的方向上拾取信号，达到同时提取声源和抑制噪声的目的。同现有技术比较，能够提高声音的识别率，改善用户体验。
为方便理解，本申请实施例提供的上述在乘车麦克风系统，本申请实施例还提供了一种乘车麦克风系统的使用方法。具体包括以下步骤：
步骤001：通过多个第一麦克风和第二麦克风获取音频信号。
具体的，通过每个第一麦克风和每个第二麦克风采集音频信号。另外，通过已知的每个麦克风的位置，从而得到麦克风的位置及对应的音频信号。
步骤002：根据音频信号到达任意第一麦克风和任意的第二麦克风之间的时间差以及该第一麦克风和第二麦克风的位置，得到声源位置坐标的方程组。
具体的，音频协处理器通过基于TDOA(Time Difference Of Arrival，到达时间差)的声源定位技术。计算音频信号到达两麦克风之间的时间差，从而得到声源位置坐标的方程组。上述TDOA(Time Difference Of Arrival，到达时间差)的声源定位技术为本领域已知的定位技术，在此不再赘述。
步骤003：根据方程组计算得到声源的精确方位坐标。
通过上述方程式的求解可得到对应的声源位置。
当然，除了上述方式外，还可通过频谱特征来确定声源位置。示例性的，首先，对多个第一麦克风和多个第二麦克风记录的音频信号进行频谱转换，获得频谱特征矩阵。之后，再进行互谱运算。以麦克风所在的平面构建网格，以每个网点作为假象声源计算每个麦克风接收到的音频信号，将实测结果和假想结果进行匹配度分析，并将匹配度最好的作为声源位置。
本申请实施例还提供了一种汽车，该汽车包括车体以及设置在车体内的上述任一项的车载麦克风系统。在上述技术方案中，通过采用设置的麦克风在阵列可以实现计算声源到麦克风阵列的角度和距离，从而在期望的方向上拾取信号，达到同时提取声源和抑制噪声的目的。同现有技术比较，能够提高声音的识别率，改善用户体验。
需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
图3示了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。
处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。
存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。
输入/输接口1030用于连接输入/输模块，以实现信息输入及输。输入输/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。
通信接口1040用于连接通讯模块(图中未示)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通讯模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。
总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输接口1030和通信接口1040)之间传输信息。
需要说明的是，尽管上述设备仅示了处理器1010、存储器1020、输入/输接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示或可以不示与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车载麦克风系统，其特征在于，包括：
麦克风阵列，所述麦克风阵列包括围成圆形的多个第一麦克风，以及围成椭圆形的多个第二麦克风；其中，所述多个第一麦克风围成的圆形与所述多个的第二麦克风围成的椭圆形共心，且所述多个第一麦克风围成的圆形与所述多个第二麦克风围成的圆形相交；
音频协处理器，用于根据音频信号到达任意第一麦克风和任意的第二麦克风之间的时间差以及该第一麦克风和第二麦克风的位置，确定声源。
2.根据权利要求1所述的车载麦克风系统，其特征在于，所述多个第一麦克风中，其中的四个第一麦克风位于所述多个第二麦克风围成的椭圆。
3.根据权利要求2所述的车载麦克风系统，其特征在于，所述所述第一麦克风的个数为6个；所述第二麦克风的个数为10个。
4.根据权利要求2所述的车载麦克风系统，其特征在于，每个第二麦克风均位于所述多个第一麦克风围成的圆形的外侧。
5.根据权利要求4所述的车载麦克风系统，其特征在于，所述6个第一麦克风中，4个所述第一麦克风位于所述椭圆，另外两个第一麦克风位于所述椭圆内。
6.根据权利要求1～5任一项所述的车载麦克风系统，其特征在于，所述音频协处理器具体用于根据音频信号到达任意第一麦克风和任意的第二麦克风之间的时间差以及该第一麦克风和第二麦克风的位置，得到声源位置坐标的方程组，根据方程组计算得到声源的精确方位坐标。
7.根据权利要求6所述的车载麦克风系统，其特征在于，所述音频协处理器还用于，对多个第一麦克风和多个第二麦克风记录的音频信号进行频谱转换，获得频谱特征矩阵；进行互谱运算；以每个网点作为假象声源计算每个麦克风接收到的音频信号；将实测结果和假想结果进行匹配度分析，并将匹配度最好的作为声源位置。
8.根据权利要求6所述的车载麦克风系统，其特征在于，所述多个第一麦克风和所述多个第二麦克风的频率响应一致，采样时钟同步。
9.根据权利要求6所述的车载麦克风系统，其特征在于，所述多个第二麦克风沿围成的椭圆形均匀排布；所述多个第一麦克风沿围成的圆形均匀排布。
10.一种汽车，其特征在于，包括车体以及设置在所述车体内的如权利要求1～9任一项所述的车载麦克风系统。
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