CN115580809A - 一种声音定位补偿方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种声音定位补偿方法和装置，该方法包括：在差异检测阶段，获取麦克风阵列中各麦克风对从标准声源采集的声音信号转换得到的电信号，根据各麦克风的电信号确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息；其中，麦克风阵列中各麦克风与所述标准声源之间的距离相同；在声音定位阶段，获取麦克风阵列中各麦克风对从待定位声源采集的声音信号转换得到的电信号，根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。本发明可以消除麦克风的个体差异，提高麦克风阵列定位的精度。

Description

一种声音定位补偿方法和装置
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种声音定位补偿方法和装置。
背景技术
在日常生活中，我们的耳朵会听到各种声音并进行识别定位，即所谓的“听声辨位”。有人发出声音的时候，人耳可以轻易知道发声的人在什么方位和大概距离；人耳也可轻易判断出一辆从身边驶过的汽车的来车方向，甚至能大致知道汽车有多远。
然而，人耳的原始声音定位功能只是为了解决生活和生存的问题，定位精度非常有限。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供了一种声音定位补偿方法和装置，可以消除麦克风的个体差异，提高麦克风阵列定位的精度。
为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种声音定位补偿方法，包括：
获取麦克风阵列中各麦克风对从待定位声源采集的声音信号转换得到的电信号；
根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。
一种声音定位补偿装置，包括：
获取单元，用于获取麦克风阵列中各麦克风对从待定位声源采集的声音信号转换得到的电信号；
定位单元，用于根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。
一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通过总线相连的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的一个或多个计算机程序；所述至少一个处理器执行所述一个或多个计算机程序时实现上述声音定位补偿方法中的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序被处理器执行时实现上述声音定位补偿方法中的步骤。
由上面的技术方案可知，本发明中，在差异检测阶段，利用标准声源测得麦克风阵列中各麦克风的校准信息，在声音定位阶段，先利用麦克风阵列中每个麦克风的校准信息对该麦克风自身的电信号进行差异补偿，再根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。可以看出，本发明是通过对麦克风的差异补偿来减少麦克风阵列中各个麦克风之间的灵敏度和相位一致性的差异，从而能够有效提高声音定位的精度和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一声音定位补偿方法流程图；
图2是本发明实施例二声音定位补偿方法流程图；
图3是本发明实施例麦克风阵列示例图；
图4是本发明实施例声音定位补偿装置的结构示意图；
图5是本发明实施例电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
现代工业化社会的生产生活中，很多场景的声源定位问题，人耳已经无法满足要求。例如，道路上有车辆密集排队时，人耳无法区分是哪一辆汽车按喇叭。随着智能技术的发展和这些应用场景的迫切需要，提出了通过麦克风阵列来模仿人类的两个耳朵，麦克风阵列中使用几个甚至几百个麦克风，相当于长了很多个耳朵，而且麦克风是一种电子器件，输出的电信号和声音大小有比较精确的量化关系，因此可以达到远远高于人耳的定位精度。
在理想状况下，麦克风阵列中的所有麦克风的灵敏度和相位延时是一致的，这样在相同距离的情况下，麦克风拾取到的电信号是一样的，相位也是一样的，如果声源发生移动，各个位置的麦克风拾取到的电信号就会随着距离不同发生不同，我们可以根据麦克风阵列获取到的不同信号来计算并判断声源的具体方位和距离。
但是，麦克风的灵敏度和相位一致性在生产过程中并不能做到严格精确的管控，即使是同一批生产出来的麦克风，由于电子器件的个体差异，灵敏度一般也会有1～5dB左右的差异，相位一致性也会略有差异，因此想要提高声音定位的精度，必须想办法解决麦克风个体之间灵敏度和相位一致性的差异带来的问题。
下面以具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面几个具体实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
参见图1，图1是本发明实施例一声音定位补偿方法流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤101、在差异检测阶段，获取麦克风阵列中各麦克风对从标准声源采集的声音信号转换得到的电信号，根据各麦克风的电信号确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息；其中，麦克风阵列中各麦克风与所述标准声源之间的距离相同；
这里的标准声源可以是具有94分贝(db)声压级的声源。
本步骤101可以由差异检测设备执行，且只需执行一次，用于确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息，在确定了所述校准信息之后可以将其存储到指定存储设备中，供后续使用此麦克风阵列进行定位的定位设备获取，使得定位设备可以在使用此麦克风阵列进行定位的过程中根据所述校准信息进行声音补偿，即执行步骤102。
步骤102、在声音定位阶段，获取麦克风阵列中各麦克风对从待定位声源采集的声音信号转换得到的电信号，根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。
本步骤102可以由定位设备执行，定位设备可以从指定存储设备获取麦风阵列中各麦克风的校准信息，在需要使用所述麦克风阵列定位时，执行本步骤102即可实现定位，相较于现有未进行声音补偿的定位方法，定位精度较高。
在实际应用中，电信号中包含了声音的灵敏度和相位信息，所述相位信息包括相位延时。声音在空气中传播的速度是一样的，如果麦克风阵列中任意两个麦克风的电信号之间有相位差，说明声源与这两个麦克风之间的距离也有距离差，这个距离差就等于相位差乘以声音在空气中传播的速度。如果只知道声源与麦克风的距离，声源可以在以麦克风为中心，距离为半径的球面上，即使是利用多个麦克风去计算，也不一定能判断出方位，而麦克风的灵敏度可以用于方位判断，具体地：麦克风距离声源较近时灵敏度会比较高，麦克风距离声源较远时灵敏度会比较低，因此，麦克风阵列中距离声源较远的一侧的麦克风的灵敏度会低于距离声源较近的一侧的麦克风的灵敏度，比如：声源在麦克风阵列的左边，那么右边的麦克风测得的灵敏度就会小一些。可以利用麦克风的电信号中包括的声音的灵敏度和相位信息与声源的距离之间存在的上述关系，使用麦克风阵列实现声源定位。
这里，麦克风的灵敏度一般是指在94dB的声压级下，用1kHz正弦波进行测量，麦克风在该输入激励下输出信号的幅度(即电信号的幅值)即是麦克风的灵敏度，该指标一般表示为对数单位dBV(相对于1V的分贝数)，表示在给定声压级下麦克风输出信号的电压值。可以通过标准声源测出麦克风的灵敏度。相位延时指的是从标准声源开始播放声音起，到麦克风输出电信号为止所经过的时间，可以通过采样芯片(如ADC芯片)采样麦克风输出电信号并计时得出。
从图1所示方法可以看出，本实施例中，在差异检测阶段利用与麦克风阵列中各麦克风等距的标准声源测得麦克风阵列中各麦克风的校准信息，在声音定位阶段，先利用麦克风阵列中每个麦克风的校准信息对该麦克风自身的电信号进行差异补偿，再根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。本实施例中，通过对麦克风的差异补偿可以减少麦克风阵列中各个麦克风之间的灵敏度和相位一致性的差异，从而能够有效提高声音定位的精度和准确性。
参见图2，图2是本发明实施例二声音定位补偿方法流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤2011、在差异检测阶段，执行步骤2012至步骤2014以确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息：
步骤2012、获取麦克风阵列中各麦克风对从标准声源采集的声音信号转换得到的电信号；其中，麦克风阵列中各麦克风与所述标准声源之间的距离相同；
在实际应用中，麦克风采集到来自标准声源的声音信号后，可以将声音信号转换为电信号后输出。本实施例中采集的是麦克风输出的电信号。
本实施例中，麦克风可以对称放置组成麦克风阵列，比较常见的有十字形，圆环形，矩形、正多边形等分布，例如，麦克风可以放置在矩形上四个角上。
步骤2013、从麦克风阵列中选择一个麦克风作为基准麦克风；
步骤2014、针对麦克风阵列中每一麦克风，根据该麦克风的电信号和基准麦克风的电信号确定该麦克风的校准信息；
本实施例中，所述校准信息包括灵敏度差异值和相位延时差异值；
本实施例中，根据该麦克风的电信号和基准麦克风的电信号确定该麦克风的校准信息，可具体包括：
确定该麦克风的电信号的灵敏度和相位延时，以及基准麦克风的电信号的灵敏度和相位延时；
计算该麦克风与基准麦克风的灵敏度差值和相位延时差异值，将计算的灵敏度差异值和相位延时差异值确定为该麦克风的校准信息。
参见图3所示的麦克风阵列，麦克风1(MIC1)、麦克风2(MIC2)、麦克风3(MIC3)和麦克风4(MIC4)分布在一个圆形上且相邻麦克风等间距。为了确定麦克风的校准信息，可以在圆形的中心部署一标准声源，如果MIC1、MIC2、MIC3和MIC4的灵敏度和相位延时完全一样，则标准声源在4麦克风上产生的电信号是完全一致的。如果实际测出来MIC1、MIC2、MIC3和MIC4有灵敏度和相位延时的差异，则可以记录下差异值，之后进行声音定位算法时根据差异值进行定位补偿，从而可以提高定位精度。
可采用以下步骤确定图3所示麦克风阵列中各麦克风的校准信息：
第一步：将部署图3所示麦克风阵列的设备上电后，让标准声源发声；
第二步：麦克风信号采集系统，采集4个麦克风的电信号，并记录MIC1、MIC2、MIC3和MIC4各自的电信号的灵敏度值和相位延时，假设MIC1、MIC2、MIC3和MIC4的灵敏度值分别为s1，s2，s3，s4，以dBV(分贝)为衡量单位；MIC1、MIC2、MIC3和MIC4的相位延时分别为t1，t2，t3，t4，以秒(s)为衡量单位；
第三步：麦克风信号采集系统，以MIC1为基准麦克风，计算各个麦克风的校准信息如下：
MIC1：灵敏度差异值ds1＝0，相位延时差异值dt1＝0；
MIC2：灵敏度差异值ds2＝s2-s1，相位延时差异值dt2＝t2-t1；
MIC3：灵敏度差异值ds3＝s3-s1，相位延时差异值dt3＝t3-t1；
MIC4：灵敏度差异值ds4＝s4-s1，相位延时差异值dt4＝t4-t1。
第四步：麦克风信号采集系统，将麦克风阵列中各麦克风的校准信息存储在本地存储空间或存储到独立于麦克风信号采集系统的一存储系统中。
之后，就可以在使用麦克风阵列进行定位时，先利用麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，然后再利用各麦克风经差异补偿后的电信号进行定位。
以上步骤2013至步骤2014是图1所示步骤101中“根据各麦克风的电信号确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息”的具体细化。
以上步骤2011至步骤2014是图1所示步骤101的具体细化。
在实际应用中，可以由差异检测设备执行上述步骤2011至步骤2014，并将检测出的麦克风阵列中各麦克风的校准信息提供给后续使用此麦克风阵列进行定位的定位设备，使得定位设备在使用此麦克风阵列进行定位时可以根据麦克风阵列中各麦克风的校准信息进行声音补偿，从而提高定位精度。在具体实现中，差异检测设备检测出麦克风阵列中各麦克风的校准信息之后，可以先将校准信息存储在指定存储设备中，之后，如果某一定位设备要利用该麦克风阵列进行定位，则可以从指定存储设备中获取该麦克风阵列中各麦克风的校准信息，并执行以下步骤2021至2025实现的声音补偿和定位操作。
步骤2021、在声音定位阶段，执行以下步骤2022至步骤2025以实现对待定位声源的定位：
步骤2022、获取麦克风阵列中各麦克风对从待定位声源采集的声音信号转换得到的电信号；
在实际应用中，麦克风采集到来自待定位声源的声音信号后，可以将声音信号转换为电信号后输出。本实施例中采集的是麦克风输出的电信号。
步骤2023、将麦克风阵列中每一麦克风的电信号的灵敏度加上该麦克风的校准信息中的灵敏度差异值；
步骤2024、将麦克风阵列中每一麦克风的电信号的相位延时加上该麦克风的校准信息中的相位延时差异值；
以上步骤2022至步骤2023是图1所示步骤102中“根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿”的具体细化。
步骤2025、根据麦克风阵列中各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。
本实施例中，根据麦克风阵列中各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位，可以根据定位结果执行后续操作，例如在监控场景中，可以调整摄像头，使摄像头能够对声源位置进行视频拍摄。
以上步骤2021至步骤2025是图1所示步骤102的具体细化。
从图2所示方法可以看出，本实施例中，在差异检测阶段，利用与麦克风阵列中各麦克风等距的标准声源测得麦克风阵列中各麦克风的灵敏度和相位延时，并以其中一个麦克风为基准麦克风确定各麦克风的校准信息；在声音定位阶段，先利用麦克风阵列中每个麦克风的校准信息对该麦克风自身的电信号进行差异补偿，再根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。本实施例中，通过对麦克风的差异补偿可以减少麦克风阵列中各个麦克风之间的灵敏度和相位一致性的差异，从而能够有效提高声音定位的精度和准确性。
以上对本发明实施例声音定位补偿方法进行了详细说明，本发明实施例还提供了一种声音定位补偿装置，以下结合图4进行详细说明：
参见图4，图4是本发明实施例声音定位补偿装置的结构示意图，如图4所示，该装置具体包括：
获取单元401，用于获取麦克风阵列中各麦克风对从待定位声源采集的声音信号转换得到的电信号；
定位单元402，用于根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。
图4所示装置中，还包括检测单元403；
所述检测单元403，用于确定所述校准信息，包括：
获取麦克风阵列中各麦克风对从标准声源采集的声音信号转换得到的电信号；
根据各麦克风的电信号确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息；其中，麦克风阵列中各麦克风与所述标准声源之间的距离相同。
图4所示装置中，
所述检测单元403，根据各麦克风的电信号确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息，包括：
从麦克风阵列中选择一个麦克风作为基准麦克风；
针对麦克风阵列中每一麦克风，根据该麦克风的电信号和基准麦克风的电信号确定该麦克风的校准信息。
图4所示装置中，
所述校准信息包括灵敏度差异值和相位延时差异值；
所述检测单元403，根据该麦克风的电信号和基准麦克风的电信号确定该麦克风的校准信息，包括：
确定该麦克风的电信号的灵敏度和相位延时，以及基准麦克风的电信号的灵敏度和相位延时；
计算该麦克风与基准麦克风的灵敏度差值和相位延时差异值，将计算的灵敏度差异值和相位延时差异值确定为该麦克风的校准信息。
图4所示装置中，
所述定位单元402，根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，包括：
将该麦克风的电信号的灵敏度加上该麦克风的校准信息中的灵敏度差异值；
将该麦克风的电信号的相位延时加上该麦克风的校准信息中的相位延时差异值。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，该电子设备包括：至少一个处理器501，以及与所述至少一个处理器501通过总线相连的存储器502；所述存储器502存储有可被所述至少一个处理器501执行的一个或多个计算机程序；所述至少一个处理器501执行所述一个或多个计算机程序时实现图1或图2所示声音定位补偿方法流程图中的步骤。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序被处理器执行时实现图1或图2所示声音定位补偿方法流程图中的步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种声音定位补偿方法，其特征在于，该方法包括：
获取麦克风阵列中各麦克风对从待定位声源采集的声音信号转换得到的电信号；
根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，并根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
确定校准信息的步骤，包括：
获取麦克风阵列中各麦克风对从标准声源采集的声音信号转换得到的电信号；
根据各麦克风的电信号确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息；其中，麦克风阵列中各麦克风与所述标准声源之间的距离相同。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
从麦克风阵列中选择一个麦克风作为基准麦克风；
针对麦克风阵列中每一麦克风，根据该麦克风的电信号和基准麦克风的电信号确定该麦克风的校准信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述校准信息包括灵敏度差异值和相位延时差异值；
根据该麦克风的电信号和基准麦克风的电信号确定该麦克风的校准信息，包括：
确定该麦克风的电信号的灵敏度和相位延时，以及基准麦克风的电信号的灵敏度和相位延时；
计算该麦克风与基准麦克风的灵敏度差值和相位延时差异值，将计算的灵敏度差异值和相位延时差异值确定为该麦克风的校准信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，包括：
将该麦克风的电信号的灵敏度加上该麦克风的校准信息中的灵敏度差异值；
将该麦克风的电信号的相位延时加上该麦克风的校准信息中的相位延时差异值。
6.一种声音定位补偿装置，其特征在于，该装置包括：
获取单元，用于获取麦克风阵列中各麦克风对从待定位声源采集的声音信号转换得到的电信号；
定位单元，用于根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，根据各麦克风经差异补偿后的电信号对待定位声源进行定位。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括检测单元；
所述检测单元，用于确定所述校准信息，包括：
获取麦克风阵列中各麦克风对从标准声源采集的声音信号转换得到的电信号；
根据各麦克风的电信号确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息；其中，麦克风阵列中各麦克风与所述标准声源之间的距离相同。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
所述检测单元，根据各麦克风的电信号确定麦克风阵列中各麦克风的校准信息，包括：
从麦克风阵列中选择一个麦克风作为基准麦克风；
针对麦克风阵列中每一麦克风，根据该麦克风的电信号和基准麦克风的电信号确定该麦克风的校准信息。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
所述校准信息包括灵敏度差异值和相位延时差异值；
所述检测单元，根据该麦克风的电信号和基准麦克风的电信号确定该麦克风的校准信息，包括：
确定该麦克风的电信号的灵敏度和相位延时，以及基准麦克风的电信号的灵敏度和相位延时；
计算该麦克风与基准麦克风的灵敏度差值和相位延时差异值，将计算的灵敏度差异值和相位延时差异值确定为该麦克风的校准信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述定位单元，根据麦克风阵列中每一麦克风的校准信息对该麦克风的电信号进行差异补偿，包括：
将该麦克风的电信号的灵敏度加上该麦克风的校准信息中的灵敏度差异值；
将该麦克风的电信号的相位延时加上该麦克风的校准信息中的相位延时差异值。
11.一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通过总线相连的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的一个或多个计算机程序；其特征在于，所述至少一个处理器执行所述一个或多个计算机程序时实现权利要求1-5中任一权项所述的方法中的步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一权项所述的方法中的步骤。
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