TW202215421A - 指向音源探取裝置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本發明關於一種指向音源探取裝置，其主要包括有一收音模組、一處理模組、一選擇模組及一揚聲器。該收音模組於一波束所指向的範圍內接收一聲音訊號，再由該處理模組處理該聲音訊號，以放大與該選擇模組所選擇的一探取標的所對應之一音源的一聲音特徵點音訊，以產生一探取音源，且降低或屏蔽其他音源的聲音特徵點音訊以產生複數個調整音源後，再將該探取音源與該些調整音源合併產生一輸出聲音訊號，使該揚聲器可輸出該輸出聲音訊號。指向音源探取裝置係可選擇性地擷取探取音源，且降低或屏蔽其他雜音，俾利使用者聽取特定對象的音訊。

Description

指向音源探取裝置及其方法
本發明涉及一種音源探取的技術，尤指一種指向擷取特定目標的音訊之指向音源探取裝置及其方法。
按，在一吵雜環境中，由於周圍的高分貝環境音或其他人聲容易蓋過一特定對象的聲音，使得使用者在該環境下難以聽取該特定對象的聲音。例如上課時同學過於吵雜，而無法聽到老師上課的聲音，或是在大自然中的風速太大，進而帶動河流或樹葉發出聲響，使得使用者無法聽到自然環境中的鳥叫聲。
在此情況下，先前技術通常會利用一收音罩裝置於一收音裝置上，使得收音裝置透過物理限縮的方式，專注於接收該收音方向上的聲音。
然而，此種方法並無法有效判別特定對象的聲音外，在該收音方向上接收到多個高分貝聲響時，亦無法有效的判別且聽取特定對象的聲音。另外，透過物理限縮的方式，容易因外部環境的風速過大，使得該收音罩接收到風導流於該收音罩上時發出的聲響，進而影響收音的判別。
因此，現今技術上亟需一種屏除物理限縮收音範圍的方式，且可有效地聽取特定對象聲音的方法，藉以改善先前技術所存在的問題。
本發明之目的在於提供一種指向音源探取裝置，其主要是利用聲波探取波束範圍上的聲音，且依據相關處理擷取特定對象的聲音(探取音源)，進而降低或屏蔽其他聲響後，使得使用者可有效聽取特定對象的聲音，藉以有效改善先前技術的問題。
為達上揭之目的者，本發明係提供一種指向音源探取裝置，其包括：一收音模組，其係於一波束所指向的範圍內接收一聲音訊號；一處理模組，其與該收音模組連結以接收該聲音訊號，並分離該聲音訊號內的複數個音源，該處理模組係依據複數個聲紋資料比對出該些音源中的一聲音特徵點，且該處理模組係接收一探取標的，並運用一深度學習演算法擷取該些該聲音特徵點中對應該探取標的之該音源的一聲音特徵點音訊，且放大對應該探取標的之該音源內的該聲音特徵點音訊以產生一探取音源，並降低或屏蔽其他該些音源內的該聲音特徵點音訊以產生複數個調整音源，其中該處理模組係針對該探取音源以及該些調整音源執行一合成程序，使得該探取音源與該些調整音源合併生成一輸出聲音訊號；一選擇模組，其與該處理模組連結以接收該些聲音特徵點，且選擇至少一該聲音特徵點為該探取標的；以及一揚聲器，其與該處理模組連結以接收並輸出該輸出聲音訊號。
較佳地，所述之指向音源探取裝置進一步包括：一探取模組，其於一探取範圍內提供一聲波；以及一發送模組，其於該探取範圍內施加一分離聲波至該聲波上，使得該聲波分離成兩個方向性的一第一聲波及一第二聲波；其中，該收音模組接收該第一聲波及該第二聲波，且於該第一聲波與該第二聲波的重疊區域上形成該波束。
較佳地，所述之指向音源探取裝置進一步包括：一第一探取模組，其於一第一探取範圍內提供一第一聲波；以及一第二探取模組，其於一第二探取範圍內提供一第二聲波；其中，該收音模組接收該第一聲波及該第二聲波，且於該第一聲波與該第二聲波的重疊區域上形成該波束。
較佳地，所述之指向音源探取裝置進一步包括：一暫存器，其與該處理模組連結以儲存該些聲紋資料、該聲音訊號、該些聲音特徵點、該些聲音特徵點音訊、該輸出聲音訊號或其二者以上之組合。
較佳地，其中該波束所指向的範圍係為10度至90度之間。
較佳地，其中該聲音訊號的頻率範圍係為0至20000 HZ。
較佳地，所述之指向音源探取裝置進一步包括：一激活模組，其與該處理模組及該收音模組連結，該激活模組從該收音模組接收該聲音訊號，且依據一激活門檻值與該聲音訊號的一聲源資料相比對，以判斷是否啟動該處理模組，當該聲源資料超出該激活門檻值時，該激活模組啟動該處理模組，使該處理模組分離該聲音訊號內的該些音源，當該聲源資料低出該激活門檻值時，該激活模組則繼續接收另一個該聲音訊號。
較佳地，該聲源資料包括一分貝值或一頻率值。
較佳地，該收音模組係於一判斷時期內接收複數該聲音訊號，且於該判斷時期內選定至少一負分貝時間點上所接收到的該聲音訊號且發送予該處理模組，其中該負分貝時間點係包括該聲音訊號的聲音分貝低於一負分貝門檻值的時間點。
本發明之另一目的在於提供一種指向音源探取方法，其主要是利用聲波探取波束範圍上的聲音，且依據相關處理擷取特定對象的聲音(探取音源)，進而降低或屏蔽其他聲響後，使得使用者可有效聽取特定對象的聲音，藉以有效改善先前技術的問題。
為達上揭之目的者，本發明係提供一種應用於如上所述之指向音源探取裝置上的指向音源探取方法。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文茲配合各圖式所列舉之具體實施例詳加說明。
本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明可以不同形式來實現，故不應被理解為其本發明僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所為定義。
另外，術語「包括」及/或「包含」指所述特徵、區域、整體、步驟、操作、元件及/或部件的存在，但不排除一個或多個其他特徵、區域、整體、步驟、操作、元件、部件及/或其組合的存在或添加。
為使  貴審查委員方便瞭解本發明之內容，以及所能達成之功效，茲配合圖式列舉之各項具體實施例以詳細說明如下：
請參閱圖1，其係為本發明之元件配置關係示意圖。如圖所示，本發明主要是由一收音模組10、一處理模組20、一選擇模組30及一揚聲器40所構成。其中該收音模組10具體可為一麥克風或其他相關可接收到外部聲音的裝置，而為了有效的接收到特定對象的聲音，在本發明中係將該收音模組10的收音範圍限制在一波束所指向的範圍內，進而從該波束的範圍內接收到一聲音訊號11，又，當該波束範圍內的聲音過於吵雜而無法有效擷取到特定對象的聲音時，該收音模組10進一步會在一判斷時間中接收複數該聲音訊號，且於該判斷時間內選定至少一負分貝時間點上所接收到的該聲音訊號11以發送予該處理模組20，其中該負分貝時間點係包括該聲音訊號11的聲音分貝低於一負分貝門檻值(例如60分貝或其他不會讓特定對象的聲音被蓋過的分貝值上)的時間點。該負分貝時間點的設置目的在於，例如在上課的環境中，同學分的聲音雖然吵雜，但是人講話的聲量並無法隨時保持在高分貝聲量上，因此，當收音模組10擷取到該負分貝時間點上(即同學們的講話分貝較低的時間點上)的該聲音訊號11時，該收音模組10即可利用該聲音訊號進行後續的處理判別。
該處理模組20具體可為一種中央處理器或是其他可進行資料處理的裝置，該處理模組20係與該收音模組10連結時，係可接收到該收音模組10所接收到的該聲音訊號11，此時，該處理模組20係會先分離該聲音訊號11內的複數個音源21(例如特定對象的聲音及其他人聲)，當各該音源21被分離出來後，為了有效的分辨該些音源21的差異，以藉由其差異進行特定對象的選取，故該處理模組還會利用複數個聲紋資料22比對出該些音源21中的一聲音特徵點211，其中該些聲紋資料22係可透過一段時間的聲音學習或是原先暫存器所儲存的資料而來。此時，該選擇模組30係可藉由與該處理模組20連接而接收到該些聲音特徵點211，在具體的實施例中，該選擇模組30係可藉由顯示一選擇介面給使用者選擇，或是利用自動選擇的方式(例如已設定需擷取的對象時)選擇至少一該聲音特徵點211為一探取標的31，在發送給該處理模組20。
當該處理模組20接收到該探取標的31時，則會運用一深度學習演算法擷取該些聲音特徵點211中對應該探取標的31之該音源21的一聲音特徵點音訊212，且放大對應該探取標的31之該音源21內的該聲音特徵點音訊212以產生一探取音源23。
除了上述突顯該探取音源23的動作，該處理模組20進一步還會降低或屏蔽掉其他該些音源21內的該聲音特徵點音訊212以產生複數個調整音源24，且針對該探取音源23以及該些調整音源24執行一合成程序，使得該探取音源23與該些調整音源24合併產生一輸出聲音訊號25，如此，該輸出聲音訊號25中則會包括有被突顯的該探取音源23及被削弱或靜音的該些調整音源24。
之後，該揚聲器40即可藉由與該處理模組20連接的方式接收該輸出聲音訊號25，且將該輸出聲音訊號25輸出給使用者聽取。進而有效達成選擇性地擷取探取音源23，且降低或屏蔽其他雜音，俾利使用者聽取特定對象的音訊等功效。
另外，由於數位訊號或類比訊號之間的轉換，或是處理係為傳統習知的技術，故在上述訊號接收或輸出的動作中，係不贅述先前技術中已知的動作。
請再參閱圖2至圖4，其係為本發明之一實施例之探取模組及發送模組配置示意圖、另一實施例之第一探取模組及第二探取模組配置示意圖、以及第一聲波及第二聲波形成波束的示意圖。如圖所示，為了有效提供該收音模組10可於該波束12指向的範圍上獲取該聲音訊號11，本發明係舉例提供二種實現的方式，其一實施例係為該指向音源探取裝置進一步包括一探取模組50及一發送模組60，該探取模組50係可於在一探取範圍內提供一聲波，而該探取範圍係可例如為指向音源探取裝置所面向的廣角範圍，該發送模組60則是在該探取範圍上提供一分離聲波至該聲波上，使得該聲波分離成在該探取範圍上的兩個方向性的一第一聲波13及一第二聲波14，且該第一聲波13及該第二聲波14之間係形成有一重疊區域OA，此時，由於該收音模組10係可配備有波束12形成的功能，因此，當該收音模組10接收到該第一聲波13及該第二聲波14時，即可於該重疊區域OA上形成該波束12，進而於該波束12範圍上擷取該聲音訊號11。
而另一實施例中，該指向音源探取裝置則是可包括有一第一探取模組71及一第二探取模組72，以直接利用該第一探取模組71於一第一探取範圍內提供一第一聲波13，以及該第二探取模組72於該第二探取範圍內提供一第二聲波14，值得注意的是，為了提供該收音模組10形成該波束，故該第一探取範圍及該第二探取範圍理當具有該重疊區域OA，使得該收音模組10接收到該第一聲波13及該第二聲波14時，即可於該重疊區域OA上形成該波束12，進而於該波束12範圍上擷取該聲音訊號11。
如此，本發明至少可利用上述各實施例所提供的方式，以達成指向性擷取該聲音訊號的功效。
請再參閱圖5，其係為本發明之激活模組配置示意圖。如圖所示，為了有效節省電源，故本發明之該指向音源探取裝置進一步可包括有一激活模組80，其係與該處理模組20及該收音模組10連結，該激活模組80從該收音模組10接收到該聲音訊號11，且依據該負分貝門檻值81與該聲音訊號11的一聲源資料111(例如一分貝值)相比對，以判斷是否啟動該處理模組20，舉例來說，當該聲源資料111低於該負分貝門檻值81(例如上述之60分貝)時，該激活模組80啟動該處理模組10，使該處理模組10分離該聲音訊號11內的該些音源21，當該聲源資料111高於該負分貝門檻值81時，該激活模組80則繼續接收另一個該聲音訊號11，以進行相關激活程序的判斷。藉以有效地提供本發明之指向音源探取裝置省電的功能。
請再參閱圖6，其係為本發明之步驟流程圖。如圖所示，本發明主要係可依據下列步驟流程，以達成如上述之有效聽取探取音源之功能，其係包括：
S01：收音模組於一波束所指向的範圍內接收聲音訊號；
S02：處理模組分離該聲音訊號內的複數個音源；
S03：處理模組依據聲紋資料比對出該些音源中的聲音特徵點；
S04：選擇模組接收該些聲音特徵點，且選擇至少一聲音特徵點為探取標的；
S05：處理模組接收探取標的，並運用深度學習演算法擷取該些聲音特徵點中對應探取標的之音源的一聲音特徵點音訊；
S06：處理模組放大或放大及移頻對應探取標的之音源內的該聲音特徵點音訊以產生一探取音源，並降低或屏蔽其他該些音源內的聲音特徵點音訊以產生複數個調整音源；
S07：處理模組針對探取音源以及該些調整音源執行合成程序，使得探取音源與該些調整音源合併產生一輸出聲音訊號；
S08：揚聲器接收並輸出該輸出聲音訊號。
藉此，本發明即可有效提供具有選擇性地擷取探取音源的裝置，且降低或屏蔽其他雜音的功能，俾利使用者聽取特定對象的音訊。
本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論就目的、手段與功效，在在顯示其迥異於習知之技術特徵，且其首先發明合於實用，亦在在符合發明之專利要件，懇請  貴審查委員明察，並祈早日賜予專利，俾嘉惠社會，實感德便。
10:收音模組 11:聲音訊號 111:聲源資料 12:波束 13:第一聲波 14:第二聲波 20:處理模組 21:音源 211:聲音特徵點 212:聲音特徵點音訊 22:聲紋資料 23:探取音源 24:調整音源 25:輸出聲音訊號 30:選擇模組 31:探取標的 40:揚聲器 50:探取模組 60:發送模組 71:第一探取模組 72:第二探取模組 80:激活模組 81:負分貝門檻值 OA:重疊區域 S01-S08:步驟流程
圖1係為本發明之元件配置關係示意圖； 圖2係為本發明之一實施例之探取模組及發送模組配置示意圖； 圖3係為本發明之另一實施例之第一探取模組及第二探取模組配置示意圖圖； 圖4係為本發明之第一聲波及第二生波形成波束的示意圖； 圖5係為本發明之激活模組配置示意圖； 圖6係為本發明之步驟流程圖。
10:收音模組
11:聲音訊號
20:處理模組
21:音源
211:聲音特徵點
212:聲音特徵點音訊
22:聲紋資料
23:探取音源
24:調整音源
25:輸出聲音訊號
30:選擇模組
31:探取標的
40:揚聲器

Claims (10)

  1. 一種指向音源探取裝置，其包括： 一收音模組，其係於一波束所指向的範圍內接收一聲音訊號； 一處理模組，其與該收音模組連結以接收該聲音訊號，並分離該聲音訊號內的複數個音源，該處理模組係依據複數個聲紋資料比對出該些音源中的一聲音特徵點，且該處理模組係接收一探取標的，並運用一深度學習演算法擷取該些該聲音特徵點中對應該探取標的之該音源的一聲音特徵點音訊，且放大對應該探取標的之該音源內的該聲音特徵點音訊以產生一探取音源，並降低或屏蔽其他該些音源內的該聲音特徵點音訊以產生複數個調整音源，其中該處理模組係針對該探取音源以及該些調整音源執行一合成程序，使得該探取音源與該些調整音源合併生成一輸出聲音訊號； 一選擇模組，其與該處理模組連結以接收該些聲音特徵點，且選擇至少一該聲音特徵點為該探取標的；以及 一揚聲器，其與該處理模組連結以接收並輸出該輸出聲音訊號。
  2. 如請求項1所述之指向音源探取裝置，其進一步包括： 一探取模組，其於一探取範圍內提供一聲波；以及 一發送模組，其於該探取範圍內施加一分離聲波至該聲波上，使得該聲波分離成兩個方向性的一第一聲波及一第二聲波； 其中，該收音模組接收該第一聲波及該第二聲波，且於該第一聲波與該第二聲波的重疊區域上形成該波束。
  3. 如請求項1所述之指向音源探取裝置，其進一步包括： 一第一探取模組，其於一第一探取範圍內提供一第一聲波；以及 一第二探取模組，其於一第二探取範圍內提供一第二聲波； 其中，該收音模組接收該第一聲波及該第二聲波，且於該第一聲波與該第二聲波的重疊區域上形成該波束。
  4. 如請求項1所述之指向音源探取裝置，其進一步包括： 一暫存器，其與該處理模組連結以儲存該些聲紋資料、該聲音訊號、該些聲音特徵點、該些聲音特徵點音訊、該輸出聲音訊號或其二者以上之組合。
  5. 如請求項1所述之指向音源探取裝置，其中該波束所指向的範圍係為10度至90度之間。
  6. 如請求項1所述之指向音源探取裝置，其中該聲音訊號的頻率範圍係為0至20000 HZ。
  7. 如請求項1所述之指向音源探取裝置，其進一步包括： 一激活模組，其與該處理模組及該收音模組連結，該激活模組從該收音模組接收該聲音訊號，且依據一激活門檻值與該聲音訊號的一聲源資料相比對，以判斷是否啟動該處理模組，當該聲源資料超出該激活門檻值時，該激活模組啟動該處理模組，使該處理模組分離該聲音訊號內的該些音源，當該聲源資料低出該激活門檻值時，該激活模組則繼續接收另一個該聲音訊號。
  8. 如請求項7所述之指向音源探取裝置，其中，該聲源資料包括一分貝值或一頻率值。
  9. 如請求項1所述之指向音源探取裝置，其中，該收音模組係於一判斷時期內接收複數該聲音訊號，且於該判斷時期內選定至少一負分貝時間點上所接收到的該聲音訊號且發送予該處理模組，其中該負分貝時間點係包括該聲音訊號的聲音分貝低於一負分貝門檻值的時間點。
  10. 一種應用於如請求項1至9中任一項所述之指向音源探取裝置上的指向音源探取方法。
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