TWI429938B - 聲源監視系統及其方法 - Google Patents

Description

聲源監視系統及其方法

本發明係關於一種監視系統及其方法，特別關於一種聲源監視系統及其方法。

由於社會治安日趨惡化，公司、大樓、商場、金融機構、各種公共或私人的特定空間或環境通常會設置監視系統或閉路電視，以便能夠對特定空間或環境中所發生的相關狀況進行監視與瞭解，進而可以達到對重要事物之保全或意外事故的預防。

一般的監視系統或閉路電視係利用至少一攝影機安裝在所欲進行監視或攝影的特定空間或環境中，並將攝影機所拍攝的影像畫面傳送至相連接的顯示螢幕上，以提供相關保全人員進行即時而同步地監視。目前的監視系統已能對物體移動或動態影像變化進行分析，進而對應驅動攝影機進行特寫攝影。然而，監視系統仍無法準確地依據物體移動或動態影像變化拍攝出意外事件的發生。

因此，習知業者提出一種監控系統，可藉由聲音訊號的變化以估算聲音的來源位置，據以控制攝影機的拍攝方向，進而對聲音的來源位置進行拍攝。然而，在真實吵雜環境中，上述監控系統常因背景噪音的干擾，而無法正確地估算聲音的來源位置，例如計算出跳躍的聲音來源位置，進而造成攝影機無法正確拍攝聲音來源位置的影像。

鑒於以上問題，本發明提出一種聲源監視系統及其方法，藉以解決先前技術所存在因背景噪音的干擾，而無法正確地估算聲音的來源位置，進而造成攝影機無法正確拍攝聲音來源位置的影像之問題。

依據本發明所揭露之聲源監視系統的一實施例，聲源監視系統包括一收音模組、一聲音偵測模組、一聲源定位模組與一攝影模組。其中，收音模組包括複數個收音單元，聲音偵測模組耦接收音模組所包括的每一收音單元與聲源定位模組。每一收音單元用以接收一聲音信號，聲音偵測模組用以將一整合信號或每一聲音信號切割成K個子頻帶，計算每一子頻帶與一背景雜訊的一訊雜比，據以決定是否輸出收音模組所接收的聲音信號。其中，K為大於或等於二的正整數，收音模組所接收的聲音信號相加且正規化(normalized)以形成整合信號。聲源定位模組接收收音模組所接收的聲音信號，以輸出一聲音源位置。攝影模組回應聲音源位置以拍攝相應於聲音源位置的一影像。

依據本發明所揭露之聲源監視方法的一實施例，聲源監視方法包括接收複數個聲音信號。將每一聲音信號或一整合信號切割成K個子頻帶，以計算每一子頻帶與一背景雜訊的一訊雜比，據以決定是否輸出複數個聲音信號至一聲源定位模組，其中K為大於或等於二的正整數，複數個聲音信號相加且正規化(normalized)以形成該整合信號。當傳輸複數個聲音信號至聲源定位模組時，聲源定位模組接收複數個聲音信號以輸出一聲音源位置。當聲源定位模組輸出聲音源位置時，藉由一攝影模組回應聲音源位置以拍攝相應於聲音源位置的一影像。

依據本發明所揭露之聲源監視系統及其方法，可藉由聲音偵測模組判斷出聲源監視系統所配置的空間是否有聲音源的存在。當聲音偵測模組判斷出聲源監視系統所配置的空間具有聲音源時，聲源定位模組再依據收音模組所接收的複數個聲音信號輸出聲音源位置，進而透過攝影模組拍攝相應於聲音源位置的影像。其中，聲音源係為聲源監視系統所配置的空間中特殊事件發生時發出聲音信號的來源。因此，本發明所揭露之聲源監視系統及其方法可提高聲音定位的可靠度。

以上關於本發明的內容說明及以下之實施方式的說明係用以示範及解釋本發明的精神及原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。

請參照「第1圖」，係為依據本發明所揭露之聲源監視系統的一實施例方塊結構示意圖。在本實施例中，聲源監視系統100包括收音模組102、聲音偵測模組104、聲源定位模組106與攝影模組108。其中，收音模組102可包括收音單元50a、50b、50c，收音單元50a、50b、50c分別用以接收聲音信號Sa、Sb、Sc，但本實施例並非用以限定本發明。舉例而言，收音模組102所包括的收音單元數量亦可為五個，收音模組102所接收的聲音信號數量亦可為五個。以下實施例係以收音模組102包括三個收音單元(即收音單元50a、50b、50c)進行描述，但下述實施例並非用以限定本發明。

在本實施例中，聲音偵測模組104耦接收音模組102所包括的收音單元50a、50b、50c與聲源定位模組106。聲源定位模組106耦接攝影模組108。

請參照「第1圖」與「第2圖」，「第2圖」係為依據「第1圖」之聲源監視方法的一實施例流程示意圖。聲源監視方法包括：步驟902：接收三個聲音信號；步驟904：將每一聲音信號或整合信號切割成K個子頻帶，以計算每一子頻帶與背景雜訊的訊雜比，據以決定是否輸出三個聲音信號至聲源定位模組，其中K為大於或等於二的正整數；步驟906：當傳輸三個聲音信號至聲源定位模組時，藉由聲源定位模組接收三個聲音信號以輸出一聲音源位置；以及步驟908：當聲源定位模組輸出聲音源位置時，藉由攝影模組回應聲音源位置以拍攝相應於聲音源位置的影像。

上述步驟902中，聲源監視系統100係利用收音單元50a、50b、50c分別接收聲音信號Sa、Sb、Sc。其中，收音單元50a、50b、50c設置於同一監視空間(未繪製)的不同位置。由於收音單元50a、50b、50c任二者之間相隔一距離，故收音單元50a、50b、50c所接收到的聲音信號Sa、Sb、Sc有所不同。

在本實施例中，聲源監視系統100係利用聲音偵測模組104將整合信號Is或每一聲音信號(即聲音信號Sa、Sb、Sc)切割成三個子頻帶，以計算每一子頻帶與相對應的背景雜訊的訊雜比，據以決定是否輸出收音模組102所接收的聲音信號Sa、Sb、Sc(即步驟904)。其中，整合信號Is係可為收音模組108所接收的聲音信號Sa、Sb、Sc相加且正規化(normalized)後所形成的信號。背景雜訊係可為收音單元50a、50b、50c長期於監視空間進行監控所獲得的信號。更詳細地說，由於收音單元50a、50b、50c長期於監視空間中接收的聲音信號Sa、Sb、Sc，故收音單元50a、50b、50c對於監視空間的背景聲音有累積一定數量的聲音信號Sa、Sb、Sc，累積的聲音信號Sa、Sb、Sc可儲存於聲源監視系統100中，以建立收音單元50a、50b、50c於監視空間的背景雜訊。

在本實施例中，聲音偵測模組104可將整合信號Is或每一聲音信號(即聲音信號Sa、Sb、Sc)切割成三個子頻帶，但本實施例並非用以限定本發明。舉例而言，聲音偵測模組104亦可將整合信號Is或每一聲音信號(即聲音信號Sa、Sb、Sc)切割成五個子頻帶，實際聲音偵測模組104切割整合信號Is或每一聲音信號的子頻帶數量可依據實際需求進行調整。當聲音偵測模組104切割整合信號Is或每一聲音信號的子頻帶數量越大時，越可定義出整合信號Is或每一聲音信號(即聲音信號Sa、Sb、Sc)的頻率變化特性，使聲音偵測模組104可更精確地判斷聲音源V是否存在。以下實施例係以聲音偵測模組104切割整合信號Is或每一聲音信號(即聲音信號Sa、Sb、Sc)成三個子頻帶進行描述，但下述實施例並非用以限定本發明。

請參照「第3圖」，係為依據「第1圖」之聲音偵測模組的第一實施例方塊結構示意圖。在本實施例中，聲音偵測模組104可包括儲存單元200、分解單元202、雜訊估測單元204、擷取單元206a、206b、206c、比較單元208a、208b、208c與判斷單元210。其中，擷取單元的數量等於子頻帶的數量，比較單元的數量亦等於子頻帶的數量。由於本實例所述之子頻帶的數量為三個，故擷取單元與比較單元的數量亦皆為三個。

在本實施例中，儲存單元200耦接收音單元50a、50b、50c，分解單元202耦接儲存單元200，雜訊估測單元204耦接分解單元202，每一擷取單元(即擷取單元206a、206b、206c)分別耦接雜訊估測單元204與分解單元202，每一比較單元耦接三個擷取單元206之一(即比較單元208a耦接擷取單元206a，比較單元208b耦接擷取單元206b，比較單元208c耦接擷取單元206c)，判斷單元210耦接比較單元208a、208b、208c。

請參照「第3圖」與「第4圖」，「第4圖」係為依據「第3圖」之聲音偵測模組執行「第2圖」之步驟904的一實施例流程示意圖。在本實施例中，步驟904更包括：步驟402：接收並儲存每一聲音信號，並序列地輸出三個聲音信號；步驟404：藉由分解單元將每一聲音信號切割成三個子頻帶；步驟406：藉由雜訊估測單元接收每一聲音信號的三個子頻帶並輸出相對的三個背景雜訊；步驟408：藉由三個擷取單元接收每一聲音信號的每一子頻帶與相對的每一背景雜訊，以計算每一子頻帶的訊雜比；步驟410：藉由三個比較單元分別接收並比較一臨界值與每一聲音信號的每一子頻帶的訊雜比以分別輸出一比較值；步驟412：藉由判斷單元將三個比較值相加並比較每一聲音信號的三個比較值之總和與預設值；以及步驟414：當三個聲音信號其中之一的三個比較值總和大於或等於預設值時，輸出儲存的三個聲音信號至聲源定位模組。

在本實施例中，儲存單元200可儲存並序列地輸出聲音信號Sa、Sb、Sc(即步驟402)，但本實施例並非用以限定本發明。舉例而言，儲存單元200可儲存並序列地輸出聲音信號Sb、Sa、Sc或聲音信號Sb、Sc、Sa。需注意的是，儲存單元200輸出相鄰二聲音信號之間的時間差為聲音偵測模組104利用單一聲音信號進行步驟404至步驟414的時間。

在本實施例中，由於儲存單元200可儲存並序列地輸出聲音信號Sa、Sb、Sc，故分解單元202可依照儲存單元200輸出聲音信號Sa、Sb、Sc的順序將聲音信號Sa、Sb、Sc切割成子頻帶S₁ 、S₂ 、S₃ 、S₄ 、S₅ 、S₆ 、S₇ 、S₈ 、S₉ 。其中，聲音信號Sa被分解單元202切割成子頻帶S₁ 、S₂ 、S₃ ，聲音信號Sb被分解單元202切割成子頻帶S₄ 、S₅ 、S₆ ，聲音信號Sc被分解單元202切割成子頻帶S₇ 、S₈ 、S₉ (即步驟404)。

於步驟406中，當雜訊估測單元204接收子頻帶S₁ 、S₂ 、S₃ 時，雜訊估測單元204依據子頻帶S₁ 、S₂ 、S₃ 輸出相對的背景雜訊N₁ 、N₂ 、N₃ 。當雜訊估測單元204接收子頻帶S₄ 、S₅ 、S₆ 時，雜訊估測單元204依據子頻帶S₄ 、S₅ 、S₆ 輸出相對的背景雜訊N₄ 、N₅ 、N₆ 。當雜訊估測單元204接收子頻帶S₇ 、S₈ 、S₉ 時，雜訊估測單元204依據子頻帶S₇ 、S₈ 、S₉ 輸出相對的背景雜訊N₇ 、N₈ 、N₉ 。其中，由於收音單元50a、50b、50c配置於監視空間的不同位置，故子頻帶S₁ 、S₂ 、S₃ 所相對的背景雜訊N₁ 、N₂ 、N₃ 、子頻帶S₄ 、S₅ 、S₆ 所相對的背景雜訊N₄ 、N₅ 、N₆ 以及子頻帶S₇ 、S₈ 、S₉ 所相對的背景雜訊N₇ 、N₈ 、N₉ 皆不相同。

於步驟408中，當擷取單元206a、206b、206c分別接收子頻帶S₁ 、S₂ 、S₃ 與相對的背景雜訊N₁ 、N₂ 、N₃ 時，擷取單元206a、206b、206c分別計算出訊雜比SNR₁ 、SNR₂ 、SNR₃ 。當擷取單元206a、206b、206c分別接收子頻帶S₄ 、S₅ 、S₆ 與相對的背景雜訊N₄ 、N₅ 、N₆ 時，擷取單元206a、206b、206c分別計算出訊雜比SNR₄ 、SNR₅ 、SNR₆ 。當擷取單元206a、206b、206c分別接收子頻帶S₇ 、S₈ 、S₉ 與相對的背景雜訊N₇ 、N₈ 、N₉ 時，擷取單元206a、206b、206c分別計算出訊雜比SNR₇ 、SNR₈ 、SNR₉ 。

在步驟410中，當比較單元208a、208b、208c分別接收臨界值Ta、Tb、Tc與訊雜比SNR₁ 、SNR₂ 、SNR₃ 時，比較臨界值Ta、Tb、Tc與訊雜比SNR₁ 、SNR₂ 、SNR₃ ，以輸出比較值C₁ 、C₂ 、C₃ (即比較單元208a比較臨界值Ta與訊雜比SNR₁ ，比較單元208b比較臨界值Tb與訊雜比SNR₂ ，比較單元208c比較臨界值Tc與訊雜比SNR₃ )。當比較單元208a、208b、208c分別接收臨界值Ta、Tb、Tc與訊雜比SNR₄ 、SNR₅ 、SNR₆ 時，比較臨界值Ta、Tb、Tc與訊雜比SNR₄ 、SNR₅ 、SNR₆ ，以輸出比較值C₄ 、C₅ 、C₆ (即比較單元208a比較臨界值T_a 與訊雜比SNR₄ ，比較單元208b比較臨界值Tb與訊雜比SNR₅ ，比較單元208c比較臨界值Tc與訊雜比SNR₆ )。當比較單元208a、208b、208c分別接收臨界值Ta、Tb、Tc與訊雜比SNR₇ 、SNR₈ 、SNR₉ 時，比較臨界值Ta、Tb、Tc與訊雜比SNR₇ 、SNR₈ 、SNR₉ ，以輸出比較值C₇ 、C₈ 、C₉ (即比較單元208a比較臨界值T_a 與訊雜比SNR₇ ，比較單元208b比較臨界值Tb與訊雜比SNR₈ ，比較單元208c比較臨界值Tc與訊雜比SNR₉ )。其中，臨界值Ta、Tb、Tc可為定值或變化值，可依據實際需求進行調整。

此外，上述比較值C₁ 、C₂ 、C₃ 、C₄ 、C₅ 、C₆ 、C₇ 、C₈ 、C₉ 可為0或1。舉例而言，當比較單元208a所接收的訊雜比SNR₁ 大於或等於臨界值Ta時，比較單元208a輸出比較值C₁ ，其中比較值C₁ 可為1；當比較單元208a所接收的訊雜比SNR₁ 小於臨界值Ta時，比較單元208a輸出比較值C₁ ，其中比較值C₁ 可為0，但此舉例並非用以限定本發明。

於步驟412中，判斷單元210可包括但不限於加法器2101與比較器2102。加法器2101可將比較值C₁ 、C₂ 、C₃ 相加並與預設值R進行比較。加法器2101可將比較值C₄ 、C₅ 、C₆ 相加並與預設值R進行比較。加法器2101可將比較值C₇ 、C₈ 、C₉ 相加並與預設值R進行比較。在本實施例中，由於加法器2101最多輸出三個，故預設值R可為小於或等於三個的正整數，實際預設值R的大小可依據實際需求進行調整。

於步驟414中，當比較值C₁ 、C₂ 、C₃ 的總和大於或等於預設值R時，聲音偵測模組104輸出儲存單元200所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。當比較值C₄ 、C₅ 、C₆ 的總和大於或等於預設值R時，聲音偵測模組104輸出儲存單元200所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。當比較值C₇ 、C₈ 、C₉ 的總和大於或等於預設值R時，聲音偵測模組104輸出儲存單元200所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。

更詳細地說，由於儲存單元200序列地輸出聲音信號Sa、Sb、Sc，故於本實施例中聲音偵測模組104係先接收子頻帶S₁ 、S₂ 、S₃ 進行步驟406至步驟414，其中當比較值C₁ 、C₂ 、C₃ 的總和小於預設值R時，聲音偵測模組104再接收子頻帶S₄ 、S₅ 、S₆ 進行步驟406至步驟414。當比較值C₄ 、C₅ 、C₆ 的總和小於預設值R時，聲音偵測模組104再接收子頻帶S₇ 、S₈ 、S₉ 進行步驟406至步驟414。當比較值C₇ 、C₈ 、C₉ 的總和小於預設值R時，聲音偵測模組104判定聲音源V並不存在，故不輸出儲存單元200所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。因此，聲音偵測模組104可藉由步驟402至步驟414決定是否輸出收音模組102所接收的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。

於上述實施例中，由於儲存單元200序列地輸出聲音信號Sa、Sb、Sc，使得聲音偵測模組104最多需執行三個次步驟402至步驟414才可判斷聲音源V是否存在，進而決定是否輸出儲存單元200所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106，但上述實施例並非用以限並本發明。舉例而言，聲音偵測模組104另可包括正規化轉換單元502，正規化轉換單元502用以將聲音信號Sa、Sb、Sc相加且正規化(normalized)以輸出整合信號Is，使得聲音偵測模組104僅需利用整合信號Is執行一次步驟606至步驟616即可判斷聲音源V是否存在，進而決定是否輸出儲存單元200所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106，詳細的描述請參照「第5圖」與「第6圖」，其中「第5圖」係為依據「第1圖」之聲音偵測模組的第二實施例方塊結構示意圖，「第6圖」係為依據「第5圖」之聲音偵測模組執行「第2圖」之步驟904的一實施例流程示意圖。

請參照「第5圖」。在本實施例中，聲音偵測模組104除了包括「第3圖」所述之元件外，另可包括正規化轉換單元502。其中，儲存單元200耦接收音單元50a、50b、50c，正規化轉換單元502耦接儲存單元200，分解單元202耦接正規化轉換單元502，雜訊估測單元204耦接分解單元202，每一擷取單元(即擷取單元206a、206b、206c)分別耦接雜訊估測單元204與分解單元202，每一比較單元耦接三個擷取單元206之一(即比較單元208a耦接擷取單元206a，比較單元208b耦接擷取單元206b，比較單元208c耦接擷取單元206c)，判斷單元210耦接比較單元208a、208b、208c。

請參照「第5圖」與「第6圖」。在本實施例中，步驟904更包括：步驟602：接收並儲存每一聲音信號；步驟604：將三個聲音信號相加且正規化(normalized)以輸出整合信號；步驟606：藉由分解單元將整合信號切割成三個子頻帶；步驟608：藉由雜訊估測單元接收三個子頻帶並輸出相對的三個背景雜訊；步驟610：藉由三個擷取單元接收每一子頻帶與相對的每一背景雜訊，以計算每一子頻帶的訊雜比；步驟612：藉由三個比較單元分別接收並比較一臨界值與每一子頻帶的訊雜比以輸出一比較值；步驟614：將三個比較值相加並比較三個比較值的總和與預設值；以及步驟616：當三個比較值的總和大於或等於預設值時，輸出儲存的三個聲音信號至聲源定位模組。

在本實施例中，儲存單元200用以儲存聲音信號Sa、Sb、Sc(即步驟602)，正規化轉換單元502用以將聲音信號Sa、Sb、Sc相加且正規化(normalized)以輸出整合信號Is(即步驟604)。分解單元202用以將整合信號Is切割成子頻帶S₁₀ 、S₁₁ 、S₁₂ (即步驟606)。雜訊估測單元204用以接收子頻帶S₁₀ 、S₁₁ 、S₁₂ ，並依據子頻帶S₁₀ 、S₁₁ 、S₁₂ 輸出相對的背景雜訊N₁₀ 、N₁₁ 、N₁₂ (即步驟608)。其中，背景雜訊N₁₀ 、N₁₁ 、N₁₂ 係可為收音單元50a、50b、50c長期於監視空間進行監控所獲得的信號。更詳細地說，由於收音單元50a、50b、50c長期於監視空間中接收的聲音信號Sa、Sb、Sc，故收音單元50a、50b、50c對於監視空間的背景聲音有累積一定數量的聲音信號Sa、Sb、Sc，而累積的聲音信號Sa、Sb、Sc可相互疊加並正規化後，以建立收音單元50a、50b、50c於監視空間的背景雜訊N₁₀ 、N₁₁ 、N₁₂ 。

擷取單元206a、206b、206c分別接收子頻帶S₁₀ 、S₁₁ 、S₁₂ 與相對的背景雜訊N₁₀ 、N₁₁ 、N₁₂ 計算出訊雜比SNR₁₀ 、SNR₁₁ 、SNR₁₂ (即步驟610)。比較單元208a、208b、208c分別接收並比較臨界值Td、Te、Tf與訊雜比SNR₁₀ 、SNR₁₁ 、SNR₁₂ 以輸出比較值C₁₀ 、C₁₁ 、C₁₂ (即步驟612)。在本實施例中，比較值C₁₀ 、C₁₁ 、C₁₂ 可為0或1。舉例而言，當比較單元208a所接收的訊雜比SNR₁₀ 大於或等於臨界值Td時，比較單元208a輸出比較值C₁₀ ，其中比較值C₁₀ 可為1；當比較單元208a所接收的訊雜比SNR₁₀ 小於臨界值Td時，比較單元208a輸出比較值C₁₀ ，其中比較值C₁₀ 可為0，但此舉例並非用以限定本發明。

判斷單元210可包括但不限於加法器2101與比較器2102。加法器2101將比較值C₁₀ 、C₁₁ 、C₁₂ 相加並與預設值H進行比較(即步驟614)。當比較值C₁₀ 、C₁₁ 、C₁₂ 的總和大於或等於預設值H時，輸出儲存單元200所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106(即步驟616)。當比較值C₁₀ 、C₁₁ 、C₁₂ 的總和小於預設值H時，聲音偵測模組104判定聲音源V並不存在，故不輸出儲存單元200所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。因此，聲音偵測模組104可藉由步驟602至步驟616決定是否輸出收音模組102所接收的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。

請參照「第7A圖」，係為依據「第1圖」之聲音偵測模組的第三個實施例方塊結構示意圖。在本實施例中，聲音偵測模組104可包括但不限於聲音偵測組件702a、702b、702c，聲音偵測組件702a、702b、702c分別耦接收音單元50a、50b、50c，以分別接收聲音信號Sa、Sb、Sc。由於本實例所述之收音單元的數量為三個，故聲音偵測組件的數量亦皆為三個。

請參照「第7A圖」與「第7B圖」，「第7B圖」依據「第7A圖」之聲音偵測組件的一實施例方塊結構示意圖。由於聲音偵測組件702a、702b、702c的差異點僅在接收的聲音信號的不同，聲音偵測組件702a、702b、702c所包括的元件相同，故於「第7B圖」中僅以聲音偵測組件702a為例進行描述。聲音偵測組件702a包括儲存單元700、分解單元702、雜訊估測單元704、擷取單元706a、706b、706c、比較單元708a、708b、708c與判斷單元710。其中，擷取單元的數量等於子頻帶的數量，比較單元的數量亦等於子頻帶的數量。由於本實例所述之子頻帶的數量為三個，故擷取單元與比較單元的數量亦皆為三個。

在本實施例中，儲存單元700耦接收音單元50a，分解單元702耦接收音單元50a，雜訊估測單元704耦接分解單元702，每一擷取單元(即擷取單元706a、706b、706c)分別耦接雜訊估測單元704與分解單元702，每一比較單元耦接三個擷取單元706之一(即比較單元708a耦接擷取單元706a，比較單元708b耦接擷取單元706b，比較單元708c耦接擷取單元706c)，判斷單元710耦接比較單元708a、708b、708c。

此外，請參照「第7A圖」，聲音偵測模組104更可包括或閘90，或閘90的輸入端901分別耦接聲音偵測組件702a、702b、702c，或閘90的輸出端902分別耦接聲音偵測組件702a、702b、702c的儲存單元700。

請參照「第7B圖」與「第8圖」，「第8圖」係為依據「第3圖」之聲音偵測模組執行「第2圖」之步驟904的一實施例流程示意圖。在本實施例中，步驟904更包括：步驟802：藉由三個聲音偵測組件分別接收相對的每一聲音信號；步驟804：藉由每一聲音偵測組件中的儲存單元儲存聲音信號；步驟806：藉由每一聲音偵測組件中的分解單元將接收的聲音信號切割成三個子頻帶，並分別傳輸至三個擷取單元；步驟808：藉由每一聲音偵測組件中的雜訊估測單元接收三個子頻帶並輸出相對的三個背景雜訊至三個擷取單元；步驟810：藉由每一聲音偵測組件中的三個擷取單元分別接收三個子頻帶其中之一與相對的每一背景雜訊，以計算每一子頻帶的訊雜比；步驟812：藉由三個比較單元分別接收並比較一臨界值與每一聲音信號的每一子頻帶的訊雜比以輸出一比較值；步驟814：藉由判斷單元將三個比較值相加並比較每一聲音信號的三個比較值之總和與一預設值；以及步驟816：當三聲音偵測組件至少其中之一的三個比較值總和大於或等於預設值時，輸出儲存的三聲音信號至聲源定位模組。

由於聲音偵測組件702a、702b、702c的差異點僅在接收的聲音信號的不同，聲音偵測組件702a、702b、702c所包括的元件相同，故以下步驟804至步驟814的說明僅以聲音偵測組件702a為例進行描述，聲音偵測組件702b、702c執行步驟804至步驟814的情形則以此類推，於此不再贅述。

在聲音偵測組件702a中，儲存單元700用以儲存聲音信號Sa(即步驟804)，分解單元702用以將收音單元50a所接收的聲音信號Sa切割成子頻帶S₁₃ 、S₁₄ 、S₁₅ (即步驟806)。雜訊估測單元704用以接收子頻S₁₃ 、S₁₄ 、S₁₅ ，並依據子頻帶S₁₃ 、S₁₄ 、S₁₅ 輸出相對的背景雜訊N₁₃ 、N₁₄ 、N₁₅ (即步驟808)。其中，背景雜訊N₁₃ 、N₁₄ 、N₁₅ 係可為收音單元50a長期於監視空間進行監控所獲得的信號。更詳細地說，由於收音單元50a長期於監視空間中接收的聲音信號Sa，故收音單元50a對於監視空間的背景聲音有累積一定數量的聲音信號Sa，而累積的聲音信號Sa可用以建立收音單元50a於監視空間的背景雜訊N₁₃ 、N₁₄ 、N₁₅ 。

擷取單元706a、706b、706c分別接收子頻帶S₁₃ 、S₁₄ 、S₁₅ 與相對的背景雜訊N₁₃ 、N₁₄ 、N₁₅ 計算出訊雜比SNR₁₃ 、SNR₁₄ 、SNR₁₅ (即步驟810)。比較單元708a、708b、708c分別接收並比較臨界值Tg、Th、Ti與訊雜比SNR₁₃ 、SNR₁₄ 、SNR₁₅ 以輸出比較值C₁₃ 、C₁₄ 、C₁₅ (即步驟812)。在本實施例中，比較值C₁₃ 、C₁₄ 、C₁₅ 可為0或1。舉例而言，當比較單元708a所接收的訊雜比SNR₁₃ 大於或等於臨界值Tg時，比較單元708a輸出比較值C₁₃ ，其中比較值C₁₃ 可為1；當比較單元708a所接收的訊雜比SNR₁₃ 小於臨界值Tg時，比較單元708a輸出比較值C₁₃ ，其中比較值C₁₃ 可為0，但此舉例並非用以限定本發明。

判斷單元710可包括但不限於加法器7101與比較器7102。加法器7101將比較值C₁₃ 、C₁₄ 、C₁₅ 相加並與預設值L進行比較(即步驟814)。

於步驟816中，聲音偵測模組104係利用或閘90判斷聲音偵測組件702a、702b、702c至少其中之一的三個比較值總和是否大於預設值L，據以決定是否輸出聲音偵測模組104所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。更詳細地說，每一聲音偵測組件(即聲音偵測組件702a、702b、702c)執行步驟814後分別輸出比較值C₁₆ 、C₁₇ 、C₁₈ ，比較值C₁₆ 、C₁₇ 、C₁₈ 可為0或1。舉例而言，於聲音偵測組件702a中，當比較值C₁₃ 、C₁₄ 、C₁₅ 的總和大於或等於預設值L時，比較器7102輸出比較值C₁₃ ，其中比較值C₁₃ 可為1；當比較值C₁₃ 、C₁₄ 、C₁₅ 的總和小於預設值L時，比較器7102輸出比較值C₁₃ ，其中比較值C₁₃ 可為0，但此舉例並非用以限定本發明。

因此，當聲音偵測組件702a、702b、702c至少其中之一的三個比較值總和大於或等於預設值L時，聲音偵測模組104輸出每一聲音偵測組件(即聲音偵測組件702a、702b、702c)中儲存單元700所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。當聲音偵測組件702a、702b、702c的三個比較值總和皆小於預設值L時，聲音偵測模組104判定聲音源V並不存在，故不輸出每一聲音偵測組件(即聲音偵測組件702a、702b、702c)中儲存單元700所儲存的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。換句話說，聲音偵測模組104可藉由步驟802至步驟816決定是否輸出收音模組102所接收的聲音信號Sa、Sb、Sc至聲源定位模組106。

當聲音偵測模組104執行步驟904後，聲源監視系統100藉由聲源定位模組106接收聲音信號Sa、Sb、Sc以輸出聲音源位置P(即步驟906)。由於上述實施例中所述之聲音源V的數量為一個，但上述實施例並非用以限定本發明。舉例而言，聲源監視系統100所配置的監視空間中亦可存在有複數個聲音源。

請參照「第9圖」與「第10圖」，係分別為依據本發明所揭露之聲源監視系統的另一實施例方塊結構示意圖與依據「第9圖」之聲源監視系統執行步驟906的一實施例流程示意圖。在本實施例中，聲源監視系統100所配置的監視空間中存在有聲音源V₁ 、V₂ ，聲音源V₁ 、V₂ 係為聲源監視系統100所配置的監視空間中特殊事件發生時發出聲音信號(「第9圖」中的虛線)的來源。

由於聲源定位模組106一次僅能輸出單一聲音源位置(即聲音源位置P₁ 或聲音源位置P₂ )予攝影模組108，以使攝影模組108回應聲音源位置(即聲音源位置P₁ 或聲音源位置P₂ )而拍攝相應於聲音源位置的影像(即步驟908)，因此，在本實施例中，步驟906更可包括：步驟910：藉由聲源定位模組依據來自聲音偵測模組的三個聲音信號計算出二個聲音源位置；以及步驟912：藉由聲源定位模組依據設定條件輸出二個聲音源位置之一。

步驟912所述之設定條件可為但不限於監視空間中音量最大的聲音源或任何使用者所設定的條件。因此，聲源定位模組106可依據設定條件篩選出符合設定條件的聲音源位置(即聲音源位置P₁ 或聲音源位置P₂ )予攝影模組108。

依據本發明所揭露之聲源監視系統及其方法，適用於維安系統、機器人產業或通訊產業。可藉由聲音偵測模組計算多個子頻帶的訊雜比，以判斷出聲源監視系統所配置的空間是否有聲音源的存在。當聲音偵測模組判斷出聲源監視系統所配置的空間具有聲音源時，聲源定位模組再依據收音模組所接收的複數個聲音信號輸出聲音源的位置，進而透過攝影模組拍攝相應於聲音源的影像。其中，聲音源係為聲源監視系統所配置的監視空間中特殊事件發生時發出聲音信號的來源。此外，當監視空間中存在有多個聲音源時，聲源定位模組依據設定條件篩選出符合設定條件的聲音源位置予攝影模組，以使攝影模組回應聲源定位模所輸出的聲音源位置，而拍攝相應於聲源定位模所輸出的聲音源位置的影像。因此，本發明所揭露之聲源監視系統及其方法可提高聲音定位的可靠度，進而準確地拍攝監視空間中特殊事件發生時的影像。

雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。

50a、50b、50c．．．收音單元

90．．．或閘

100．．．聲源監視系統

102．．．收音模組

104．．．聲音偵測模組

106．．．聲源定位模組

108．．．攝影模組

200、700．．．儲存單元

202、702．．．分解單元

204、704‧‧‧雜訊估測單元

206a、206b、206c、706a、706b、706c‧‧‧擷取單元

208a、208b、208c、708a、708b、708c‧‧‧比較單元

210、710‧‧‧判斷單元

502‧‧‧正規化轉換單元

702a、702b、702c‧‧‧聲音偵測組件

2101、7101‧‧‧加法器

2102、7102‧‧‧比較器

901‧‧‧輸入端

902‧‧‧輸出端

第1圖係為依據本發明所揭露之聲源監視系統的一實施例方塊結構示意圖。

第2圖係為依據第1圖之聲源監視方法的一實施例流程示意圖。

第3圖係為依據第1圖之聲音偵測模組的第一實施例方塊結構示意圖。

第4圖係為依據第3圖之聲音偵測模組執行第2圖之步驟904的一實施例流程示意圖。

第5圖係為依據第1圖之聲音偵測模組的第二實施例方塊結構示意圖。

第6圖係為依據第5圖之聲音偵測模組執行第2圖之步驟904的一實施例流程示意圖。

第7A圖係為依據第1圖之聲音偵測模組的第三個實施例方塊結構示意圖。

第7B圖依據第7A圖之聲音偵測組件的一實施例方塊結構示意圖。

第8圖係為依據第3圖之聲音偵測模組執行第2圖之步驟904的一實施例流程示意圖。

第9圖係為依據本發明所揭露之聲源監視系統的另一實施例方塊結構示意圖。

第10圖係為依據第9圖之聲源監視系統執行步驟906的一實施例流程示意圖。

50a、50b、50c．．．收音單元

100．．．聲源監視系統

102．．．收音模組

104．．．聲音偵測模組

106．．．聲源定位模組

108．．．攝影模組

Claims (9)

1. 一種聲源監視系統，包括：一收音模組，包括複數個收音單元，每一該收音單元用以接收一聲音信號；一聲音偵測模組，耦接該些收音單元，用以將一整合信號或每一該聲音信號切割成K個子頻帶，計算每一該子頻帶與一背景雜訊的一訊雜比，據以決定是否輸出該些聲音信號，其中K為大於或等於二的正整數，該些聲音信號相加且正規化(normalized)以形成該整合信號；一聲源定位模組，接收來自該聲音偵測模組的該些聲音信號，計算出複數個聲音源位置，並依據一設定條件輸出該些聲音源位置其中之一，以及一攝影模組，回應該聲音源位置所輸出的該聲音源位置，以拍攝相應於該聲音源位置的一影像。
2. 如請求項1所述之聲源監視系統，其中該聲音偵測模組包括：一儲存單元，耦接該些收音單元，用以接收並儲存每一該聲音信號，並序列地輸出該些聲音信號；一分解單元，耦接該儲存單元，用以將每一該聲音信號切割成該K個子頻帶；一雜訊估測單元，耦接該分解單元，用以接收每一該聲音信號的該K個子頻帶並輸出相對的該K個背景雜訊；K個擷取單元，耦接該雜訊估測單元與該分解單元，用以 接收每一該聲音信號的每一該子頻帶與相對的每一該背景雜訊，以計算每一該子頻帶的該訊雜比；K個比較單元，耦接該K個擷取單元，分別用以接收並比較一臨界值與每一該聲音信號的每一該子頻帶的該訊雜比以輸出一比較值；以及一判斷單元，耦接該K個比較單元，用以將每一該聲音信號中該K個比較值相加並比較每一該聲音信號中該K個比較值的總和與一預設值，當該些聲音信號其中之一的該K個比較值總和大於或等於該預設值時，該聲音偵測模組輸出儲存於該儲存單元的該些聲音信號至該聲源定位模組。
3. 如請求項1所述之聲源監視系統，其中該聲音偵測模組包括：一儲存單元，耦接該些收音單元，用以接收並儲存每一該聲音信號；一正規化轉換單元，耦接該儲存單元，並將該些聲音信號相加且正規化(normalized)以輸出該整合信號；一分解單元，耦接該正規化轉換單元，用以將該整合信號切割成該K個子頻帶；一雜訊估測單元，耦接該分解單元，用以接收該K個子頻帶並輸出相對的該K個背景雜訊；K個擷取單元，耦接該雜訊估測單元與該分解單元，用以接收每一該子頻帶與相對的每一該背景雜訊，以計算每一該子頻帶的該訊雜比； K個比較單元，耦接該K個擷取單元，分別用以接收並比較一臨界值與每一該子頻帶的訊雜比以輸出一比較值；以及一判斷單元，耦接該K個比較單元，用以將該K個比較值相加並比較該K個比較值的總和與一預設值，當該K個比較值的總和大於或等於該預設值時，該聲音偵測模組輸出儲存於該儲存單元的該些聲音信號至該聲源定位模組。
4. 如請求項1所述之聲源監視系統，其中該聲音偵測模組包括複數個聲音偵測組件，每一該聲音偵測組件包括：一儲存單元，耦接該些收音單元之一，用以接收並儲存該些聲音信號之一；一分解單元，耦接該儲存單元所耦接的該收音單元，用以將該收音單元所接收的該聲音信號切割成該K個子頻帶；一雜訊估測單元，耦接該分解單元，用以接收該K個子頻帶並輸出相對的該K個背景雜訊；K個擷取單元，耦接該分解單元與該雜訊估測單元，用以分別接收該K個子頻帶其中之一與相對的每一該背景雜訊，以計算每一該子頻帶的該訊雜比；K個比較單元，耦接該K個擷取單元，用以接收並比較一臨界值與每一該子頻帶的訊雜比以輸出一比較值；以及一判斷單元，耦接該K個比較單元，用以將該K個比較值相加並比較該K個比較值的總和與一預設值，當該些聲音偵測組件至少其中之一的該K個比較值總和大於或等於該預設 值時，該聲音偵測模組輸出該些儲存單元所儲存的該些聲音信號至該聲源定位模組。
5. 如請求項4所述之聲源監視系統，其中該聲音偵測模組更包括一或閘，每一該聲音偵測組件的一輸出端耦接該或閘的多個輸入端，該或閘的一輸出端耦接該些儲存單元，以控制該聲音偵測模組是否輸出該些聲音信號至該聲源定位模組。
6. 一種聲源監視方法，包括：接收複數個聲音信號；將每一該聲音信號或一整合信號切割成K個子頻帶，以計算每一該子頻帶與一背景雜訊的一訊雜比，據以決定是否輸出該些聲音信號至一聲源定位模組，其中K為大於或等於二的正整數，該些聲音信號相加且正規化(normalized)以形成該整合信號；當傳輸該些聲音信號至該聲源定位模組時，該聲源定位模組依據該些聲音信號計算出複數個該聲音源位置；藉由該聲源定位模組依據一設定條件輸出該些聲音源位置其中之一；以及當該聲源定位模組輸出該聲音源位置時，藉由一攝影模組回應該聲音源位置以拍攝相應於該聲音源位置的一影像。
7. 如請求項6所述之聲源監視方法，其中在將每一該聲音信號或該整合信號切割成該K個子頻帶，以計算每一該子頻帶與該背景雜訊的該訊雜比，據以決定是否輸出該些聲音信號至該聲源 定位模組之步驟中，更包括：接收並儲存每一該聲音信號，並序列地輸出該些聲音信號；藉由一分解單元將每一該聲音信號切割成該K個子頻帶；藉由一雜訊估測單元接收每一該聲音信號的該K個子頻帶並輸出相對的該K個背景雜訊；藉由K個擷取單元接收每一該聲音信號的每一該子頻帶與相對的每一該背景雜訊，以計算每一該子頻帶的該訊雜比；藉由K個比較單元分別接收並比較一臨界值與每一該聲音信號的每一該子頻帶的該訊雜比以輸出一比較值；藉由一判斷單元將該K個比較值相加並比較每一該聲音信號的該K個比較值之總和與一預設值；以及當該些聲音信號其中之一的該K個比較值總和大於或等於該預設值時，輸出儲存的該些聲音信號至該聲源定位模組。
8. 如請求項6所述之聲源監視方法，其中在將每一該聲音信號或該整合信號切割成該K個子頻帶，以計算每一該子頻帶與該背景雜訊的該訊雜比，據以決定是否輸出該些聲音信號至該聲源定位模組之步驟中，更包括：接收並儲存每一該聲音信號；將該些聲音信號相加且正規化(normalized)以輸出該整合信號；藉由一分解單元將該整合信號切割成該K個子頻帶； 藉由一雜訊估測單元接收該K個子頻帶並輸出相對的該K個背景雜訊；藉由K個擷取單元以接收每一該子頻帶與相對的每一該背景雜訊，以計算每一該子頻帶的該訊雜比；藉由K個比較單元分別接收並比較一臨界值與每一該子頻帶的該訊雜比以輸出一比較值；將該K個比較值相加並比較該K個比較值的總和與一預設值；以及當該K個比較值的總和大於或等於該預設值時，輸出儲存的該些聲音信號至該聲源定位模組。
9. 如請求項6所述之聲源監視方法，其中在將每一該聲音信號或該整合信號切割成該K個子頻帶，以計算每一該子頻帶與該背景雜訊的該訊雜比，據以決定是否輸出該些聲音信號至該聲源定位模組之步驟中，更包括：藉由K個聲音偵測組件分別接收相對的每一該聲音信號；藉由每一該聲音偵測組件中的一儲存單元儲存該聲音信號；藉由每一該聲音偵測組件中的一分解單元將接收的該聲音信號切割成該K個子頻帶，並分別傳輸至該K個擷取單元；藉由每一該聲音偵測組件中的一雜訊估測單元接收該K個子頻帶並輸出相對的該K個背景雜訊至該K個擷取單元；藉由每一該聲音偵測組件中的該K個擷取單元分別接收 該K個子頻帶其中之一與相對的每一該背景雜訊，以計算每一該子頻帶的該訊雜比；藉由K個比較單元分別接收並比較一臨界值與每一該聲音信號的每一該子頻帶的該訊雜比以輸出一比較值；藉由一判斷單元將該K個比較值相加並比較每一該聲音信號的該K個比較值之總和與一預設值；以及當該些聲音偵測組件至少其中之一的該K個比較值總和大於或等於該預設值時，輸出儲存的該些聲音信號至該聲源定位模組。