[发明专利]一种基于麦克风阵列的声源定位跟随系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及语音信号处理领域，特别是一种基于麦克风阵列的声源定位跟随系统及方法。

背景技术

早在20世纪七八十年代，就开始将麦克风阵列应用于语音信号处理的研究中，进入90年代以来，基于麦克风阵列的语音信号处理算法逐渐成为一个新的研究热点。1995年flanagan在混响环境下用阵列信号处理对声音进行捕获。1996年silverman和brandstein开始将其应用于声源定位中，用于确定和实时跟踪说话人的位置。

目前，麦克风阵列系统已经应用于许多场合，包括视频会议、语音识别、说话人识别、汽车环境语音获取、混响环境声音拾取、声源定位和助听装置等。虽然基于麦克风阵列的语音处理技术正成为一个新的研究热点，但相关应用技术还不成熟。

因此，需要一种基于麦克风阵列的声源定位跟随系统及方法

发明内容

本发明的目的之一是提出一种基于麦克风阵列的声源定位跟随系统；本发明的目的之二是提出一种基于麦克风阵列的声源定位跟随方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种基于麦克风阵列的声源定位跟随系统，包括信号接收模块、AD采样电路、信号预处理模块、算法处理模块和输出模块；

所述信号接收模块为麦克风阵列，用于获取声源到各个麦克风的语音信号；

所述AD采样电路，用于获取各麦克风的语音采样信号；

所述信号预处理模块，用于预处理语音采样信号；

所述算法处理模块，用于根据语音采样信号计算声源位置；

所述输出模块，用于输出声源位置信息。

进一步，所述麦克风阵列包括相互垂直设置的均匀线性子阵列A、均匀线性子阵列B和参考点麦克风；所述参考点麦克风设置于相互垂直设置的均匀线性子阵列A、均匀线性子阵列B的中间点。

进一步，所述信号预处理模块对语音采样信号进行预处理是对采样信号进行加窗操作得到加窗处理信号。

进一步，所述算法处理模块按照以下步骤来计算声源位置：

根据加窗处理信号来判断声源位于采样位置的前后方向；

根据加窗处理信号来判断声源位于采样位置的左右方向；

根据声源位于采样位置的前后方向和左右方向来确定声源的位置。

进一步，所述算法处理模块中声源的位置是通过声源定位方法来确定的，具体步骤如下：

S631：按照以下公式对语音采样信号进行快速傅里叶变换得到声源信号的幅度谱：

S(k)＝FFT[s_w(n)]；

其中，S(k)为加窗信号s_w(n)的傅里叶变换；

S632：根据得声源信号的幅度谱按照以下公式计算声源信号到各麦克风间的波程差：

其中，d₁为一个周期内声源信号到麦克风M1与M2间的波程差；d₂为一个周期内声源信号到麦克风M1与M3间的波程差；λ为声源信号一个周期的波长，f为声源信号频率；β₁＝θ₂-θ₁为麦克风1与2间相位差；β₂＝θ₃-θ₁为麦克风1与3间相位差；θ₁表示麦克风M1接收的声源信号的相位；θ₂表示麦克风M2接收的声源信号的相位；θ₃表示麦克风M3接收的声源信号的相位；

S633：根据波程差按照以下公式计算声源位置坐标：

其中，(x，y)为声源坐标，a为相邻麦克风间距；

为声源距行走装置所载麦克风M1距离；

S634：根据声源位置坐标按照以下公式计算声源方位角：

声源方位角

其中，α声源方位角。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种基于麦克风阵列的声源定位跟随方法，包括以下步骤：

S1：设置麦克风阵列；

S2：通过麦克风阵列来获取声源到各个麦克风的语音信号；

S3：将语音采样信号转换为信号序列；

S4：对信号序列进行加窗操作得到加窗处理信号；

S5：对加窗处理信号判断声源位于采样位置的前后方向和左右方向；

S6：根据声源位于采样位置的前后方向和左右方向来确定声源的位置；