[发明专利]一种基于模拟信号处理架构的麦克风阵列声源定向系统

说明书

本发明提供一种基于模拟信号处理架构的麦克风阵列声源定向系统，依次将麦克风阵列、模拟域声源定向处理模块和声源定向模块依次相连；基于互相关窗函数的广义互相关算法，采用模拟域声源定向处理模块对麦克风阵列中的多个麦克风采集的多个模拟语音信号进行处理，先根据多个模拟语音信号中的每任意两个模拟语音信号判断出一个声源定向区域，从而获得声源方向可能来源的多个声源定向区域，最后通过声源定向模块从多个声源定向区域中判断出最终的声源方向。本发明无需采用ADC而大大降低了系统功耗，同时也不需要FFT或IFFT的处理步骤而大大降低了系统延迟，并且采用的模拟电路较为简单，降低了模拟电路的复杂度，具有较好的系统扩展性。

技术领域

本发明涉及声源定向技术领域，尤其涉及一种基于模拟信号处理架构的麦克风阵列声源定向系统。

背景技术

近年来，声源定向方法作为一种基本的语音信号处理技术，吸引了众多研究者的注意，广泛应用于灾难现场救灾等领域。目前的研究主要关注于提高声源定位的分辨率，而在一些能源受限而又需要长时间工作的场景无法实际应用，比如在地震救灾场景中利用物联网进行常时声源定向时，在主机上收集信息然后定点救援，可以方便、安全、快速地救援被困人员，但是在这种场景下要求声源定向系统能够长时间工作，且对于系统尺寸的要求也有明显的限制。

图1为传统的声源定向系统的结构示意图，如图1所示，传统的声源定向系统是在数字领域进行语音信号处理的，这意味着麦克风接收到的模拟语音信号需要先经过ADC处理为数字信号才能进行进一步地处理，而且由于算法的限制，需要采样率至少为16KHz的语音信号，才能准确定向声源信号，声学信号处理领域即使采用低功耗∑ΔADC也需要279uW的能耗。每一个麦克风之后都需要接一个ADC，因此即使对于最简单的双麦克风阵列，ADC所占功耗都达到558uW。采用广义互相关(GCC)算法仿真一次声源定位需要的时间为2.66ms，因此双麦克风阵列后的两个ADC就需要消耗1.4896uJ的能量，优化后的一次浮点操作大约需要消耗25pJ，根据上述数据计算一次声源定位的计算能量为0.768uJ，由此可知ADC消耗整个系统65.98％的能耗。同时，传统的声源定向系统对于ADC处理后获得的数字信号还需要进行FFT和IFFT处理，仿真声源定位的过程中，不考虑ADC的延时，FFT和IFFT的延时占了系统延时的97.65％。

因此，传统的声源定向系统由于需要对麦克风阵列采集的模拟信号采用ADC处理，因此会占用系统较大的能耗；同时，还由于需要对ADC处理后的数字信号进行FFT和IFFT处理，因此会使得系统的延时较大。

发明内容

为了解决传统的声源定向系统存在由于需要对麦克风阵列采集的模拟信号采用ADC处理，因此会占用系统较大的能耗，同时还由于需要对ADC处理后的数字信号进行FFT和IFFT处理，因此会使得系统的延时较大的问题，因此本发明实施例提供一种基于模拟信号处理架构的麦克风阵列声源定向系统，该系统包括：依次相连的麦克风阵列、模拟域声源定向处理模块和声源定向模块；其中，麦克风阵列用于采集多个模拟语音信号；模拟域声源定向处理模块用于获取多个模拟语音信号中每任意两个模拟语音信号的声源定向区域；声源定向模块用于根据多个声源定向区域获取声源方向。

优选地，模拟域声源定向处理模块包括依次相连的延时器单元、乘法器单元、积分器单元和最大值选取单元；其中，延时器单元包括多对延时器；每对延时器的一端分别与麦克风阵列中采集每任意两个模拟信号之一的麦克风相连，另一端依次与乘法器单元、积分器单元和最大值选取单元相连，最大值选取单元与声源定向模块相连。