帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風(fēng)陣列長(zhǎng)距離拾音裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種拾音設(shè)備，尤其是設(shè)及一種帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風(fēng)陣 列長(zhǎng)距離拾音裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在智能家居、演出、演講、會(huì)議等領(lǐng)域，具備長(zhǎng)距離語(yǔ)音采集功能的拾音裝置可遠(yuǎn) 距離獲取說(shuō)話人的語(yǔ)音從而極大地提高遠(yuǎn)距離語(yǔ)音質(zhì)量和后端語(yǔ)音信號(hào)處理性能。但在實(shí) 際復(fù)雜背景噪聲條件下進(jìn)行遠(yuǎn)距離語(yǔ)音采集具有極大困難。語(yǔ)音長(zhǎng)距離傳輸造成的嚴(yán)重衰 減，加上環(huán)境噪聲的存在，使得遠(yuǎn)距離語(yǔ)音采集裝置需利用高指向性來(lái)保證遠(yuǎn)距離語(yǔ)音的 采集質(zhì)量。
[0003] 目前的長(zhǎng)距離拾音裝置主要采用干設(shè)管結(jié)構(gòu)的槍式麥克風(fēng)或聲學(xué)聚焦結(jié)構(gòu)(卿趴 型、拋物型)形成高指向性。
[0004] 中國(guó)專利化2010105911582公開(kāi)了一種視頻定位的長(zhǎng)距離拾音裝置，該裝置在W 攝像機(jī)為中屯、的圓周安裝2個(gè)指向麥克風(fēng)構(gòu)成高指向性聲聚焦桶，并在桶側(cè)壁外安裝2個(gè)全 向麥克風(fēng)用于獲取參考噪聲，該裝置隨攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)操作員可根據(jù)視頻圖像內(nèi)容進(jìn)行對(duì) 焦、視頻定位后獲取與攝像頭同方向的長(zhǎng)距離語(yǔ)音信號(hào)。
[0005] 但由于利用固定波束高指向性的長(zhǎng)距離拾音裝置只能形成固定的指向性波束，必 須依賴云臺(tái)等裝置的回轉(zhuǎn)來(lái)對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)距離目標(biāo)說(shuō)話人，增加了云臺(tái)及隨動(dòng)回轉(zhuǎn)部分的系統(tǒng)復(fù) 雜度，使得安裝和使用均比較復(fù)雜；同時(shí)，對(duì)于快速、頻繁移動(dòng)的遠(yuǎn)距離目標(biāo)說(shuō)話人，機(jī)械回 轉(zhuǎn)裝置往往無(wú)法及時(shí)進(jìn)行跟蹤。
[0006] 麥克風(fēng)陣列通過(guò)組成多個(gè)麥克風(fēng)可對(duì)不同方向上的信號(hào)形成不同響應(yīng)，具有波束 掃描、聲源定位、跟蹤等功能，可提高背景噪聲下的語(yǔ)音采集質(zhì)量，且無(wú)需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置即 可利用波束掃描算法來(lái)實(shí)現(xiàn)波束掃描。
[0007] 中國(guó)專利化2012103200049公開(kāi)了一種帶聲源方向跟蹤功能的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音 增強(qiáng)裝置，該裝置利用平行濾波器結(jié)構(gòu)結(jié)合波束掃描可W實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)聲源的語(yǔ)音增強(qiáng)處 理。
[000引但是，對(duì)于上述安保、安防、刑偵、維穩(wěn)等領(lǐng)域室外場(chǎng)距離語(yǔ)音采集場(chǎng)合，由于距離 遠(yuǎn)造成的嚴(yán)重信號(hào)衰減，微弱的麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)往往被嚴(yán)重背景噪聲掩蓋，無(wú)法采集 到較高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離語(yǔ)音。
[0009]通過(guò)結(jié)合聲聚焦機(jī)構(gòu)和麥克風(fēng)陣列形成聲聚焦麥克風(fēng)陣列可首先進(jìn)行聲信號(hào)聚 焦，然后再利用麥克風(fēng)陣列技術(shù)改善遠(yuǎn)距離噪聲條件下室外遠(yuǎn)距離語(yǔ)音采集的性能。但是， 由于常規(guī)麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)算法均基于平面波假設(shè)提出，W入射波為平面波的遠(yuǎn)場(chǎng)情況 為前提，即W來(lái)自遠(yuǎn)場(chǎng)的入射語(yǔ)音及噪聲均W平行波的形式入射到麥克風(fēng)陣列各接收麥克 風(fēng)單元中作為增強(qiáng)算法有效的前提條件。而聲聚焦機(jī)構(gòu)的安裝使得平行入射聲波被聲聚焦 機(jī)構(gòu)聚焦的同時(shí)，平行波之間原本相同的相位經(jīng)過(guò)聲聚焦后發(fā)生變化，產(chǎn)生了相位差。此 時(shí)，由于已不滿足平行入射的前提條件，仍然采用傳統(tǒng)的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)算法將無(wú)法 對(duì)聲聚焦機(jī)構(gòu)聚焦后的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)獲得理想的語(yǔ)音增強(qiáng)性能。
[0010] 從上述分析可知，直接結(jié)合聲聚焦機(jī)構(gòu)和麥克風(fēng)陣列將無(wú)法達(dá)到聚焦聲場(chǎng)后增強(qiáng) 麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音的理想效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有仍然采用傳統(tǒng)的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)算法將無(wú)法對(duì) 聲聚焦機(jī)構(gòu)聚焦后的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音信號(hào)獲得理想的語(yǔ)音增強(qiáng)性能等問(wèn)題，提供一種帶相 位自校正功能的聲聚焦麥克風(fēng)陣列長(zhǎng)距離拾音裝置。
[0012]本發(fā)明設(shè)有：
[0013] 聲聚焦機(jī)構(gòu)，所述聲聚焦機(jī)構(gòu)用于麥克風(fēng)聲場(chǎng)的聚焦，聲聚焦機(jī)構(gòu)安裝在麥克風(fēng) 前端；
[0014] 麥克風(fēng)陣列，所述麥克風(fēng)陣列用于多通道采集語(yǔ)音信號(hào)、前置處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0015] 相位自校正模塊，所述相位自校正模塊用于對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)陣列單元聲聚焦引入的 相位差進(jìn)行自校正；
[0016] 波束對(duì)準(zhǔn)模塊，所述波束對(duì)準(zhǔn)模塊用于根據(jù)目標(biāo)說(shuō)話人方向調(diào)整各通道時(shí)延進(jìn)行 聲源方向?qū)?zhǔn)；
[0017] 語(yǔ)音增強(qiáng)模塊，所述語(yǔ)音增強(qiáng)模塊用于運(yùn)行麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)算法增強(qiáng)語(yǔ)音。
[0018] 所述聲聚焦機(jī)構(gòu)可采用拋物型反射面，用于罩在麥克風(fēng)陣列的每個(gè)麥克風(fēng)單元上 達(dá)到聲場(chǎng)聚焦的目的，聲聚焦機(jī)構(gòu)材料為不誘鋼W適應(yīng)室外使用；
[0019] 所述麥克風(fēng)陣列設(shè)有通道語(yǔ)音信號(hào)采集電路、前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和端點(diǎn) 檢測(cè)粗判模塊;通道語(yǔ)音信號(hào)采集電路的輸出端依次經(jīng)前置放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器后，通 過(guò)數(shù)據(jù)線直接與端點(diǎn)檢測(cè)粗判模塊的信號(hào)輸入端連接;麥克風(fēng)陣列可設(shè)有多個(gè)等間距排列 的麥克風(fēng)。
[0020] 所述相位自校正模塊信號(hào)輸入端接麥克風(fēng)陣列輸出端，相位自校正模塊輸出端輸 出相位校正結(jié)果；
[0021] 所述波束對(duì)準(zhǔn)模塊信號(hào)輸入端接相位自校正模塊的相位校正信號(hào)輸出端，輸入的 各通道信號(hào)經(jīng)時(shí)延調(diào)整后進(jìn)行累加并輸出波束對(duì)準(zhǔn)結(jié)果；
[0022] 所述語(yǔ)音增強(qiáng)模塊設(shè)有信號(hào)輸入端和波束對(duì)準(zhǔn)輸入端，信號(hào)輸入端接相位自校正 模塊的相位校正信號(hào)輸出端和波束對(duì)準(zhǔn)模塊的波束對(duì)準(zhǔn)結(jié)果信號(hào)輸出端，經(jīng)過(guò)語(yǔ)音增強(qiáng)模 塊進(jìn)行麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)處理后輸出遠(yuǎn)距離語(yǔ)音增強(qiáng)結(jié)果。
[0023] 采用本發(fā)明進(jìn)行帶相位自校正的聲聚焦麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)方法，包括W下步 驟：
[0024] 1個(gè)相位自校正學(xué)習(xí)步驟:在裝置安裝、使用前，根據(jù)不同方向入射聲音對(duì)聲聚焦 進(jìn)行自校正學(xué)習(xí)，獲得各個(gè)角度對(duì)應(yīng)的校正系數(shù)并保存；
[0025] 1個(gè)初始化步驟:各模塊參數(shù)初始化設(shè)置；
[0026] 1個(gè)相位自校正步驟:根據(jù)給定的目標(biāo)方向調(diào)出預(yù)先保存的相位校正系數(shù)，對(duì)各通 道麥克風(fēng)陣列信號(hào)進(jìn)行相位自校正，輸出相位校正結(jié)果；
[0027] 1個(gè)波束對(duì)準(zhǔn)步驟:根據(jù)給定的目標(biāo)方向?qū)ο辔恍Ｕ蟮柠溈孙L(fēng)陣列各通道信號(hào) 進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償并累計(jì)，輸出波束對(duì)準(zhǔn)結(jié)果；
[0028] I個(gè)語(yǔ)音增強(qiáng)步驟:利用輸入的校正后麥克風(fēng)陣列個(gè)通道信號(hào)通過(guò)阻塞矩陣獲得 參考噪聲，與波束對(duì)準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)，獲取增強(qiáng)語(yǔ)音。
[0029] 本發(fā)明要解決的問(wèn)題是帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風(fēng)陣列長(zhǎng)距離拾音，本發(fā) 明提供的帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風(fēng)陣列長(zhǎng)距離拾音裝置的具體思路為:首先對(duì)帶 聲聚焦麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)進(jìn)行相位自校正學(xué)習(xí)，針對(duì)不同角度入射情況預(yù)先技術(shù)相位自 校正系數(shù)并保存，然后在實(shí)際使用中根據(jù)給出的目標(biāo)方向調(diào)出相應(yīng)的預(yù)先保存相位校正系 數(shù)，對(duì)聲聚焦麥克風(fēng)陣列各通道信號(hào)首先進(jìn)行相位自校正。完成相位自校正后根據(jù)給定的 目標(biāo)方向進(jìn)行麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)。
[0030] 本發(fā)明針對(duì)遠(yuǎn)距離語(yǔ)音采集需求中改進(jìn)聲聚焦機(jī)構(gòu)和麥克風(fēng)陣列結(jié)合的拾音裝 置性能，提出采用相位自校正的處理在通過(guò)聲聚焦時(shí)，不僅可實(shí)現(xiàn)聚焦功能，而且可W把聲 聚焦機(jī)構(gòu)引入的相位差進(jìn)行校正，改善聲聚焦后麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)的性能。
[0031] 與目前已有的固定高指向麥克風(fēng)裝置或常規(guī)麥克風(fēng)陣列相比，本發(fā)明具有W下突 出優(yōu)點(diǎn)：
[0032] 第一，由于結(jié)合了聲聚焦機(jī)構(gòu)進(jìn)行聲場(chǎng)聚焦和麥克風(fēng)陣列進(jìn)行語(yǔ)音增強(qiáng)，具有對(duì) 遠(yuǎn)距離語(yǔ)音的高質(zhì)量拾音效果。
[0033] 第二，由于采用相位自校正方法校正了聲聚焦機(jī)構(gòu)引入的相位差，在形成聲場(chǎng)聚 焦效果的同時(shí)，可W保證麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)的效果。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成框圖。
[0035] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例采用的麥克風(fēng)聲聚焦機(jī)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖3為聲聚焦機(jī)構(gòu)造成平行入射聲波聚焦后產(chǎn)生相位差示意圖。
[0037] 圖4為相位自校正學(xué)習(xí)原理圖。
[0038] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的5元麥克風(fēng)陣列及其與微處理器連接電路圖。
[0039] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中聲聚焦麥克風(fēng)陣列進(jìn)行波束對(duì)準(zhǔn)原理圖。
[0040] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中聲聚焦麥克風(fēng)陣列波束對(duì)準(zhǔn)時(shí)各通道時(shí)延補(bǔ)償值計(jì)算原理 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 為了使本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特征、優(yōu)點(diǎn)更加明顯易懂，W下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本 發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0042] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有：
[0043] 聲聚焦機(jī)構(gòu)1，所述聲聚焦機(jī)構(gòu)用于麥克風(fēng)聲場(chǎng)的聚焦，聲聚焦機(jī)構(gòu)安裝在麥克風(fēng) 前端；
[0044] 麥克風(fēng)陣列2,所述麥克風(fēng)陣列用于多通道采集語(yǔ)音信號(hào)、前置處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換；
[0045] 相位自校正模塊3,所述相位自校正模塊用于對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)陣列單元聲聚焦引入 的相位差進(jìn)行自校正；
[0046] 波束對(duì)準(zhǔn)模塊4,所述波束對(duì)準(zhǔn)模塊用于根據(jù)目標(biāo)說(shuō)話人方向調(diào)整各通道時(shí)延進(jìn) 行聲源方向?qū)?zhǔn)；
[0047] 語(yǔ)音增強(qiáng)模塊5,所述語(yǔ)音增強(qiáng)模塊用于運(yùn)行麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)算法增強(qiáng)語(yǔ)音。
[0048] 所述聲聚焦機(jī)構(gòu)1可采用拋物型反射面，用于罩在麥克風(fēng)陣列的每個(gè)麥克風(fēng)單元 上達(dá)到聲場(chǎng)聚焦的目的，聲聚焦機(jī)構(gòu)材料為不誘鋼W適應(yīng)室外使用；
[0049] 所述麥克風(fēng)陣列2設(shè)有通道語(yǔ)音信號(hào)采集電路、前置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和端點(diǎn) 檢測(cè)粗判模塊;通道語(yǔ)音信號(hào)采集電路的輸出端依次經(jīng)前置放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器后，通 過(guò)數(shù)據(jù)線直接與端點(diǎn)檢測(cè)粗判模塊的信號(hào)輸入端連接;麥克風(fēng)陣列可設(shè)有多個(gè)等間距排列 的麥克風(fēng)。
[0050] 所述相位自校正模塊3信號(hào)輸入端接麥克風(fēng)陣列輸出端，相位自校正模塊輸出端 輸出相位校正結(jié)果；
[0051] 所述波束對(duì)準(zhǔn)模塊4信號(hào)輸入端接相位自校正模塊的相位校正信號(hào)輸出端，輸入 的各通道信號(hào)經(jīng)時(shí)延調(diào)整后進(jìn)行累加并輸出波束對(duì)準(zhǔn)結(jié)果；
[0052] 所述語(yǔ)音增強(qiáng)模塊5設(shè)有信號(hào)輸入端和波束對(duì)準(zhǔn)輸入端，信號(hào)輸入端接相位自校 正模塊3的相位校正信號(hào)輸出端和波束對(duì)準(zhǔn)模塊4的波束對(duì)準(zhǔn)結(jié)果信號(hào)輸出端，經(jīng)過(guò)語(yǔ)音增 強(qiáng)模塊進(jìn)行麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)處理后輸出遠(yuǎn)距離語(yǔ)音增強(qiáng)結(jié)果。
[0053] 所述帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風(fēng)陣列長(zhǎng)距離拾音裝置實(shí)施例中麥克風(fēng)陣 列由5個(gè)等間距排列的麥克風(fēng)(mO，ml，…，m4)組成麥克風(fēng)線列陣，陣列中各麥克風(fēng)單元均安 裝聲聚焦機(jī)構(gòu)進(jìn)行上聚焦。
[0054] 麥克風(fēng)陣列由本領(lǐng)域通用的麥克風(fēng)單元及硬件電路組成，其中麥克風(fēng)陣列由體積 小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好的壓強(qiáng)式駐極體麥克風(fēng)mO,…，m4，NJM2100運(yùn)算