專利名稱：結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法及其系統(tǒng)，特別是涉及一種可在噪音環(huán)境下增強麥克風(fēng)陣列錄音品質(zhì)的結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法及其系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的麥克風(fēng)陣列主要包含多個以陣列方式相連接的麥克風(fēng)，并處理由這些麥克風(fēng)接收的音源信號，以得知音源信號的方向性，因此應(yīng)用麥克風(fēng)陣列可以提升信號信噪比(signal-to-noise ratio，簡稱SNR)，以增強來自一特定方向的信號并抑制其他不需要的噪音。
如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)一種稱為”延遲后求和”(delay-and-sum)的麥克風(fēng)陣列裝置1，其包括n個等距(距離d)設(shè)置的麥克風(fēng)11，n個與各麥克風(fēng)對應(yīng)連接的時間延遲單元12，以及一與各時間延遲單元12連接的加法器13。其方法為當(dāng)這些麥克風(fēng)11收到音源信號時，先由這些時間延遲單元12以多個不同的延遲時間Δt1、Δt2、Δt3等預(yù)估值，依序?qū)υ撘粼葱盘栠M行信號延遲，例如將進入第一麥克風(fēng)m1的信號x1(t)延遲(n-1)×Δt1，對進入第二麥克風(fēng)m2的信號x2(t)延遲(n-2)×Δt1…，依此類推，最后將經(jīng)過這些時間延遲單元12延遲的信號送入加法器13進行求和，即可分別針對不同的時間差Δt1、Δt2、Δt3分別得到如下信號求和后的表示式y(tǒng)1(t)=Σk=1nxk(t+(k-1)×Δt1)]]>
y2(t)=Σk=1nxk(t+(k-1)×Δt2)]]>y3(t)=Σk=1nxk(t+(k-1)×Δt3)]]>然后，從這些求和后的信號y1(t)~y3(t)中找出具有一最大振幅的信號，即判定其為最大音源，而得知該最大音源的聲波到達最接近的麥克風(fēng)與到達鄰近該最接近麥克風(fēng)的麥克風(fēng)之間的一延遲時間Δt，并根據(jù)式子d×sinθ＝v×Δt，其中v為音速，即可求得該最大音源的方向及角度θ。求得延遲時間Δt之后，即令這些時間延遲單元12根據(jù)該延遲時間Δt去延遲由所述各麥克風(fēng)收到的該最大音源信號，即可達到增強(放大)該最大音源并抑制來自其他方向音源的目的。
因此，由上述說明可知，現(xiàn)有技術(shù)的麥克風(fēng)陣列裝置1可以根據(jù)上述預(yù)估延遲時間的方法去找到最大音源方向，并針對該最大音源進行收音及信號放大。然而，也因為現(xiàn)有技術(shù)的麥克風(fēng)陣列裝置1利用上述估測延遲時間的方法，只能測知最大音源并針對最大音源進行放大，以致于在其收音環(huán)境中，當(dāng)一噪音的聲音強度大過于其所欲收音的目標(biāo)音源時，該最大音源(即噪音)即會被加強，反而使得該目標(biāo)音源受到抑制，而產(chǎn)生不佳的錄音效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法及其系統(tǒng)，其可針對特定音源(不一定是最大音源)進行收音及放大，以提升麥克風(fēng)陣列在噪音環(huán)境下的錄音品質(zhì)。
于是，本發(fā)明結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法，可針對一目標(biāo)音源進行音源收音及放大，其中該麥克風(fēng)陣列包括多個呈陣列方式排列的麥克風(fēng)，兩兩麥克風(fēng)相距一第一距離。該方法包括(a)使用一目標(biāo)音源偵測單元偵測該目標(biāo)音源的方位及與該目標(biāo)音源相距的一第二距離，(b)根據(jù)該目標(biāo)音源偵測單元與這些麥克風(fēng)之間的已知距離，求得距離該目標(biāo)音源最近及最遠的一第一麥克風(fēng)及一第二麥克風(fēng)，以獲得該第一麥克風(fēng)與該目標(biāo)音源相距的一第三距離，以及該第二麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)s，(c)根據(jù)該第一距離及第三距離，求得該目標(biāo)音源發(fā)出的一聲波到達該第一麥克風(fēng)及到達另一與該第一麥克風(fēng)相鄰的麥克風(fēng)的一延遲時間Δt，及(d)在所述各麥克風(fēng)收到一聲波信號后，將所述各聲波信號延遲(s-i)×Δt后進行求和，其中i為所述各麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)；借此，增強來自該目標(biāo)音源的聲音信號。
此外，本發(fā)明用以實現(xiàn)上述方法的結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音系統(tǒng)，可針對一目標(biāo)音源進行音源收音及放大。該系統(tǒng)包括n個麥克風(fēng)，一目標(biāo)音源偵測單元及一信號處理單元。這些麥克風(fēng)是以陣列方式排列，且兩兩麥克風(fēng)之間間隔一第一距離。該目標(biāo)音源偵測單元用以測得該目標(biāo)音源的方位及與該目標(biāo)音源相距的一第二距離，并根據(jù)與這些麥克風(fēng)之間的已知距離，求得距離該目標(biāo)音源最近及最遠的一第一麥克風(fēng)及一第二麥克風(fēng)，以獲得該第一麥克風(fēng)與該目標(biāo)音源相距的一第三距離，以及該第二麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)s。該信號處理單元與這些麥克風(fēng)電連接，并根據(jù)該第一距離及第三距離，求得該目標(biāo)音源發(fā)出的聲波信號到達該第一麥克風(fēng)及到達另一與該第一麥克風(fēng)相鄰的麥克風(fēng)的一延遲時間Δt，以在所述各麥克風(fēng)收到該聲波信號后，依序?qū)⑺龈髀暡ㄐ盘栄舆t(s-i)×Δt后進行求和，其中i為所述各麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)，借此將該目標(biāo)音源予以放大。


下面通過最佳實施例及附圖對本發(fā)明結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法及其系統(tǒng)進行詳細說明，附圖中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種麥克風(fēng)陣列裝置的電路方塊及其工作原理示意圖。
圖2是本發(fā)明結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法及其系統(tǒng)的一圖3是本實施例的流程圖。
圖4是本實施例的時間延遲元件的功能說明圖。
具體實施例方式
有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點與功效，在以下配合參考附圖的一實施例的詳細說明中，將可清楚地明白。
參見圖2所示，并配合圖3的流程所示，是本發(fā)明結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法及其系統(tǒng)的一實施例，本實施例的結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音系統(tǒng)2，可針對一目標(biāo)音源3進行音源收音及放大。系統(tǒng)2包括n個(本實施例以4個為例)麥克風(fēng)m1~m4，一目標(biāo)音源偵測單元21及一信號處理單元22。
這些麥克風(fēng)m1~m4是以陣列(本實施例以一唯陣列為例)方式排列，且兩兩麥克風(fēng)之間等距間隔一第一距離d1。
且如圖3的步驟a所示，目標(biāo)音源偵測單元21，用以測得目標(biāo)音源3的方位及距離，在本實施例中，目標(biāo)音源偵測單元21是使用一現(xiàn)有技術(shù)的人臉偵測技術(shù)來實現(xiàn)，其主要包括一數(shù)碼攝像機211及一第一處理器212。假設(shè)麥克風(fēng)陣列是欲針對”人”所發(fā)出的聲音進行收音，則如圖2所示，當(dāng)在一錄音環(huán)境中同時存在一人(即目標(biāo)音源3)及一動物4時，數(shù)碼攝像機211是用以取得包含目標(biāo)音源(人)3及動物4在內(nèi)的一圖像畫面，然后將該圖像畫面送至第一處理器212進行處理。又如圖3的步驟b所示，第一處理器212可根據(jù)人臉偵測原理(因?qū)佻F(xiàn)有技術(shù)且并非本案討論重點，在此不予詳述)判斷出畫面中何者為人的圖像，并根據(jù)該人(即目標(biāo)音源3)在畫面中的位置及成像大小，求得數(shù)碼攝像機211與目標(biāo)音源3相距的一第二距離d2。此外，如圖3的步驟c所示，第一處理器212根據(jù)數(shù)碼攝像機211與這些麥克風(fēng)m1~m4間的已知距離，可以得知距離目標(biāo)音源3最近及最遠的一第一麥克風(fēng)(即第二個麥克風(fēng)m2)及第二麥克風(fēng)(即第四個麥克風(fēng)m4)，并求得第一麥克風(fēng)m2與目標(biāo)音源3相距的一第三距離d3，以及第一麥克風(fēng)m2與第二麥克風(fēng)m4之間的間隔數(shù)s(s＝2)(亦即間隔幾個第一距離d1)。
當(dāng)然，上述的目標(biāo)音源偵測單元21亦可使用其他，例如活氧(Oxygen)計劃中開發(fā)的”Cricket”室內(nèi)定位系統(tǒng)，無線網(wǎng)路室內(nèi)定位系統(tǒng)，或全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)等來實現(xiàn)，而同樣能夠獲得上述的結(jié)果。
信號處理單元22包括一第二處理器221，n(n＝4)個分別與所述各麥克風(fēng)對應(yīng)連接的時間延遲元件D1~D4以及一加法器222。第二處理器221與上述第一處理器212連接，且如圖2及圖3的步驟d所示，其可根據(jù)第一距離d1及第三距離d3，以及目標(biāo)音源3至第一麥克風(fēng)m2與目標(biāo)音源3至第一麥克風(fēng)m2的相鄰麥克風(fēng)m3之間的夾角θ，以及公式d4＝d1×sinθ＝v×Δt，求得目標(biāo)音源3發(fā)出的聲波到達第一麥克風(fēng)m2及其相鄰麥克風(fēng)m1或m3的一延遲時間Δt。
這些時間延遲元件D1~D4分別與第一處理器212及第二處理器221連接，以由第一處理器212得知第一麥克風(fēng)m2的位置及間隔數(shù)s，并由第二處理器221得知延遲時間Δt，因此，如圖3的步驟e所示，當(dāng)所述各麥克風(fēng)m1~m4分別收到來自各個方向的聲波信號時，其會根據(jù)本身與第一麥克風(fēng)m2的間隔數(shù)i(即間隔幾個第一距離d1)，將收到的聲波信號x(t)延遲(s-i)×Δt后，分別送至后端的加法器222進行求和，可得到一求和后的聲波信號y(t)＝xm1(t+Δt)+xm2(t+2Δt)+xm3(t+Δt)+xm4(t)，其中，如圖2及圖4所示，xm1(t+Δt)是由第一時間延遲元件D1將聲波xm1(t)延遲Δt所產(chǎn)生，xm2(t+2Δt)是由第二時間延遲元件D2將聲波xm2(t)延遲2Δt所產(chǎn)生，xm3(t+Δt)是由第三時間延遲元件D3將聲波xm3(t)延遲Δt所產(chǎn)生，而xm4(t)則是由第四時間延遲元件D4不經(jīng)時間延遲直接輸出。借此，當(dāng)這些信號被求和后，將使得聲波信號y(t)中的目標(biāo)音源3的振幅被大大地提升，并相對抑制其他音源，而增強(放大)了目標(biāo)音源3的聲音信號。
由上述說明可知，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的麥克風(fēng)陣列裝置1最大不同之處在于，現(xiàn)有技術(shù)的麥克風(fēng)陣列裝置1是以延遲時間推算出最大音源的方向，亦即嘗試用不同的延遲時間去延遲聲音信號，以獲得一最大音源的方向及一適用的延遲時間，再令麥克風(fēng)陣列以該延遲時間對該最大音源進行適當(dāng)延遲后求和，以增強該最大音源，因此無法針對一特定音源進行信號增強。
而本發(fā)明則是先測得預(yù)設(shè)目標(biāo)音源方位，再由目標(biāo)音源推算出延遲時間，亦即先以目標(biāo)音源偵測單元21測知所欲收音的目標(biāo)音源3的方位，以及目標(biāo)音源3與麥克風(fēng)陣列中最接近的麥克風(fēng)的距離，然后，由信號處理單元22中的第二處理器221根據(jù)目標(biāo)音源3與最接近的麥克風(fēng)的距離，以及最接近的麥克風(fēng)與其相鄰麥克風(fēng)的距離，得出目標(biāo)音源3的聲波到達最接近的麥克風(fēng)以及到達與最接近的麥克風(fēng)相鄰的麥克風(fēng)的延遲時間，再使所述各麥克風(fēng)的時間延遲元件根據(jù)該延遲時間對收到的聲音信號進行延遲后求和，即可針對聲音信號中的目標(biāo)音源予以加強。
因此，本發(fā)明借由定位技術(shù)的輔助，使麥克風(fēng)陣列能夠針對一預(yù)設(shè)的特定目標(biāo)音源(不一定是最大音源)收音并增強其信號，相較于現(xiàn)有技術(shù)在噪音聲音強度大過其目標(biāo)音源的收音環(huán)境中，該噪音即被加強而反使目標(biāo)音源受抑制的缺點，本發(fā)明具有可針對特定目標(biāo)精確收音的明顯功效，而可借此提升麥克風(fēng)陣列的錄音品質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法，可針對一目標(biāo)音源進行音源收音及放大，其中該麥克風(fēng)陣列包括多個呈陣列方式排列的麥克風(fēng)，兩兩麥克風(fēng)相距一第一距離；其特征在于該方法包括(a)使用一目標(biāo)音源偵測單元偵測該目標(biāo)音源的方位及與該目標(biāo)音源相距的一第二距離；(b)根據(jù)該目標(biāo)音源偵測單元與這些麥克風(fēng)之間的已知距離，求得距離該目標(biāo)音源最近及最遠的一第一麥克風(fēng)及一第二麥克風(fēng)，以獲得該第一麥克風(fēng)與該目標(biāo)音源相距的一第三距離，以及該第二麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)s；(c)根據(jù)該第一距離及第三距離，求得該目標(biāo)音源發(fā)出的一聲波到達該第一麥克風(fēng)及到達另一與該第一麥克風(fēng)相鄰的麥克風(fēng)的一延遲時間Δt；及(d)在所述各麥克風(fēng)收到一聲波信號后，將所述各聲波信號延遲(s-i)×Δt后進行求和，其中i為所述各麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)；借此，增強來自該目標(biāo)音源的聲音信號。
2.如權(quán)利要求1所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法，其特征在于在步驟(b)中，該間隔數(shù)是指兩麥克風(fēng)之間的第一距離的數(shù)目。
3.如權(quán)利要求1所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法，其特征在于在步驟(a)中，該目標(biāo)音源偵測單元是一人臉偵測裝置，其包含一數(shù)碼攝像機及一第一處理器，該數(shù)碼攝像機用以取得包含該目標(biāo)音源在內(nèi)的一畫面，并借由該第一處理器判斷在該畫面中該目標(biāo)音源的大小及方位，而求得該第一距離。
4.如權(quán)利要求1所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法，其特征在于步驟(c)更包括下列次步驟(c1)根據(jù)該第一距離及第三距離，以及該目標(biāo)音源至該第一麥克風(fēng)與該目標(biāo)音源至該第一麥克風(fēng)的相鄰麥克風(fēng)之間的夾角，求得該延遲時間Δt；(c2)根據(jù)間隔數(shù)s，延遲時間Δt以及所述各麥克風(fēng)與第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)i，將所述各麥克風(fēng)收到的聲波信號延遲(s-i)×Δt；及(c3)將這些延遲后的聲波信號進行求和。
5.如權(quán)利要求1所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法，其特征在于步驟(a)中的該目標(biāo)音源偵測單元是一室內(nèi)定位系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求1所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法，其特征在于步驟(a)中的該目標(biāo)音源偵測單元是一無線網(wǎng)路室內(nèi)定位系統(tǒng)。
7.如權(quán)利要求1所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法，其特征在于步驟(a)中的該目標(biāo)音源偵測單元是一全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
8.一種結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音系統(tǒng)，可針對一目標(biāo)音源進行音源收音及放大，該系統(tǒng)包括多個以陣列方式排列的麥克風(fēng)、一目標(biāo)音源偵測單元及一信號處理單元，其特征在于這些麥克風(fēng)之間兩兩間隔一第一距離；該目標(biāo)音源偵測單元用以測得該目標(biāo)音源的方位及與該目標(biāo)音源相距的一第二距離，并根據(jù)與這些麥克風(fēng)之間的已知距離，求得距離該目標(biāo)音源最近及最遠的一第一麥克風(fēng)及一第二麥克風(fēng)，以獲得該第一麥克風(fēng)與該目標(biāo)音源相距的一第三距離，以及該第二麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)s；及該信號處理單元與這些麥克風(fēng)電連接，并根據(jù)該第一距離及第三距離，求得該目標(biāo)音源發(fā)出的一聲波信號到達該第一麥克風(fēng)及到達另一與該第一麥克風(fēng)相鄰的麥克風(fēng)的一延遲時間Δt，以在所述各麥克風(fēng)收到該聲波信號后，將各自收到的該聲波信號延遲(s-i)×Δt后進行求和，其中i為所述各麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)，而將該目標(biāo)音源予以放大。
9.如權(quán)利要求8所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音系統(tǒng)，其特征在于該間隔數(shù)是指所述各麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)之間的第一距離的數(shù)目。
10.如權(quán)利要求8所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音系統(tǒng)，其特征在于該目標(biāo)音源偵測單元是一人臉偵測裝置，其包含一數(shù)碼攝像機及一第一處理器，該數(shù)碼攝像機用以取得包含該目標(biāo)音源在內(nèi)的一畫面，并借由該第一處理器判斷在該畫面中的該目標(biāo)音源的大小及方位，而求得該第一距離。
11.如權(quán)利要求8所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音系統(tǒng)，其特征在于該信號處理單元包括一第二處理器，多個與所述各麥克風(fēng)對應(yīng)連接的時間延遲元件及一加法器，該第二處理器與該音源偵測單元連接，并根據(jù)該第一距離及第三距離，以及該目標(biāo)音源至該第一麥克風(fēng)與該目標(biāo)音源至該第一麥克風(fēng)的相鄰麥克風(fēng)之間的夾角，求得該延遲時間Δt；這些時間延遲元件分別與該音源偵測單元及該第二處理器連接，并根據(jù)間隔數(shù)s，延遲時間Δt以及所述各麥克風(fēng)與第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)i，將所述各麥克風(fēng)收到的聲波信號延遲(s-i)×Δt之后，分別送至該加法器進行求和，而增強聲波信號中的目標(biāo)音源信號。
12.如權(quán)利要求8所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音系統(tǒng)，其特征在于該目標(biāo)音源偵測單元是一室內(nèi)定位系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求8所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音系統(tǒng)，其特征在于該目標(biāo)音源偵測單元是一無線網(wǎng)路室內(nèi)定位系統(tǒng)。
14.如權(quán)利要求8所述結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音系統(tǒng)，其特征在于該目標(biāo)音源偵測單元是一全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。
全文摘要
一種結(jié)合定位技術(shù)的麥克風(fēng)陣列收音方法及其系統(tǒng)，可放大一目標(biāo)音源；該系統(tǒng)包括多個以一第一距離相間隔排列的麥克風(fēng)，一目標(biāo)音源偵測單元，可測得該目標(biāo)音源的方位及與其相距的一第二距離，并求得距離該目標(biāo)音源最近及最遠的一第一及第二麥克風(fēng)，以獲得該第一麥克風(fēng)與該目標(biāo)音源相距的一第三距離，以及該第二麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)s，及一信號處理單元，其可根據(jù)該第一距離及第三距離，求得該目標(biāo)音源到達該第一麥克風(fēng)及與該第一麥克風(fēng)相鄰麥克風(fēng)的延遲時間Δt，以將所述各麥克風(fēng)收到的聲波信號延遲(s－i)×Δt后進行求和，其中i為所述各麥克風(fēng)與該第一麥克風(fēng)的間隔數(shù)，借此，將該目標(biāo)音源予以放大。
文檔編號H04R9/00GK1645971SQ200410002739
公開日2005年7月27日 申請日期2004年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月19日
發(fā)明者許天明 申請人:宏碁股份有限公司