專(zhuān)利名稱(chēng)：聲源定位裝置及其方法及采用該裝置的電子設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲音信號(hào)采集及處理技術(shù)，特別是涉及一種聲源定位裝置及其方法及采用該裝置的電子設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)及科技的發(fā)展，各類(lèi)電子產(chǎn)品日益普及，為人們的學(xué)習(xí)、工作和生活等諸多方面帶來(lái)了較大的便利。
現(xiàn)有技術(shù)中，存在一些利用聲波來(lái)確定方位的電子產(chǎn)品。例如，某些消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，如小車(chē)、機(jī)器人等，可以通過(guò)辨識(shí)語(yǔ)音位置來(lái)確定運(yùn)動(dòng)的方向。再如，專(zhuān)利號(hào)為US 5,901,232的美國(guó)專(zhuān)利揭示一種聲學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)聲音來(lái)確定外部聲源的方位，并相應(yīng)地將麥克風(fēng)指向該聲源，以更好地實(shí)現(xiàn)雙向通訊。
所述美國(guó)專(zhuān)利US 5,901,232揭示的聲學(xué)系統(tǒng)包括聲音強(qiáng)度探測(cè)器，用于接收并檢測(cè)外部聲源的聲音強(qiáng)度；麥克風(fēng)；計(jì)算機(jī)，用于接收該探測(cè)器的強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并根據(jù)該強(qiáng)度數(shù)據(jù)計(jì)算該麥克風(fēng)的指向；馬達(dá)，在計(jì)算機(jī)的控制下調(diào)整麥克風(fēng)的指向。
與現(xiàn)有技術(shù)中的該聲學(xué)系統(tǒng)類(lèi)似，現(xiàn)有技術(shù)中還存在一些聽(tīng)音辨位的方法和裝置。其工作原理一般是采集音源波形，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行量化、編碼，隨后將信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)的CPU(中央處理器)，在其內(nèi)使用FFT(快速傅立葉變換，F(xiàn)ast Fourier Transform)算法，確定其相關(guān)性，來(lái)確定音源的方位。
上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷在于由于通過(guò)中央處理器處理的是經(jīng)過(guò)A/D量化、編碼后的信號(hào)，而且經(jīng)過(guò)FFT等算法的處理，因此，其運(yùn)算量過(guò)大，對(duì)CPU處理要求相應(yīng)較高，從而增加整個(gè)系統(tǒng)的成本；并且，由于微處理器(MCU)的運(yùn)算量有限，因此不能在MCU上實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，而目前基于成本的考慮，消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中通常使用MCU來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這也限制了聽(tīng)音辨位功能在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種聲源定位裝置及其方法，可以降低聲音信號(hào)處理過(guò)程的運(yùn)算量、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單并節(jié)省整體成本。
本發(fā)明解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供一種采用前述聲源定位裝置的電子設(shè)備，可以降低運(yùn)算量、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單并節(jié)省整體成本。
為此，本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是提供一種聲源定位裝置，包括多個(gè)用于在不同位置采集外部聲源的聲音信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的信號(hào)接收電路，還包括多個(gè)信號(hào)預(yù)處理電路，分別對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)接收電路，用于對(duì)所述信號(hào)接收電路產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理并輸出電平信號(hào)；聲源相位處理器，用于比較前述多個(gè)信號(hào)預(yù)處理電路產(chǎn)生的電平信號(hào)之間的相位差，得到外部聲源的方位；方位信息輸出電路，用于在微處理器的控制下輸出外部聲源的方位信息。
優(yōu)選地，所述信號(hào)預(yù)處理電路包括放大電路，用于放大來(lái)自信號(hào)接收電路的電信號(hào)；整形電路，用于將放大后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。
優(yōu)選地，所述整形電路是過(guò)零比較電路。
優(yōu)選地，所述聲源相位處理器是微處理器，所述微處理器包括存儲(chǔ)單元，用于緩存所述信號(hào)預(yù)處理電路輸出的電平信號(hào)；相位識(shí)別單元，用于識(shí)別所述電平信號(hào)的相位和高電平持續(xù)時(shí)間；方位確定單元，用于比較不同的信號(hào)預(yù)處理電路的電平信號(hào)的相位，根據(jù)比較結(jié)果來(lái)確定外部聲源的方位。
優(yōu)選地，所述微處理器還包括中斷處理單元，用于定時(shí)讀取所述信號(hào)預(yù)處理電路輸出的電平信號(hào)并寫(xiě)入該存儲(chǔ)單元；相位讀取單元，用于從存儲(chǔ)單元讀取該電平信號(hào)。
優(yōu)選地，所述微處理器還包括合法性判斷單元，用于根據(jù)所述電平信號(hào)的相位和高電平持續(xù)時(shí)間來(lái)確定電平信號(hào)是否符合條件。
優(yōu)選地，所述聲源相位處理器包括讀取識(shí)別電路，用于讀取并識(shí)別來(lái)自信號(hào)預(yù)處理電路的電信號(hào)；第一比較電路，用于進(jìn)行合法條件判斷，判斷所述電信號(hào)是否合法；第二比較電路，用于根據(jù)合法的電信號(hào)來(lái)判斷并確認(rèn)外部聲源的方位。
本發(fā)明還提供一種聲源定位方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1所述的聲源定位裝置以確定外部聲源的方位；包括步驟1)在多個(gè)不同位置采集外部聲源發(fā)出的聲音信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；2)分別對(duì)所述多個(gè)電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，生成對(duì)應(yīng)的電平信號(hào)；3)比較前述多個(gè)電平信號(hào)之間的相位差，得到外部聲源的方位；4)輸出外部聲源的方位信息。
優(yōu)選地，所述步驟2)的預(yù)處理包括對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行放大和整形。
優(yōu)選地，所述步驟3)的比較相位差具體包括讀取并緩存所述預(yù)處理后的電平信號(hào)；讀取并識(shí)別所述緩存的電平信號(hào)的相位和高電平持續(xù)時(shí)間；比較不同的電平信號(hào)的相位，根據(jù)比較結(jié)果來(lái)確定外部聲源的方位。
優(yōu)選地，所述步驟3)的比較相位差還包括合法性判斷，根據(jù)所述電平信號(hào)的相位和高電平持續(xù)時(shí)間來(lái)確定電平信號(hào)是否符合條件。
本發(fā)明還提供一種具有聲源定位裝置的電子設(shè)備，其中，所述聲源定位裝置是前述的聲源定位裝置。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明依據(jù)不同位置確定的信號(hào)接收電路來(lái)獲得音源波形，使用外圍電路(信號(hào)預(yù)處理電路)來(lái)簡(jiǎn)化獲取的音源信息，將模擬量轉(zhuǎn)化為電平信號(hào)(脈沖信號(hào))來(lái)表示；微處理器獲得二進(jìn)制信號(hào)后，通過(guò)比較相位差即可確定不同的信號(hào)接收電路獲得聲音信息的時(shí)間差，從而確定聲音方位。由于MCU處理的信號(hào)為脈沖信號(hào)或稱(chēng)電平信號(hào)，即僅由高、低電平組成，而不是經(jīng)過(guò)A/D量化、編碼后的信號(hào)；且由于MCU通過(guò)對(duì)相位差的比較，即可確定聲音方位，而不必通過(guò)FFT(快速傅立葉變換，F(xiàn)ast Fourier Transform)算法，確定其相關(guān)性，來(lái)確定音源的方位，因此，其具有運(yùn)算量小、對(duì)后續(xù)處理要求不高的優(yōu)勢(shì)，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的成本得以降低。


圖1是本發(fā)明聲源定位裝置的框圖；圖2是圖1所示裝置中信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備的框圖；圖3是本發(fā)明的實(shí)例中聲音接收器件的位置示意圖；
圖4是本發(fā)明的實(shí)例中信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備的電路原理圖；圖5是本發(fā)明的實(shí)例中信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備的輸出信號(hào)的示意圖；圖6是本發(fā)明的實(shí)例中微處理器進(jìn)行聲源定位的流程；圖7是本發(fā)明的實(shí)例中空間區(qū)分的示意圖；圖8是本發(fā)明的實(shí)例中微處理器內(nèi)部的模塊示意圖；圖9是本發(fā)明的實(shí)例中初始化單元的工作流程圖；圖10是本發(fā)明的實(shí)例中相位讀取單元的工作流程圖；圖11是本發(fā)明的實(shí)例中相位識(shí)別單元的工作流程圖；圖12是本發(fā)明的實(shí)例中合法性判斷單元的工作流程圖；圖13是本發(fā)明的實(shí)例中方位確定單元的工作流程圖；圖14是本發(fā)明的實(shí)例中中斷處理單元的工作流程圖；圖15是本發(fā)明另一實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的主要構(gòu)思在于采用外圍電路來(lái)簡(jiǎn)化聲音獲取元件獲得的聲音信息，轉(zhuǎn)換成電平信號(hào)進(jìn)入MCU，MCU內(nèi)簡(jiǎn)單識(shí)別不同聲音獲取元件的信號(hào)之間的相位差，通過(guò)計(jì)算來(lái)獲得音源方位，使得聽(tīng)音辨位功能在MCU上得以實(shí)現(xiàn)。
請(qǐng)參閱圖1，是本發(fā)明聲源定位裝置的框圖。
聲源定位裝置包括信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備100、微處理器200和方位信息輸出電路300；其中信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備100連接至微處理器200，微處理器200連接并控制方位信息輸出電路300。
信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備100在多個(gè)不同位置采集外部聲源900發(fā)出的聲音信號(hào)，相應(yīng)產(chǎn)生多個(gè)電信號(hào)并輸出至微處理器200。微處理器200對(duì)所述多個(gè)電信號(hào)的相位進(jìn)行比較，獲得聲源的方位，從而控制方位信息輸出電路300進(jìn)行輸出。
一并參閱圖2，所述信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備100包括多個(gè)信號(hào)接收電路110和信號(hào)預(yù)處理電路120；所述信號(hào)接收電路110連接至對(duì)應(yīng)的信號(hào)預(yù)處理電路120，該信號(hào)預(yù)處理電路120連接至微處理器200。
多個(gè)信號(hào)接收電路110分別在不同位置采集外部聲源900產(chǎn)生的聲音信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后輸入至對(duì)應(yīng)的信號(hào)預(yù)處理電路120。顯然，由于不同的信號(hào)接收電路110與外部聲源900之間的距離以及方向的差距，其采集到的聲音信號(hào)之間將存在差異。
信號(hào)預(yù)處理電路120對(duì)接收到的電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，例如放大、整形等，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量來(lái)表示，根據(jù)聲音到達(dá)各信號(hào)接收電路110的時(shí)間差，將產(chǎn)生多個(gè)相互之間具有相位差的電平信號(hào)。
微處理器200分別讀取來(lái)自信號(hào)預(yù)處理電路120的電平信號(hào)的相位值，比較相位值之間的差異，并根據(jù)比較結(jié)果識(shí)別外部聲源的方位。
方位信息輸出電路300在微處理器200的控制下，將外部聲源的方位信息采用預(yù)定的形式進(jìn)行輸出，可以采用可見(jiàn)光、聲音等多種形式，此不贅述。
為便于對(duì)本發(fā)明的理解，下面結(jié)合具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
請(qǐng)參閱圖3，本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例中，采用三個(gè)麥克風(fēng)(MIC)來(lái)充當(dāng)聲音信號(hào)接收器件，其中MIC1、MIC2和MIC3構(gòu)成一個(gè)等腰直角三角形，MIC1、MIC2的間距可以為6cm、7cm等等。
當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，所述間距可以根據(jù)MCU的實(shí)際運(yùn)算能力進(jìn)行調(diào)整，例如，當(dāng)MCU的主頻為4M時(shí)，所說(shuō)的MIC1和MIC2之間的距離S1-2的范圍為6～10cm；MIC1、MIC2和MIC3也不限于形成等腰直角三角形，完全可以根據(jù)實(shí)際的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，只要三個(gè)MIC不位于同一直線(xiàn)即可。
請(qǐng)參閱圖4，是本實(shí)例中信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備的電路原理圖。
所述信號(hào)接收電路110中，電阻R1和三極管Q1為麥克風(fēng)MIC供應(yīng)電流。當(dāng)麥克風(fēng)MIC接收到聲音信號(hào)時(shí)，將產(chǎn)生電壓變化，反映在A(yíng)點(diǎn)，A點(diǎn)即為信號(hào)接收電路110的信號(hào)輸出端。
所述信號(hào)預(yù)處理電路120包括放大電路121和整形電路122。
放大電路121中，電容C1濾掉信號(hào)中的低頻部分，電阻R2、電阻R3和運(yùn)放U1A構(gòu)成負(fù)反饋放大回路，放大后的信號(hào)經(jīng)由B點(diǎn)輸出。
整形電路122中，電容C2、電阻R4、電阻R5和運(yùn)放U1B形成過(guò)零比較電路，整形后的電平信號(hào)通過(guò)點(diǎn)C輸出。該電平信號(hào)通過(guò)微處理器200的端口輸入到微處理器200進(jìn)行相應(yīng)的處理。其中，各整形電路均對(duì)應(yīng)微處理器200的一個(gè)端口。
其中，Ref優(yōu)選為1/2VCC，當(dāng)然也可以采用其他電壓值來(lái)作為各個(gè)部分的參考電壓。
需要說(shuō)明的是，圖4僅為包括一個(gè)MIC的接收電路和外圍預(yù)處理電路，另外兩個(gè)MIC相關(guān)的電路與其類(lèi)似。
請(qǐng)參閱圖5，是本實(shí)例中信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備的輸出信號(hào)的示意圖，依據(jù)聲音到達(dá)各個(gè)MIC的時(shí)間差，各信號(hào)預(yù)處理電路輸出具有相位差的相同的波形。
隨后，微處理器200對(duì)前述信號(hào)接收及預(yù)處理設(shè)備100輸出的電平信號(hào)進(jìn)行處理。本實(shí)例中，以凌陽(yáng)科技的MCU SPCE061作為控制核心。
請(qǐng)一并參閱圖5和圖6，下面介紹本實(shí)例中微處理器進(jìn)行聲源定位的流程。
步驟S110，微處理器進(jìn)行初始化。
步驟S120，分別讀取3個(gè)MIC的相位值。
步驟S130，對(duì)讀取的相位值進(jìn)行確認(rèn)。
首先，進(jìn)行相位識(shí)別，即分別獲取Delay1、Delay2和Delay3，同時(shí)獲取T1、T2和T3值。
隨后，進(jìn)行相位合法性的判斷1)根據(jù)獲取的T1、T2和T3值來(lái)判斷是否滿(mǎn)足T1＝T2＝T3；如果不滿(mǎn)足，則不合法，退出流程；滿(mǎn)足則進(jìn)入2)；2)根據(jù)獲取的最大Delay減去最小Delay得到一時(shí)間差Tmaxtomin，判斷是否滿(mǎn)足Tmaxtomin＜TS1-2(聲音傳播MCI1到MIC2的距離所需的時(shí)間)，如果滿(mǎn)足，則合法，進(jìn)入步驟S140；反之則不合法，退出流程；其中，1)和2)的判斷順序可以互換。
步驟S140，獲取音源方向，根據(jù)合法的相位值來(lái)確定音源的方位。
一并參閱圖7，本實(shí)例中，將空間區(qū)分為8個(gè)區(qū)間，步驟S140即根據(jù)相位值來(lái)確定聲源所處的區(qū)間。如表1所示。
表1

請(qǐng)參閱圖8，本實(shí)例中，微處理器200為實(shí)現(xiàn)聲源定向的功能，其內(nèi)部固化相應(yīng)的程序模塊，包括存儲(chǔ)單元210、初始化單元220、相位讀取單元230、相位識(shí)別單元240、合法性判斷單元250、方位確定單元260和中斷處理單元270。
所述存儲(chǔ)單元210包括低電平保持時(shí)間存儲(chǔ)區(qū)(LowToHighLatchTime)、高電平保持時(shí)間存儲(chǔ)區(qū)(HighToLowLatchTime)、當(dāng)前狀態(tài)存儲(chǔ)區(qū)(Status)和端口緩存區(qū)(IO_Buffer)。
低電平保持時(shí)間存儲(chǔ)區(qū)用于記錄各信號(hào)預(yù)處理電路的電平信號(hào)由低變高的時(shí)間；高電平保持時(shí)間存儲(chǔ)區(qū)用于記錄各信號(hào)預(yù)處理電路的電平信號(hào)由高變低的時(shí)間；當(dāng)前狀態(tài)存儲(chǔ)區(qū)則用于記錄各信號(hào)預(yù)處理電路的電平信號(hào)的當(dāng)前狀態(tài)，分別用不同的數(shù)值來(lái)表示當(dāng)前是高電平、低電平還是發(fā)生電平轉(zhuǎn)換，例如，0代表當(dāng)前端口為高電平狀態(tài)；1代表當(dāng)前端口為維持低電平狀態(tài)；2代表當(dāng)前端口為維持高電平狀態(tài)；3代表當(dāng)前端口返回狀態(tài)。
端口緩存區(qū)可以采用先進(jìn)先出(FIFO)結(jié)構(gòu)，用于中斷處理單元270定時(shí)讀取與各信號(hào)預(yù)處理單元對(duì)應(yīng)的端口，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算時(shí)間。
初始化單元220在微處理器200運(yùn)行時(shí)初始化存儲(chǔ)單元210以及各信號(hào)預(yù)處理電路對(duì)應(yīng)的端口的當(dāng)前狀態(tài)。請(qǐng)一并參閱圖9，是初始化單元220的工作流程。
請(qǐng)參閱圖10，是相位讀取單元230的工作流程。
步驟S121，判斷端口緩存區(qū)是否不為空，如果是，則進(jìn)入步驟S122；如果否，則進(jìn)入步驟S124。
步驟S122，讀取端口緩存區(qū)。
步驟S123，根據(jù)步驟S122的結(jié)果，啟動(dòng)相位識(shí)別單元240對(duì)各外圍電路的信號(hào)進(jìn)行處理。
步驟S124，判斷是否滿(mǎn)足流程結(jié)束條件，所述結(jié)束條件是各端口的狀態(tài)均經(jīng)歷低電平、高電平和低電平之后，即當(dāng)前狀態(tài)存儲(chǔ)區(qū)中各端口的狀態(tài)值均為3。
請(qǐng)參閱圖11，是相位識(shí)別單元240的工作流程。
相位識(shí)別單元240根據(jù)輸入?yún)?shù)所代表的接收單元來(lái)確定選擇當(dāng)前處理的端口。
步驟S131，讀取端口緩存區(qū)，判斷當(dāng)前是否為低電平，如果是，則進(jìn)入步驟S132；如果否，則進(jìn)入步驟S133。
步驟S132，讀取當(dāng)前狀態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，進(jìn)行相應(yīng)處理如果狀態(tài)值為0，則將狀態(tài)值切換為1，低電平保持時(shí)間加1；如果狀態(tài)值為1，則低電平保持時(shí)間加1；如果狀態(tài)值為2，則將狀態(tài)值切換為3；如果狀態(tài)值為3，則不進(jìn)行操作。
步驟S133，讀取當(dāng)前狀態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，進(jìn)行相應(yīng)處理如果狀態(tài)值為0，則高電平保持時(shí)間加1；如果狀態(tài)值為1，則將狀態(tài)值切換為2，高電平保持時(shí)間加1；如果狀態(tài)值為2，則高電平保持時(shí)間加1；如果狀態(tài)值為3，則不進(jìn)行操作。
請(qǐng)參閱圖12，是合法性判斷單元的工作流程。
步驟S134，比較各端口的高電平保持時(shí)間是否相等，如果是，則進(jìn)入步驟S135；如果否，則返回不合法。
步驟S135，將最大的低電平保持時(shí)間減去最小低電平保持時(shí)間得到一時(shí)間差，判斷該時(shí)間差是否小于聲音傳播MCI1到MIC2的距離所需的時(shí)間，如果是，則返回合法；如果否，則返回不合法。
請(qǐng)參閱圖13，是方位確定單元260的工作流程。
步驟S141，將MIC1對(duì)應(yīng)的低電平保持時(shí)間加上MIC2對(duì)應(yīng)的低電平保持時(shí)間，然后將和除以2，再比較商與MIC3對(duì)應(yīng)的低電平保持時(shí)間的大小，進(jìn)行相應(yīng)處理如果相等，則初步定位在第1、5區(qū)間；如果小于，則初步定位于第6、7、8區(qū)間；如果大于，則初步定位在第2、3、4區(qū)間。
步驟S142，比較MIC1對(duì)應(yīng)的低電平保持時(shí)間加上MIC2對(duì)應(yīng)的低電平保持時(shí)間，進(jìn)行相應(yīng)處理如果相等，則初步定位在第3、7區(qū)間；如果小于，則初步定位于第4、5、6區(qū)間；如果大于，則初步定位在第1、2、8區(qū)間。
步驟S143，結(jié)合兩次比較結(jié)果，獲得聲源所處的唯一的區(qū)間。
請(qǐng)參閱圖14，是中斷處理單元270的工作流程，用于定時(shí)讀取微處理器200的端口的電平信號(hào)，并寫(xiě)入端口緩存區(qū)，同時(shí)協(xié)調(diào)端口緩存區(qū)的運(yùn)作。
本實(shí)例的方位信息輸出電路300采用8個(gè)LED(發(fā)光二極管)來(lái)分別表示前述8個(gè)區(qū)間，微處理器200根據(jù)處理得到的區(qū)間信息來(lái)控制LED，將輸出的方位信息送到8個(gè)LED來(lái)表示識(shí)別的方位。
總之，本實(shí)例中，聲源的信息通過(guò)外圍電路(信號(hào)預(yù)處理電路)轉(zhuǎn)化成1比特的數(shù)字信號(hào)；而MCU(微處理器)內(nèi)部通過(guò)各個(gè)聲音信號(hào)的相位差來(lái)獲得各個(gè)聲音采集元件(麥克風(fēng))采集聲音的時(shí)間差，并計(jì)算出相應(yīng)的傳輸距離，以此確定聲音方位。本實(shí)例與一般的采用A/D方式所得到的轉(zhuǎn)換信號(hào)之間區(qū)別在于1、MCU處理的信號(hào)為脈沖信號(hào)或稱(chēng)電平信號(hào)，即僅由高、低電平組成而不是經(jīng)過(guò)A/D量化、編碼后的信號(hào)；2、采用簡(jiǎn)單的相位差比較的方法來(lái)識(shí)別方位，而不需要經(jīng)過(guò)類(lèi)似FFT等算法較復(fù)雜的運(yùn)算過(guò)程，因此，其具有運(yùn)算量小、對(duì)后續(xù)處理要求不高的優(yōu)勢(shì)，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的成本得以降低。
當(dāng)然，本發(fā)明并不限于前述實(shí)例的方案的描述，例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思，可以了解方案中的SPCE061可用其它芯片替代；方案中的LED輸出可以用其它的輸出，比如小車(chē)轉(zhuǎn)向馬達(dá)等方式替代；方案中可以通過(guò)添加一個(gè)聲音采集元件來(lái)獲得三維上的方位；方案中的聲音采集元件可以使用其它新型元件來(lái)替代MIC元件。
此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知，基于數(shù)據(jù)處理技術(shù)的特殊性，微處理器200內(nèi)部固化的程序模塊所達(dá)到的功能也可以采用對(duì)應(yīng)的硬件形式來(lái)實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)參閱圖15，是一個(gè)可能的實(shí)例的示意圖。該實(shí)例中，音源相位處理電路500包括讀取識(shí)別電路510、第一比較電路520、第二比較電路530和輸出電路540；其中，讀取識(shí)別電路510用于讀取并識(shí)別來(lái)自聲音采集電路(圖未示)的電信號(hào)，并經(jīng)過(guò)第一比較電路520進(jìn)行合法條件判斷，判斷所述電信號(hào)是否合法，第二比較電路530根據(jù)合法的電信號(hào)來(lái)判斷并確認(rèn)外部聲源的方位，并通過(guò)輸出電路540輸出音源方位信息。所述讀取識(shí)別電路510包括多個(gè)讀取電路511和鑒定識(shí)別電路512。
總之，本發(fā)明有以下特點(diǎn)依據(jù)位置確定的三個(gè)聲音獲取元件來(lái)獲得音源波形；使用外圍電路來(lái)簡(jiǎn)化獲取的音源信息，將模擬量轉(zhuǎn)化為一個(gè)比特的數(shù)字量來(lái)表示；MCU獲得二進(jìn)制信號(hào)后，通過(guò)比較相位差確定三個(gè)聲音獲取元件獲得聲音信息的時(shí)間差，從而確定聲音方位。
基于本發(fā)明的聲源定位裝置和方法，將其應(yīng)用于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域，可以獲得多種新型的消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備，如小車(chē)、機(jī)器人等，可以通過(guò)辨識(shí)語(yǔ)音位置，確定運(yùn)動(dòng)的方向，從而具有自動(dòng)跟蹤功能；并且發(fā)明人在凌陽(yáng)公司的16位單片機(jī)SPCE061A上實(shí)現(xiàn)了聲源定向功能和語(yǔ)音辨識(shí)功能的結(jié)合。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種聲源定位裝置，包括多個(gè)用于在不同位置采集外部聲源的聲音信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的信號(hào)接收電路，其特征在于，還包括多個(gè)信號(hào)預(yù)處理電路，分別對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)接收電路，用于對(duì)所述信號(hào)接收電路產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理并輸出電平信號(hào)；聲源相位處理器，用于比較前述多個(gè)信號(hào)預(yù)處理電路產(chǎn)生的電平信號(hào)之間的相位差，得到外部聲源的方位；方位信息輸出電路，用于在微處理器的控制下輸出外部聲源的方位信息。
2.如權(quán)利要求1所述的聲源定位裝置，其特征在于所述信號(hào)預(yù)處理電路包括放大電路，用于放大來(lái)自信號(hào)接收電路的電信號(hào)；整形電路，用于將放大后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的聲源定位裝置，其特征在于所述整形電路是過(guò)零比較電路。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的聲源定位裝置，其特征在于，所述聲源相位處理器是微處理器，所述微處理器包括存儲(chǔ)單元，用于緩存所述信號(hào)預(yù)處理電路輸出的電平信號(hào)；相位識(shí)別單元，用于識(shí)別所述電平信號(hào)的相位和高電平持續(xù)時(shí)間；方位確定單元，用于比較不同的信號(hào)預(yù)處理電路的電平信號(hào)的相位，根據(jù)比較結(jié)果來(lái)確定外部聲源的方位。
5.如權(quán)利要求4所述的聲源定位裝置，其特征在于，所述微處理器還包括中斷處理單元，用于定時(shí)讀取所述信號(hào)預(yù)處理電路輸出的電平信號(hào)并寫(xiě)入該存儲(chǔ)單元；相位讀取單元，用于從存儲(chǔ)單元讀取該電平信號(hào)。
6.如權(quán)利要求5所述的聲源定位裝置，其特征在于，所述微處理器還包括合法性判斷單元，用于根據(jù)所述電平信號(hào)的相位和高電平持續(xù)時(shí)間來(lái)確定電平信號(hào)是否符合條件。
7.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的聲源定位裝置，其特征在于，所述聲源相位處理器包括讀取識(shí)別電路，用于讀取并識(shí)別來(lái)自信號(hào)預(yù)處理電路的電信號(hào)；第一比較電路，用于進(jìn)行合法條件判斷，判斷所述電信號(hào)是否合法；第二比較電路，用于根據(jù)合法的電信號(hào)來(lái)判斷并確認(rèn)外部聲源的方位。
8.一種聲源定位方法，應(yīng)用于如權(quán)利要求1所述的聲源定位裝置以確定外部聲源的方位；其特征在于，包括步驟1)在多個(gè)不同位置采集外部聲源發(fā)出的聲音信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；2)分別對(duì)所述多個(gè)電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，生成對(duì)應(yīng)的電平信號(hào)；3)比較前述多個(gè)電平信號(hào)之間的相位差，得到外部聲源的方位；4)輸出外部聲源的方位信息。
9.如權(quán)利要求8所述的聲源定位方法，其特征在于，所述步驟2)的預(yù)處理包括對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行放大和整形。
10.如權(quán)利要求8或9所述的聲源定位方法，其特征在于，所述步驟3)的比較相位差具體包括讀取并緩存所述預(yù)處理后的電平信號(hào)；讀取并識(shí)別所述緩存的電平信號(hào)的相位和高電平持續(xù)時(shí)間；比較不同的電平信號(hào)的相位，根據(jù)比較結(jié)果來(lái)確定外部聲源的方位。
11.如權(quán)利要求10所述的聲源定位方法，其特征在于，所述步驟3)的比較相位差還包括合法性判斷，根據(jù)所述電平信號(hào)的相位和高電平持續(xù)時(shí)間來(lái)確定電平信號(hào)是否符合條件。
12.一種具有聲源定位裝置的電子設(shè)備，其特征在于所述聲源定位裝置是權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的聲源定位裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種聲源定位裝置，包括多個(gè)用于在不同位置采集外部聲源的聲音信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的信號(hào)接收電路，還包括多個(gè)信號(hào)預(yù)處理電路，分別對(duì)應(yīng)于所述信號(hào)接收電路，用于對(duì)所述信號(hào)接收電路產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理并輸出電平信號(hào)；聲源相位處理器，用于比較前述多個(gè)信號(hào)預(yù)處理電路產(chǎn)生的電平信號(hào)之間的相位差，得到外部聲源的方位；方位信息輸出電路，用于在微處理器的控制下輸出外部聲源的方位信息。本發(fā)明相應(yīng)公開(kāi)了一種聲源定位方法以及采用所述聲源定位裝置的電子設(shè)備。
文檔編號(hào)H04R1/40GK1808171SQ200510001779
公開(kāi)日2006年7月26日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月19日
發(fā)明者羅立聲, 張學(xué)虎 申請(qǐng)人:北京北陽(yáng)電子技術(shù)有限公司, 凌陽(yáng)科技股份有限公司