專利名稱：基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及音頻信號(hào)增強(qiáng)領(lǐng)域，具體是指一種基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距 語(yǔ)音采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)一般只輸出視頻信號(hào)，對(duì)于音頻信號(hào)一般采取用單麥克風(fēng)直接采 集的形式。如果在比較復(fù)雜的場(chǎng)景，如火車站，廣場(chǎng)，人流量大，許多人同時(shí)說(shuō)話的情況，采 取普通的音頻信號(hào)采集方式輸出的音頻就會(huì)使得用戶無(wú)法分辨出不同人說(shuō)的話。同時(shí)如果 監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)可疑人物在交頭接耳，想要監(jiān)聽(tīng)他們的談話，這時(shí)普通的音頻采集方式將無(wú) 法滿足這種需求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于多麥克風(fēng) 陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，該語(yǔ)音采集系統(tǒng)采用多麥克風(fēng)陣列技術(shù)，能夠通過(guò)形成指 向性波束，定向定距離地接受指定目標(biāo)的語(yǔ)音信號(hào)，從而能夠使用戶排除干擾準(zhǔn)確地監(jiān)聽(tīng) 到可疑目標(biāo)的音頻信號(hào)，提高監(jiān)控效率。本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ) 音采集系統(tǒng)，包括攝像頭、多麥克風(fēng)陣列、以及與多麥克風(fēng)陣列相連的語(yǔ)音輸出裝置，所述 多麥克風(fēng)陣列與語(yǔ)音輸出裝置之間依次設(shè)置有波束形成計(jì)算裝置和波束形成處理裝置，攝 像頭通過(guò)目標(biāo)定位裝置與波束形成計(jì)算裝置相連。上述目標(biāo)定位裝置的工作原理為當(dāng)監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)后，根據(jù)攝像頭拍攝 的單幀圖像，目標(biāo)定位裝置對(duì)圖像上的指定目標(biāo)進(jìn)行定位，該目標(biāo)定位裝置由目標(biāo)距離計(jì) 算器和目標(biāo)方向計(jì)算器組成，其中，目標(biāo)距離計(jì)算器會(huì)根據(jù)已知的攝像頭安裝高度，俯仰角 度，可疑目標(biāo)圖像尺寸和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)的離攝像頭的距離；目標(biāo)方向計(jì)算器會(huì)根據(jù) 攝像頭偏移角度，俯仰角度以及標(biāo)定方向計(jì)算出目標(biāo)相對(duì)攝像頭標(biāo)定方向的夾角。波束形 成計(jì)算裝置利用目標(biāo)定位裝置計(jì)算出的目標(biāo)距離和目標(biāo)方向等信息，計(jì)算出所需要的指向 性波束系數(shù)。波束形成處理裝置的工作原理為當(dāng)波束形成計(jì)算裝置計(jì)算出所需要的指向性波 束系數(shù)后，波束形成處理裝置利用這些指向性波束系數(shù)，過(guò)濾多麥克風(fēng)陣列采集到的多路 語(yǔ)音信號(hào)，該波束系數(shù)能夠只對(duì)目標(biāo)方向和目標(biāo)所在距離的語(yǔ)音信號(hào)提供高增益，同時(shí)抑 制其他方向和距離的語(yǔ)音信號(hào)，從而達(dá)到只接受指定目標(biāo)語(yǔ)音的目的。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述波束形成處理裝置與語(yǔ)音輸出裝置之間設(shè)置 有噪聲消除裝置，經(jīng)過(guò)波束形成處理裝置處理的語(yǔ)音信號(hào)，由噪聲消除裝置進(jìn)一步取出語(yǔ) 音信號(hào)中的噪聲，從而能夠進(jìn)一步提高語(yǔ)音信號(hào)質(zhì)量，更利于監(jiān)控人員聽(tīng)清語(yǔ)音；噪聲消除 裝置最后連接到語(yǔ)音輸出裝置，用于輸出語(yǔ)音。為保證極端情況下需要查看最完整的監(jiān)控資料，所述語(yǔ)音輸出裝置連接有儲(chǔ)存器，用于存儲(chǔ)攝像頭采集到的高清視頻錄像；所述語(yǔ)音輸出裝置連接有儲(chǔ)存器，用于存儲(chǔ)語(yǔ)音。上述目標(biāo)定位裝置由目標(biāo)距離計(jì)算器和目標(biāo)方向計(jì)算器組成。上述波束形成計(jì)算裝置為波束系數(shù)計(jì)算器。上述波束形成處理裝置為自適應(yīng)濾波器組。上述多麥克風(fēng)陣列中的麥克風(fēng)陣列數(shù)量至少為2個(gè)。上述語(yǔ)音輸出裝置為揚(yáng)聲器、耳機(jī)或網(wǎng)絡(luò)。綜上所述，本實(shí)用新型的有益效果是利用先進(jìn)的定向定距語(yǔ)音采集技術(shù)，能夠排 除其他干擾信號(hào)，有效的采集到指定目標(biāo)的語(yǔ)音信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)語(yǔ)音采集無(wú)法完成的任務(wù)。 能夠有效地幫助監(jiān)控人員監(jiān)聽(tīng)可疑目標(biāo)對(duì)話，判斷是否有威脅，在公共安全領(lǐng)域有重大的 應(yīng)用價(jià)值。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí) 施方式不僅限于此。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)用新型包括攝像頭、多麥克風(fēng)陣列、以及與多麥克風(fēng)陣列相連的 語(yǔ)音輸出裝置，所述多麥克風(fēng)陣列與語(yǔ)音輸出裝置之間設(shè)置有波束形成計(jì)算裝置，攝像頭 通過(guò)目標(biāo)定位裝置與波束形成計(jì)算裝置相連，波束形成計(jì)算裝置與語(yǔ)音輸出裝置之間依次 連接有波束形成處理裝置、噪聲消除裝置。為保證極端情況下需要查看最完整的監(jiān)控資料，所述語(yǔ)音輸出裝置連接有儲(chǔ)存 器，用于存儲(chǔ)攝像頭采集到的高清視頻錄像；所述語(yǔ)音輸出裝置連接有儲(chǔ)存器，用于存儲(chǔ)語(yǔ)音。本實(shí)用新型的工作過(guò)程為目標(biāo)定位裝置對(duì)攝像頭拍攝到的圖像上的指定目標(biāo)進(jìn) 行定位，該目標(biāo)定位裝置由目標(biāo)距離計(jì)算器和目標(biāo)方向計(jì)算器組成，其中，目標(biāo)距離計(jì)算器 會(huì)根據(jù)已知的攝像頭安裝高度，俯仰角度，可疑目標(biāo)圖像尺寸和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)的離 攝像頭的距離，具體計(jì)算方法為已知攝像頭的俯仰角度，同時(shí)已知攝像頭安裝高度，根據(jù) 三角原理，便可以計(jì)算出目標(biāo)到攝像頭的距離，同時(shí)我們還利用一組反復(fù)試驗(yàn)測(cè)試得出的 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，從而是的計(jì)算出來(lái)的距離更加準(zhǔn)確；目標(biāo)方向計(jì)算器會(huì)根 據(jù)攝像頭偏移角度，俯仰角度以及標(biāo)定方向計(jì)算出目標(biāo)相對(duì)攝像頭標(biāo)定方向的夾角，攝像 頭架設(shè)在云臺(tái)至上，所以攝像頭的偏移角度我們是可以知道的，然后根據(jù)目標(biāo)在圖像中到 中心點(diǎn)的距離，我們便可以計(jì)算出目標(biāo)到標(biāo)定方向的夾角。經(jīng)過(guò)目標(biāo)定位后，波束形成計(jì)算裝置根據(jù)目標(biāo)的方向和距離，利用改進(jìn)的MUSIC 算法計(jì)算出所需要的指向性波束的系數(shù)；系數(shù)計(jì)算完成后，波束形成處理裝置會(huì)利用這些 系數(shù)，波束形成處理裝置是一個(gè)以FIR濾波器為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合ICA盲信號(hào)分離算法的自適 應(yīng)濾波器組，該濾波器組利用波束形成計(jì)算裝置計(jì)算出的系數(shù)為初始值，對(duì)多麥克風(fēng)陣列采集到的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波，然后濾波的結(jié)果經(jīng)過(guò)ICA盲信號(hào)分離算法進(jìn)一步講混合的音 頻信號(hào)進(jìn)行分離，分離后的結(jié)果會(huì)和原始多麥克風(fēng)陣列采集到的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行比較得到一 個(gè)誤差信號(hào)，再利用這個(gè)誤差信號(hào)通過(guò)改進(jìn)的NLMS算法不斷的調(diào)整濾波器系數(shù)，從而最終 輸出穩(wěn)定的，清晰的目標(biāo)對(duì)象的語(yǔ)音信號(hào)。最后，由波束形成處理裝置輸出的語(yǔ)音信號(hào)，會(huì)由噪聲消除裝置進(jìn)行處理。噪聲消 除裝置的目的，是為了進(jìn)一步去除語(yǔ)音信號(hào)中的噪聲信息。噪聲消除裝置會(huì)判斷當(dāng)前輸入 信號(hào)中是否有語(yǔ)音信號(hào)，如果沒(méi)有，則判定為噪聲，并累積和計(jì)算噪聲譜(這里的譜即是將 時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)后每個(gè)頻點(diǎn)的能量值)，如判定當(dāng)前信號(hào)為語(yǔ)音，則利用當(dāng)前信號(hào) 的譜減去歷史累積計(jì)算的噪聲譜，然后將結(jié)果轉(zhuǎn)換為增益系數(shù)，再將這個(gè)增益系數(shù)用于原 始語(yǔ)音信號(hào)上，從而達(dá)到消除噪聲的目的；噪聲消除裝置最后連接到語(yǔ)音輸出裝置，語(yǔ)音輸 出裝置為揚(yáng)聲器、耳機(jī)或網(wǎng)絡(luò)，用于輸出語(yǔ)音。如上所述，便可較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，包括攝像頭、多麥克風(fēng)陣列、以及與多麥克風(fēng)陣列相連的語(yǔ)音輸出裝置，其特征在于，所述多麥克風(fēng)陣列與語(yǔ)音輸出裝置之間依次設(shè)置有波束形成計(jì)算裝置和波束形成處理裝置，攝像頭通過(guò)目標(biāo)定位裝置與波束形成計(jì)算裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，其特征在于， 所述波束形成處理裝置與語(yǔ)音輸出裝置之間設(shè)置有噪聲消除裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，其特征在于， 所述攝像頭連接有儲(chǔ)存器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，其特征在于， 所述語(yǔ)音輸出裝置連接有儲(chǔ)存器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，其特征在于， 所述目標(biāo)定位裝置由目標(biāo)距離計(jì)算器和目標(biāo)方向計(jì)算器組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，其特征在于， 所述波束形成計(jì)算裝置為波束系數(shù)計(jì)算器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，其特征在于， 所述波束形成處理裝置為自適應(yīng)濾波器組。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，其特征在于， 所述多麥克風(fēng)陣列中的麥克風(fēng)陣列數(shù)量至少為2個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)，其特征在于， 所述語(yǔ)音輸出裝置為揚(yáng)聲器、耳機(jī)或網(wǎng)絡(luò)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)。該基于多麥克風(fēng)陣列的定向定距語(yǔ)音采集系統(tǒng)包括攝像頭、多麥克風(fēng)陣列、以及與多麥克風(fēng)陣列相連的語(yǔ)音輸出裝置，所述多麥克風(fēng)陣列與語(yǔ)音輸出裝置之間依次設(shè)置有波束形成計(jì)算裝置和波束形成處理裝置，攝像頭通過(guò)目標(biāo)定位裝置與波束形成計(jì)算裝置相連。本實(shí)用新型采用多麥克風(fēng)陣列技術(shù)，能夠通過(guò)形成指向性波束，定向定距離地接受指定目標(biāo)的語(yǔ)音信號(hào)，從而能夠使用戶排除干擾準(zhǔn)確地監(jiān)聽(tīng)到可疑目標(biāo)的音頻信號(hào)，提高監(jiān)控效率。
文檔編號(hào)H04R1/08GK201639751SQ20102012918
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者沈斌, 潘帆, 羅彬 , 覃樹(shù)建 申請(qǐng)人:成都丹瑪尼科技有限公司