一種應用雙麥克風定向傳聲的方法及裝置製造方法
2023-06-12 01:51:01
一種應用雙麥克風定向傳聲的方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種應用雙麥克風定向傳聲的方法及裝置，該方法包括：將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，得到第一頻域信號和第二頻域信號；計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合；對組合後的頻域信號進行低通濾波；將濾波後的信號轉換為時域信號進行語音輸出。本發明提供的一種應用雙麥克風定向傳聲的方法及裝置，利用前後兩個麥克風陣列以及數字語音處理技術，有指向性的採集聲音，對特定方向的聲音壓低，進行定向傳聲，提高了語音的清晰度，保證了擴聲質量，而且本方法便於硬體實現，適用於數字會議系統。
【專利說明】—種應用雙麥克風定向傳聲的方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及數位訊號處理【技術領域】，尤其涉及一種應用雙麥克風定向傳聲的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]麥克風置於噪音較大的應用場所,環境噪音和發言人語音同時被麥克風米集,影響語音質量。基於數字擴聲的會議系統，有多個講話者，多路麥克風語音輸入，當與會者位置相鄰且同時發言時，每個發言人面前的麥克風會採集到由側面傳來的相鄰發言人的語音信號，多路這樣採集的語音經過音頻處理器混音，再通過揚聲器播放出來，導致語音清晰度下降，影響數字會議系統的擴聲質量。
[0003]噪音處理一直是音頻處理的一個技術難點，常規的噪音抑制技術如單麥克風譜減語音增強技術，只能抑制穩態噪聲，消除非平穩噪聲效果不佳，對會議環境下側向來的說話聲抑制能力不足。利用具有一定指向性的麥克風，可以屏蔽特定方向的噪音，實現定向傳聲。多顆麥克風組成陣列採集語音，利用陣列信號處理技術對語音進行空間濾波處理，也可以屏蔽特定方向的環境噪音，使麥克風陣列具有指向性，實現定向傳聲的功能。
[0004]陣列信號處理方法的信噪比正比於陣元數量，陣元數量加倍，信噪比提高6dB。因此，基於兩顆麥克風的簡單麥克風陣列，難以獲得較高的信噪比。受產品外觀及尺寸設計等應用條件的約束，在實際應用中，用增加麥克風數量提高定向傳聲性能的方法存在一定的局限性。現有的一階微分麥克風陣列採集的語音，在時域裡做處理，存在以下困難:做延時處理時，兩個麥克風採樣樣點的延時為整數個樣點數，需要精確控制兩個麥克風的物理間距，與工藝的靈活性要求牴觸；低通濾波器是頻率的反比函數，FIR或IIR濾波難以實現特定函數的濾波效果；因此，基於時域處理的一階微分麥克風的語音效果不好。
【發明內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本發明所要解決的技術問題是:基於時域處理的一階微分麥克風的語音效果不好，具體為:現有的一階微分麥克風陣列採集的語音，做延時處理時，兩個麥克風採樣樣點的延時為整數個樣點數，需要精確控制兩個麥克風的物理間距，與工藝的靈活性要求牴觸；低通濾波器是頻率的反比函數，FIR或IIR濾波難以實現特定函數的濾波效果。
[0007](二)技術方案
[0008]為此目的，本發明提出了一種應用雙麥克風定向傳聲的方法，包括以下步驟:
[0009]將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，得到第一頻域信號和第二頻域信號；
[0010]計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合；
[0011]對組合後的頻域信號進行低通濾波；[0012]將濾波後的信號轉換為時域信號進行語音輸出。
[0013]優選地，所述將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，具體包括:
[0014]將前後兩個麥克風採集的語音信號分別進行分幀處理；
[0015]對每幀語音信號進行加窗處理；
[0016]將加窗後的語音信號進行FFT變換得到兩路頻域信號。
[0017]優選地，所述計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合，具體包括:
[0018]調整第二頻域信號的幅度使其與第一頻域信號的幅度保持一致；
[0019]根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據；
[0020]根據調節因子將所述前指向性數據和後指向性數據進行組合。
[0021]優選地，所述根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，具體包括:
[0022]根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離對所述第二頻域信號進行相位變換使其與所述第一頻域信號的相位一致；
[0023]將第一頻域信號和相位轉換後的第二頻域信號相減獲取前指向性數據；
[0024]根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離對所述第一頻域信號進行相位變換使其與所述第二頻域信號的相位一致；
[0025]將第二頻域信號和相位轉換後的第一頻域信號相減獲取後指向性數據。
[0026]優選地，所述調節因子用於控制雙麥克風的零點指向。
[0027]優選地，所述對組合後的頻域信號進行低通濾波，具體包括:
[0028]根據前後兩個麥克風組成的麥克風陣列的物理參數解析濾波器係數；
[0029]當端射方向上麥克風陣列的頻率響應為平直時對組合後的頻域信號進行低通濾波。
[0030]此外，本發明還提供了一種應用雙麥克風定向傳聲的裝置，包括:
[0031]FFT轉換模塊，用於將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，得到第一頻域信號和第二頻域信號；
[0032]計算組合模塊，用於計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合；
[0033]濾波模塊，用於對組合後的頻域信號進行低通濾波；
[0034]IFFT轉換模塊，用於將濾波後的信號轉換為時域信號進行語音輸出。
[0035]優選地,所述FFT轉換模塊包括:
[0036]分幀單元，用於將前後兩個麥克風採集的語音信號分別進行分幀處理；
[0037]加窗單元，用於對每幀語音信號進行加窗處理；
[0038]FFT轉換單元，用於將加窗後的語音信號進行FFT變換得到兩路頻域信號。
[0039]優選地，所述計算組合模塊包括:
[0040]調整單元，用於調整第二頻域信號的幅度使其與第一頻域信號的幅度保持一致；
[0041]計算單元，用於根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據；
[0042]組合單元，用於根據調節因子將所述前指向性數據和後指向性數據進行組合。
[0043](三)有益效果
[0044]本發明提供了一種應用雙麥克風定向傳聲的方法及裝置，利用一階微分麥克風陣列以及數字語音處理技術，有指向性的米集聲音，對特定方向的聲音壓低，進行定向傳聲，提高了語音的清晰度，保證了擴聲質量，而且本方法便於硬體實現，適用於數字會議系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0045]通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特徵和優點，附圖是示意性的而不應理解為對本發明進行任何限制，在附圖中:
[0046]圖1是本發明一種應用雙麥克風定向傳聲的方法流程圖；
[0047]圖2是本發明實施例中雙麥克風陣列頻域語音處理的算法示意圖；
[0048]圖3是本發明一種應用雙麥克風定向傳聲的裝置模塊圖。
【具體實施方式】
[0049]下面將結合附圖對本發明的實施例進行詳細描述。
[0050]本發明利用一階微分麥克風陣列以及數字語音處理技術，有指向性的採集聲音，提供了一種應用雙麥克風定向傳聲的方法及裝置，本方法便於硬體實現，適用於數字會議系統，對特定方向的聲音進行壓低，進行定向傳聲
[0051]本發明實施例一提出了一種應用雙麥克風定向傳聲的方法，如圖1所不，包括以下步驟:
[0052]步驟101，將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，得到第一頻域信號和第二頻域信號；
[0053]步驟102，獲取所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合；
[0054]步驟103，對組合後的頻域信號進行低通濾波；
[0055]步驟104，將濾波後的信號轉換為時域信號進行語音輸出。
[0056]優選地，所述步驟101，將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，具體包括:
[0057]步驟201，將前後兩個麥克風採集的語音信號分別進行分幀處理；
[0058]步驟202，對每幀語音信號進行加窗處理；
[0059]步驟203，將加窗後的語音信號進行FFT變換得到兩路頻域信號。
[0060]優選地，所述步驟102，獲取所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合，具體包括:
[0061]步驟301，調整第二頻域信號的幅度使其與第一頻域信號的幅度保持一致；
[0062]步驟302，根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據；
[0063]步驟303，根據調節因子將所述前指向性數據和後指向性數據進行組合。
[0064]優選地，所述根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，具體包括:
[0065]根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離對所述第二頻域信號進行相位變換使其與所述第一頻域信號的相位一致；
[0066]將第一頻域信號和相位轉換後的第二頻域信號相減獲取前指向性數據；
[0067]根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離對所述第一頻域信號進行相位變換使其與所述第二頻域信號的相位一致；
[0068]將第二頻域信號和相位轉換後的第一頻域信號相減獲取後指向性數據。
[0069]優選地，所述調節因子用於控制雙麥克風的零點指向。
[0070]優選地，所述對組合後的頻域信號進行低通濾波，具體包括:
[0071]步驟401，根據前後兩個麥克風組成的麥克風陣列的物理參數解析濾波器係數；
[0072]步驟402，當端射方 向上麥克風陣列的頻率響應為平直時對組合後的頻域信號進行低通濾波。
[0073]附圖2是本發明實施方案的語音處理的算法示意圖。圖2中，麥克風陣列由前後兩個麥克風micl,mic2組成,麥克風的距離為d, d的數值可調,一般為2cm_5cm ；micl,mic2採集的語音信號分別為xl，x2。
[0074]兩路信號頻域處理過程如下:
[0075]對xl，x2分幀加窗，幀長為N=1024，相鄰幀之間有重疊，本例中取重疊數為512個採樣點。分幀後對每幀數據用窗函數win (η)加窗處理，本例中窗函數選取為漢明窗
[0076]win(n) = 0,54-0.46cos( )，
N-1
[0077]加窗後的數據FFT變換到頻域，對應的兩幀數據分別為Xl (η)，Χ2 (η)。
[0078]在實際應用中，聲源距離兩路麥克風的路徑有微小的差異，相應地，前後兩隻麥克風採集的語音信號幅度也有細微的差別，本算法分頻段對Xl (η)，Χ2 (η)幅度進行歸一化處理，消除兩路麥克風採樣幅度的不一致。對Χ1(η)，Χ2(η)安頻率進行幅度一致性調整，即對Χ2(η)乘以一致性係數C(n)，其中
[0079]C (η) = I Xl (η) /Χ2 (η)；
[0080]對Χ1(η)，Χ2(η)進行延時組合，形成前指向性數據Xf (η)和後指向性數據Xb(η)，其中
[0081 ] Xf (n) =Xl (n) -C (η) Χ2 (η) e_J2 π n*fs/N*T
[0082]Xb (η) =C (η) Χ2 (η) -Xl (η) e_J2 π η讀τ
[0083]式中，fs是語音信號採樣率，T是兩麥克風之間物理距離對應的聲音傳播時間。
[0084]對Xf(n)，Xb (η)進行組合，Y (n) =Xf (η) - β.Χ?，調整β，可控制一階微分麥克風的零點指向，本實施方案中取β =1，對兩顆麥克風側向來的聲音進行壓低。
[0085]對Υ(η)進行濾波處理。濾波的約束條件是，保證在端射方向上，一階微分麥克風
2兀 n 1、s d
系統的頻率響應是平直的。本算法對數據Y解析的除以sin( 7^'"')，即實現了滿足上
N-V
述條件的低通濾波，消除了不同頻帶的語音信號空間指向曲線的不一致性，式中V是聲速。
[0086]最後，對Y(n)進行IFFT變換，得到時域的輸出信號y，信號y對來自雙麥克側向的聲音進行了衰減。在數字會議系統的應用中，將數位訊號y接入數字會議系統，即實現了定向傳聲的功能。
[0087]此外，本發明還提供了一種應用雙麥克風定向傳聲的裝置，如圖3所示，包括:FFT轉換模塊1、獲取模塊2、濾波模塊3和IFFT轉換模塊4:
[0088]FFT轉換模塊1，用於將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，得到第一頻域信號和第二頻域信號；
[0089]獲取組合模塊2，用於獲取所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合；
[0090]濾波模塊3，用於對組合後的頻域信號進行低通濾波；
[0091]IFFT轉換模塊4，用於將濾波後的信號轉換為時域信號進行語音輸出。
[0092]優選地,所述FFT轉換模塊I包括:
[0093]分幀單元，用於將前後兩個麥克風採集的語音信號分別進行分幀處理；
[0094]加窗單兀,用於對每巾貞語音信號進行加窗處理；
[0095]FFT轉換單元，用於將加窗後的語音信號進行FFT變換得到兩路頻域信號。
[0096]優選地，所述獲取模塊2包括:
[0097]調整單元，用於調整第二頻域信號的幅度使其與第一頻域信號的幅度保持一致；
[0098]計算單元，用於根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據；
[0099]組合單元，用於根據調節因子將所述前指向性數據和後指向性數據進行組合。
[0100]本發明提供了一種應用雙麥克風定向傳聲的方法及裝置，利用前後兩個麥克風陣列以及數字語音處理技術，有指向性的米集聲音，對特定方向的聲音壓低，進行定向傳聲，提高了語音的清晰度，保證了擴聲質量，而且本方法便於硬體實現，適用於數字會議系統。
[0101]通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到本發明可以通過硬體實現，也可以藉助軟體加必要的通用硬體平臺的方式來實現。基於這樣的理解，本發明的技術方案可以以軟體產品的形式體現出來，該軟體產品可以存儲在一個非易失性存儲介質(可以是⑶-R0M，U盤，移動硬碟等)中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述的方法。
[0102]本領域技術人員可以理解附圖只是一個優選實施例的示意圖，附圖中的模塊或流程並不一定是實施本發明所必須的。
[0103]本領域技術人員可以理解實施例中的裝置中的模塊可以按照實施例描述進行分布於實施例的裝置中，也可以進行相應變化位於不同於本實施例的一個或多個裝置中。上述實施例的模塊可以合併為一個模塊，也可以進一步拆分成多個子模塊。
[0104]以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種應用雙麥克風定向傳聲的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，得到第一頻域信號和第二頻域信號； 計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合； 對組合後的頻域信號進行低通濾波； 將濾波後的信號轉換為時域信號進行語音輸出。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，具體包括: 將前後兩個麥克風採集的語音信號分別進行分幀處理； 對每幀語音信號進行加窗處理； 將加窗後的語音信號進行FFT變換得到兩路頻域信號。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合，具體包括: 調整第二頻域信號的幅度使其與第一頻域信號的幅度保持一致； 根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據； 根據調節因子將所述前指向性數據和後指向性數據進行組合。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，具體包括: 根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離對所述第二頻域信號進行相位變換使其與所述第一頻域信號的相位一致； 將第一頻域信號和相位轉換後的第二頻域信號相減獲取前指向性數據； 根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離對所述第一頻域信號進行相位變換使其與所述第二頻域信號的相位一致； 將第二頻域信號和相位轉換後的第一頻域信號相減獲取後指向性數據。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述調節因子用於控制雙麥克風的零點指向。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述對組合後的頻域信號進行低通濾波，具體包括: 根據前後兩個麥克風組成的麥克風陣列的物理參數解析濾波器係數； 在端射方向上麥克風陣列的頻率響應為平直時對組合後的頻域信號進行低通濾波。
7.一種應用雙麥克風定向傳聲的裝置，其特徵在於，包括: FFT轉換模塊，用於將前後兩個麥克風採集的語音信號轉換為兩路頻域信號，得到第一頻域信號和第二頻域信號； 計算組合模塊，用於計算所 述第一頻域信號和第二頻域信號的前指向性數據和後指向性數據，並將所述指向性數據進行組合； 濾波模塊，用於對組合後的頻域信號進行低通濾波；IFFT轉換模塊，用於將濾波後的信號轉換為時域信號進行語音輸出。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述FFT轉換模塊包括: 分幀單元，用於將前後兩個麥克風採集的語音信號分別進行分幀處理； 加窗單元，用於對每幀語音信號進行加窗處理； FFT轉換單元，用於將加窗後的語音信號進行FFT變換得到兩路頻域信號。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述計算組合模塊包括: 調整單元，用於調整第二頻域信號的幅度使其與第一頻域信號的幅度保持一致； 計算單元，用於根據信號採樣頻率和前後兩個麥克風之間的距離計算所述第一頻域信號和第二頻域信號的前 指向性數據和後指向性數據； 組合單元，用於根據調節因子將所述前指向性數據和後指向性數據進行組合。
【文檔編號】H04R3/00GK103945291SQ201410078903
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月5日 優先權日:2014年3月5日
【發明者】楊振華, 曹忻軍, 陳洪順, 汪法兵 申請人:北京飛利信科技股份有限公司