平面音頻源跟蹤的方法和裝置的製作方法

2023-05-08 18:56:01 2

專利名稱：平面音頻源跟蹤的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及平面音頻跟蹤的方法和裝置。
背景技術：
源跟蹤的技術在導航、雷達和聲納領域裡面已為我們知悉。一種最簡單的源跟蹤技術採用交叉偶極陣列——以同一點為中心並且朝向為直角的兩個偶極傳感器。在無線電早期就使用交叉偶極進行無線電測向。S. W. Davies在OCEANS 1987, vol. 19. , Sept. 1987, pp 351-356 的「Bearing Accuracies forArctan Processing of Crossed Dipole Arrays」一文中描述了有一個偶極指向北方的交叉偶極陣列，獲得的信號正比於源方位角(source bearing)的正弦和餘弦，並且通過這些分量的比值的反正切獲得源方位角的估計值#。如果在交叉偶極陣列的中心有一個附加的全向傳感器，則其輸出可以被用來同步檢測正弦和餘弦輸出的「方向」或符號；這就允許使用四象限反正切函數來獲得明確的方位角的估計值。這篇文章研究了方位角估計器的特性，該估計器基於全向傳感器的輸出u。(t)和南北向(餘弦)偶極傳感器的輸出u。(t)以及東西向(正弦)偶極傳感器的輸出、(0的時間平均乘積。美國專利6，774，934涉及攝像定位裝置，用於將相機指向視頻會議系統的發言人。為了尋找相機的正確的指向，該系統需要確定聲音來自哪個位置。通過使用至少兩個麥克風來接收語音信號並且測量麥克風接收的信號之間的傳輸延遲來實現這個功能。通過首先確定脈衝響應Oi1)和(h2)，然後計算這些脈衝響應的互相關函數，從而得到延遲。從互相關函數的主峰值確定延遲值。當麥克風的間距寬到足以確定延遲值的時候，上述系統是令人滿意的。目前已知的音頻跟蹤技術的一個缺點是音頻源的主要反射(例如，經由牆壁和桌子)會對音頻跟蹤的結果造成負面影響。

發明內容
本發明的一個目的是能夠從靠近的麥克風得到方位角。根據本發明的一個方面，提供了一種平面音頻跟蹤方法，該方法使用至少三個麥克風構成虛擬的第一和第二交叉偶極麥克風以及虛擬的單極麥克風，該方法包括對來自第一和第二交叉偶極麥克風以及單極麥克風的信號進行定向預處理，對信號的定向預處理結果進行濾波，識別分別代表從所需音頻源到第一和第二交叉偶極麥克風以及單極麥克風的脈衝響應的函數，對第一交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關，對第二交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關，以產生相應的代表最主要音頻源的遲滯的估計值，並且使用代表遲滯的估計值來確定最主要源的角度估計值。根據本發明的另一個方面，提供了一種平面音頻跟蹤裝置，包括至少三個麥克風，所述至少三個麥克風構成虛擬的第一和第二交叉偶極麥克風以及虛擬的單極麥克風； 用於對來自第一和第二交叉偶極麥克風以及單極麥克風的信號進行定向預處理的裝置；對信號的定向預處理結果進行濾波、並且識別分別代表從所需音頻源到第一和第二交叉偶極麥克風和單極麥克風的脈衝響應的函數的裝置；互相關裝置，用於對第一交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關、對第二交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關，以產生相應的代表最主要音頻源的遲滯的估計值；以及用於使用代表遲滯的估計值來確定最主要源的角度估計值的裝置。


現在通過示例，參照附圖描述本發明，其中圖1示出了四個麥克風的陣列；圖2是根據本發明製造的裝置的實施例的方框圖；圖3是圖示了根據本發明的方法的說明流程圖；圖4是濾波相加波束形成器(Filtered Sum Beamformer, FSB)的方框圖；圖5示出了三個等距麥克風的圓形陣列的幾何示意圖；以及圖6示出了單極和兩個正交偶極的示意圖。在附圖中相同的參考數字被用來表示相應的特徵。
具體實施例方式圖1示出了四個麥克風Mi、M2、M3*M4的正方形陣列，所述四個麥克風關於通過原點0的正交軸對稱布置，水平軸作為零度軸。正方形相鄰二個頂點的距離為d，沿對角線布置的麥克風M1 (M2)和M3 (M4)之間的間距正好是d的j倍。沿對角線布置的麥克風對M1J3 和M2、M4形成了偶極極對，並且所有四個麥克風的組合輸出形成了虛擬構成的單極麥克風。 音頻源X位於相對於零度軸的方位角識處。歸一化(頻率無關)的偶極響應計算如下
Ε Φ,φ) = ^deal-T ·ΕΜφ)(1)其中
Ed (Φ, φ) = cos(汐 +7^-Ed (-Λ-/4, φ) + η(φ + (π 14, φ\( 2 )其中
Ed(^IW) = E1-E4
/.■y/J.Q.COsf^—f) —,V^^'COsfiP—f]
=S- e 、-e,
3
Hsin| V2 · Ω · cos φ —
π
權利要求
1.一種平面音頻跟蹤方法，該方法使用至少三個麥克風構成虛擬的第一和第二交叉偶極麥克風以及虛擬的單極麥克風，該方法包括對來自第一和第二交叉偶極麥克風以及單極麥克風的信號進行定向預處理，對信號的定向預處理結果進行濾波，識別分別代表從所需音頻源到第一和第二交叉偶極麥克風以及單極麥克風的脈衝響應的函數(hd(0)、hd(Ji/2) 和hm)，對第一交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關，對第二交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關，以產生相應的代表最主要音頻源的遲滯的估計值(Ψ。(1)和Ψ3(1))，並且使用代表遲滯的估計值來確定最主要源的角度估計值(#)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於對定向預處理結果的濾波是在濾波相加波束形成器(32)中實現的。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於對信號進行定向預處理包括獲得歸一化的第一和第二交叉偶極信號以及歸一化的單極信號。
4.根據權利要求1到3中任何一個所述的方法，其特徵在於具有布置成正方形陣列的四個麥克風。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於正方形陣列的邊長小於所關心的聲音的波長。
6.根據權利要求1到3中任何一個所述的方法，其特徵在於所述至少三個麥克風是心形麥克風，布置成等間距麥克風圓形陣列。
7.一種平面音頻跟蹤裝置，包括至少三個麥克風，所述至少三個麥克風構成虛擬的第一和第二交叉偶極麥克風以及虛擬的單極麥克風；用於對來自第一和第二交叉偶極麥克風以及單極麥克風的信號進行定向預處理的裝置(16至沈、觀和30)；用於對信號的定向預處理結果進行濾波、並且識別分別代表從所需音頻源到第一和第二交叉偶極麥克風和單極麥克風的脈衝響應的函數(hd(0)、hd(Ji/2)和hm)的裝置(32)；互相關裝置(48、50)，用於對第一交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關、對第二交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關，以產生相應的代表最主要音頻源的遲滯的估計值 (Ψ。(1)和Vs(I))；以及用於使用代表遲滯的估計值來確定最主要源的角度估計值的裝置(52)。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於用於對定向預處理結果進行濾波的裝置包括濾波相加波束形成器(32)。
9.根據權利要求7或8所述的裝置，其特徵在於用於對信號進行定向預處理的裝置包括用於獲得歸一化的第一和第二交叉偶極信號以及歸一化的單極信號的裝置。
10.根據權利要求7到9中任何一個所述的裝置，其特徵在於具有布置成正方形陣列的四個麥克風。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特徵在於正方形陣列的邊長小於所關心的聲音的波長。
12.根據權利要求7到9中任何一個所述的裝置，其特徵在於所述至少三個麥克風是心形麥克風，布置成等間距麥克風圓形陣列。
全文摘要
平面音頻跟蹤系統包括布置為第一和第二交叉偶極麥克風和虛擬構成的單極麥克風的四個麥克風(M1、M2、M3、M4)的正方形陣列。對來自這些麥克風的信號進行定向預處理，將結果施加到濾波相加波束形成器(FSB)(32)。FSB識別FSB的函數(hd(0)、hd(π/2)和hm)，其分別代表從所需的音頻源到第一和第二交叉偶極麥克風和單極麥克風的脈衝響應。將第一交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關，將第二交叉偶極麥克風的函數和單極麥克風的函數進行互相關，產生相應的代表最主要音頻源的遲滯的估計值(ψc(l)和ψs(l))。使用遲滯的估計值確定最主要源的角度估計值(φ)。跟蹤系統的其他實施例可包括布置為圓形陣列的三個麥克風，形成第一和第二交叉偶極和虛擬單極。
文檔編號H04R3/00GK102265642SQ200980152234
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月21日 優先權日2008年12月24日
發明者勒內·馬蒂納斯·德克斯, 科尼利斯·皮特·詹森 申請人:Nxp股份有限公司