一種聲音信號獲取裝置及方法與流程

2024-03-25 03:15:05 1

本發明涉及光電探測技術領域，特別是涉及一種聲音信號獲取裝置及方法。

背景技術：

智能家居正在慢慢成為人們所熟悉的事物，未來有望迎來爆發式的增長。觸控、手勢和語音是目前智能設備與人交互的三大方式，其中語音交互在家居場景中，更符合自然合理的特性，因為用戶可以以更少的操作步驟來完成需要的工作。

目前，智能硬體的語音交互受到背景噪音，如其他人聲、回聲、混響等多重複雜因素影響，導致聲音識別效果存在波動或者降低很多，甚至無法識別，在實際應用場景中只能近距離使用。而智能家居的使用場景主要以家庭為主，人與各種智能設備進行語音交互時會有一個3～5米或者更遠的距離，在這種遠距離情況下語音獲取會受到背景噪音很大幹擾。因此，提供一種行之有效的聲音信號獲取方案，能降低背景噪音的幹擾影響，就成為當前語音交互應用中的迫切需求。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種聲音信號獲取裝置及方法，可降低背景噪音的幹擾，能更有效地獲取目標聲音信號。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種聲音信號獲取裝置，包括雷射幹涉測量系統、聲音接收裝置和處理系統；

所述雷射幹涉測量系統用於向目標振動表面發出探測光，並接收由目標振動表面反射回的返回光，根據返回光與參考光匯合得到的混頻幹涉信號獲得表徵目標表面振動的振動信號；

所述聲音接收裝置用於採集目標方向的聲音；

所述處理系統用於根據所述振動信號計算得到第一聲音信號頻譜，根據所述聲音接收裝置採集的信號計算得到第二聲音信號頻譜，以所述第一聲音信號頻譜對所述第二聲音信號頻譜進行濾波處理，還原得到目標產生的聲音信號。

可選地，還包括第一透鏡組，用於將所述雷射幹涉測量系統發出的探測光匯聚到目標振動表面。

可選地，還包括與所述第一透鏡組同光軸設置的第二透鏡組，所述第二透鏡組與所述第一透鏡組之間的距離可調節；

通過調節所述第二透鏡組與所述第一透鏡組之間的距離對探測光進行對焦。

可選地，所述控制系統還用於根據獲得的混頻幹涉信號的強度控制調節所述第二透鏡組與所述第一透鏡組之間的距離，以對探測光進行對焦。

可選地，所述第二透鏡組設置在移動平臺上，通過所述第二透鏡組沿所述移動平臺移動，改變所述第二透鏡組與所述第一透鏡組之間的距離。

可選地，所述第二透鏡組包括凹透鏡或者平凸透鏡。

可選地，所述聲音接收裝置包括麥克風。

一種聲音信號獲取方法，包括：

向目標振動表面發出探測光，並接收由目標振動表面反射回的返回光，根據返回光與參考光匯合得到的混頻幹涉信號獲得表徵目標表面振動的振動信號；

採集目標方向的聲音；

根據所述振動信號計算得到第一聲音信號頻譜，根據採集的目標方向的聲音信號計算得到第二聲音信號頻譜，以所述第一聲音信號頻譜對所述第二聲音信號頻譜進行濾波處理，還原得到目標產生的聲音信號。

由上述技術方案可知，本發明所提供的聲音信號獲取裝置及方法，裝置包括雷射幹涉測量系統、聲音接收裝置和處理系統。雷射幹涉測量系統向目標由聲音引發的振動表面發出探測光，探測光在目標振動表面發生反射；系統接收目標振動表面的返回光，根據返回光與參考光匯合得到的混頻幹涉信號獲得表徵目標表面振動的振動信號，同時聲音接收裝置採集目標方向的聲音；處理系統根據振動信號計算得到第一聲音信號頻譜，根據聲音接收裝置採集的信號計算得到第二聲音信號頻譜，並以第一聲音信號頻譜對第二聲音信號頻譜進行濾波處理，根據處理後的信號還原得到目標產生的聲音信號。

本發明聲音信號獲取裝置及方法，採用光學幹涉方法探測目標表面因聲音產生的振動，獲得振動信號並相應計算第一聲音信號頻譜，以第一聲音信號頻譜對由聲音接收裝置採集的聲音信號獲得的第二聲音信號頻譜進行濾波處理，提取其中的有效聲音信號，濾掉背景噪音，從而實現了在獲取聲音時的降噪處理。因此，本發明聲音信號獲取裝置及方法可降低背景噪音的幹擾，能更有效地獲取目標聲音。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種聲音信號獲取裝置的示意圖；

圖2為本發明又一實施例提供的一種聲音信號獲取裝置的示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種聲音信號獲取方法的示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明中的技術方案，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明保護的範圍。

請參考圖1，本發明實施例提供一種聲音信號獲取裝置，包括雷射幹涉測量系統10、聲音接收裝置11和處理系統12；

所述雷射幹涉測量系統10用於向目標振動表面發出探測光，並接收由目標振動表面反射回的返回光，根據返回光與參考光匯合得到的混頻幹涉信號獲得表徵目標表面振動的振動信號；

所述聲音接收裝置11用於採集目標方向的聲音；

所述處理系統12用於根據所述振動信號計算得到第一聲音信號頻譜，根據所述聲音接收裝置採集的信號計算得到第二聲音信號頻譜，以所述第一聲音信號頻譜對所述第二聲音信號頻譜進行濾波處理，還原得到目標產生的聲音信號。

其中，雷射幹涉測量系統10基於光學幹涉原理，通過對目標表面由聲音產生的振動的測量，實現對目標產生聲音的測量。雷射幹涉測量系統10以探測光直接照射到目標振動表面，探測光在目標振動表面反射，返回光加載了目標表面的振動信息；將返回光與參考光匯合，參考光為探測光的差頻相干光，由光電探測器接收返回光與參考光匯合後的幹涉光，進一步根據混頻幹涉信號還原出表徵目標表面振動的振動信號。

處理系統12根據雷射幹涉測量系統10獲得的振動信號計算得到第一聲音信號頻譜，根據聲音接收裝置11採集的信號計算得到第二聲音信號頻譜，以第一聲音信號頻譜對聲音接收裝置採集得到的第二聲音信號頻譜進行濾波處理，根據處理後信號還原得到目標產生的聲音信號。

因此，本實施例聲音信號獲取裝置，採用光學幹涉方法探測目標表面因聲音產生的振動，獲得振動信號並相應計算第一聲音信號頻譜，以第一聲音信號頻譜對由聲音接收裝置採集的聲音信號獲得的第二聲音信號頻譜進行濾波處理，提取其中的有效聲音信號，濾掉背景噪音，從而實現了在獲取聲音時的降噪處理。因此，本實施例聲音信號獲取裝置可降低背景噪音的幹擾，能更有效地獲取目標聲音。

下面結合具體實施方式對本實施例聲音信號獲取裝置作進一步說明。

本實施例聲音信號獲取裝置包括雷射幹涉測量系統10、聲音接收裝置11和處理系統12。

所述雷射幹涉測量系統10用於向目標振動表面發出探測光，並接收由目標振動表面反射回的返回光，根據返回光與參考光匯合得到的混頻幹涉信號獲得表徵目標表面振動的振動信號。

其中，雷射幹涉測量系統10採用外差幹涉原理，探測光與參考光為差頻相干光。由目標振動表面返回的返回光，加載了目標表面的振動信息；與參考光匯合形成的幹涉光，由光電探測器接收得到混頻幹涉信號，根據獲得的混頻幹涉信號可解調出表徵目標表面振動的振動信號。

優選的，雷射幹涉測量系統10採用紅外雷射，紅外光具有隱蔽性。優選保證其能量級別為人眼安全級別。

請參考圖2，本實施例聲音信號獲取裝置還包括第一透鏡組13，用於將所述雷射幹涉測量系統10發出的探測光匯聚到目標振動表面。第一透鏡組13實現光束的聚焦，使雷射幹涉測量系統產生的探測光照射到目標振動表面，光束能量集中。

優選的，本實施例聲音信號獲取裝置還包括與所述第一透鏡組13同光軸設置的第二透鏡組14，所述第二透鏡組14與所述第一透鏡組13之間的距離可調節；通過調節所述第二透鏡組14與所述第一透鏡組13之間的距離對探測光進行對焦。在目標聲音信號探測中，可通過調節第二透鏡組，對系統照射到目標振動表面的光束進行對焦，使照射光束能量集中，具有較高能量密度，使返回光與參考光匯合得到的幹涉光強度高。

優選的，本聲音信號獲取裝置能夠實現自動對焦。具體為，所述控制系統12用於根據獲得的混頻幹涉信號的強度控制調節所述第二透鏡組14與所述第一透鏡組13之間的距離，以對探測光進行對焦。控制系統根據得到的混頻幹涉信號的強度，控制調節第二透鏡組與第一透鏡組進行對焦，直至獲得的混頻幹涉信號的強度最強。

其中，所述第二透鏡組14可採用凹透鏡或者平凸透鏡。

可選的，所述第二透鏡組14設置在移動平臺15上，通過所述第二透鏡組14沿所述移動平臺15移動，改變所述第二透鏡組14與所述第一透鏡組13之間的距離。因此可通過移動平臺15控制改變第二透鏡組與第一透鏡組之間的距離，對探測光進行對焦，調整探測光照射在目標表面形成的光斑大小，使光束能量集中，獲得幹涉光強度最強。

所述聲音接收裝置11用於採集目標方向的聲音。對當前環境下的聲音進行記錄。

可選的，所述聲音接收裝置11可採用麥克風。

所述處理系統12用於根據振動信號計算得到第一聲音信號頻譜，根據聲音接收裝置11採集的信號計算得到第二聲音信號頻譜，以第一聲音信號頻譜對第二聲音信號頻譜進行濾波處理，還原得到目標產生的聲音信號。

具體的，處理系統12對雷射幹涉測量系統10獲得的振動信號進行傅立葉變換。計算得到第一聲音信號頻譜，記為G(S)；對聲音接收裝置11採集的信號進行傅立葉變換，計算得到第二聲音信號頻譜，記為H(S)；以頻譜G(S)對頻譜H(S)在頻域進行濾波，描述為x(t)＝[G(S)H(S)]-1，根據處理後的信號即可得到降噪後的目標聲音信號。

本實施例聲音信號獲取裝置可以實現對0-3KHz聲音信號的測量。

在實際測量中，為了減小雷射幹涉測量系統的輸出和目標表面實際振動的誤差，光電探測器可採用雙路正交平衡探測器。在初始校正的過程中在應用位置(即目標振動表面)進行多次探測，最後計算該位置處記錄的平均值和均方根誤差，在處理雷射幹涉測量系統測量得到的時域信號時，首先採用時域濾波的方法，降低雷射幹涉測量系統引入的噪聲。

本實施例聲音信號獲取裝置，通過對目標表面由聲音產生的振動的測量對目標產生聲音進行測量，結合聲音接收裝置採集的聲音信號，實現對獲取聲音的降噪處理。本實施例聲音信號獲取裝置可降低背景噪音的幹擾，能更有效地測量目標聲音，可用於在噪聲環境下聲音信號的降噪拾取，如直升機駕駛員與地面的通信系統等。

請參考圖3，本發明實施例還提供一種聲音信號獲取方法，包括步驟：

S20：向目標振動表面發出探測光，並接收由目標振動表面反射回的返回光，根據返回光與參考光匯合得到的混頻幹涉信號獲得表徵目標表面振動的振動信號，並採集目標方向的聲音；

S21：根據所述振動信號計算得到第一聲音信號頻譜，根據採集的目標方向的聲音信號計算得到第二聲音信號頻譜，以所述第一聲音信號頻譜對所述第二聲音信號頻譜進行濾波處理，還原得到目標產生的聲音信號。

可以看出，本實施例聲音信號獲取方法，向目標由聲音引發的振動表面發出探測光，探測光在目標振動表面發生反射；接收目標振動表面的返回光，根據返回光與參考光匯合得到的混頻幹涉信號獲得表徵目標表面振動的振動信號，同時採集目標方向的聲音；進一步根據振動信號計算得到第一聲音信號頻譜，根據採集的目標方向的聲音信號計算得到第二聲音信號頻譜，以第一聲音信號頻譜對第二聲音信號頻譜進行濾波處理，根據處理後的信號還原得到目標產生的聲音信號。

本實施例聲音信號獲取方法，採用光學幹涉方法探測目標表面因聲音產生的振動，獲得振動信號並相應計算第一聲音信號頻譜，以第一聲音信號頻譜對採集的目標方向的聲音信號獲得的第二聲音信號頻譜進行濾波處理，提取其中的有效聲音信號，濾掉背景噪音，從而實現了在獲取聲音時的降噪處理。因此，本實施例聲音信號獲取方法可降低背景噪音的幹擾，能更有效地獲取目標聲音。

以上對本發明所提供的一種聲音信號獲取裝置及方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。