帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風陣列長距離拾音裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種拾音設備，尤其是設及一種帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風陣 列長距離拾音裝置。
【背景技術】
[0002] 在智能家居、演出、演講、會議等領域，具備長距離語音采集功能的拾音裝置可遠 距離獲取說話人的語音從而極大地提高遠距離語音質量和后端語音信號處理性能。但在實 際復雜背景噪聲條件下進行遠距離語音采集具有極大困難。語音長距離傳輸造成的嚴重衰 減，加上環境噪聲的存在，使得遠距離語音采集裝置需利用高指向性來保證遠距離語音的 采集質量。
[0003] 目前的長距離拾音裝置主要采用干設管結構的槍式麥克風或聲學聚焦結構(卿趴 型、拋物型)形成高指向性。
[0004] 中國專利化2010105911582公開了一種視頻定位的長距離拾音裝置，該裝置在W 攝像機為中屯、的圓周安裝2個指向麥克風構成高指向性聲聚焦桶，并在桶側壁外安裝2個全 向麥克風用于獲取參考噪聲，該裝置隨攝像頭轉動時操作員可根據視頻圖像內容進行對 焦、視頻定位后獲取與攝像頭同方向的長距離語音信號。
[0005] 但由于利用固定波束高指向性的長距離拾音裝置只能形成固定的指向性波束，必 須依賴云臺等裝置的回轉來對準遠距離目標說話人，增加了云臺及隨動回轉部分的系統復 雜度，使得安裝和使用均比較復雜；同時，對于快速、頻繁移動的遠距離目標說話人，機械回 轉裝置往往無法及時進行跟蹤。
[0006] 麥克風陣列通過組成多個麥克風可對不同方向上的信號形成不同響應，具有波束 掃描、聲源定位、跟蹤等功能，可提高背景噪聲下的語音采集質量，且無需機械轉動裝置即 可利用波束掃描算法來實現波束掃描。
[0007] 中國專利化2012103200049公開了一種帶聲源方向跟蹤功能的麥克風陣列語音 增強裝置，該裝置利用平行濾波器結構結合波束掃描可W實現對移動聲源的語音增強處 理。
[000引但是，對于上述安保、安防、刑偵、維穩等領域室外場距離語音采集場合，由于距離 遠造成的嚴重信號衰減，微弱的麥克風陣列接收信號往往被嚴重背景噪聲掩蓋，無法采集 到較高質量的遠距離語音。
[0009]通過結合聲聚焦機構和麥克風陣列形成聲聚焦麥克風陣列可首先進行聲信號聚 焦，然后再利用麥克風陣列技術改善遠距離噪聲條件下室外遠距離語音采集的性能。但是， 由于常規麥克風陣列語音增強算法均基于平面波假設提出，W入射波為平面波的遠場情況 為前提，即W來自遠場的入射語音及噪聲均W平行波的形式入射到麥克風陣列各接收麥克 風單元中作為增強算法有效的前提條件。而聲聚焦機構的安裝使得平行入射聲波被聲聚焦 機構聚焦的同時，平行波之間原本相同的相位經過聲聚焦后發生變化，產生了相位差。此 時，由于已不滿足平行入射的前提條件，仍然采用傳統的麥克風陣列語音增強算法將無法 對聲聚焦機構聚焦后的麥克風陣列語音信號獲得理想的語音增強性能。
[0010] 從上述分析可知，直接結合聲聚焦機構和麥克風陣列將無法達到聚焦聲場后增強 麥克風陣列語音的理想效果。
【發明內容】
[0011] 本發明的目的在于針對現有仍然采用傳統的麥克風陣列語音增強算法將無法對 聲聚焦機構聚焦后的麥克風陣列語音信號獲得理想的語音增強性能等問題，提供一種帶相 位自校正功能的聲聚焦麥克風陣列長距離拾音裝置。
[0012]本發明設有：
[0013] 聲聚焦機構，所述聲聚焦機構用于麥克風聲場的聚焦，聲聚焦機構安裝在麥克風 前端；
[0014] 麥克風陣列，所述麥克風陣列用于多通道采集語音信號、前置處理和模數轉換；
[0015] 相位自校正模塊，所述相位自校正模塊用于對每個麥克風陣列單元聲聚焦引入的 相位差進行自校正；
[0016] 波束對準模塊，所述波束對準模塊用于根據目標說話人方向調整各通道時延進行 聲源方向對準；
[0017] 語音增強模塊，所述語音增強模塊用于運行麥克風陣列語音增強算法增強語音。
[0018] 所述聲聚焦機構可采用拋物型反射面，用于罩在麥克風陣列的每個麥克風單元上 達到聲場聚焦的目的，聲聚焦機構材料為不誘鋼W適應室外使用；
[0019] 所述麥克風陣列設有通道語音信號采集電路、前置放大電路、模數轉換器和端點 檢測粗判模塊;通道語音信號采集電路的輸出端依次經前置放大電路和模數轉換器后，通 過數據線直接與端點檢測粗判模塊的信號輸入端連接;麥克風陣列可設有多個等間距排列 的麥克風。
[0020] 所述相位自校正模塊信號輸入端接麥克風陣列輸出端，相位自校正模塊輸出端輸 出相位校正結果；
[0021] 所述波束對準模塊信號輸入端接相位自校正模塊的相位校正信號輸出端，輸入的 各通道信號經時延調整后進行累加并輸出波束對準結果；
[0022] 所述語音增強模塊設有信號輸入端和波束對準輸入端，信號輸入端接相位自校正 模塊的相位校正信號輸出端和波束對準模塊的波束對準結果信號輸出端，經過語音增強模 塊進行麥克風陣列語音增強處理后輸出遠距離語音增強結果。
[0023] 采用本發明進行帶相位自校正的聲聚焦麥克風陣列語音增強方法，包括W下步 驟：
[0024] 1個相位自校正學習步驟:在裝置安裝、使用前，根據不同方向入射聲音對聲聚焦 進行自校正學習，獲得各個角度對應的校正系數并保存；
[0025] 1個初始化步驟:各模塊參數初始化設置；
[0026] 1個相位自校正步驟:根據給定的目標方向調出預先保存的相位校正系數，對各通 道麥克風陣列信號進行相位自校正，輸出相位校正結果；
[0027] 1個波束對準步驟:根據給定的目標方向對相位校正后的麥克風陣列各通道信號 進行時延補償并累計，輸出波束對準結果；
[0028] I個語音增強步驟:利用輸入的校正后麥克風陣列個通道信號通過阻塞矩陣獲得 參考噪聲，與波束對準結果進行麥克風陣列語音增強技術，獲取增強語音。
[0029] 本發明要解決的問題是帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風陣列長距離拾音，本發 明提供的帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風陣列長距離拾音裝置的具體思路為:首先對帶 聲聚焦麥克風陣列接收信號進行相位自校正學習，針對不同角度入射情況預先技術相位自 校正系數并保存，然后在實際使用中根據給出的目標方向調出相應的預先保存相位校正系 數，對聲聚焦麥克風陣列各通道信號首先進行相位自校正。完成相位自校正后根據給定的 目標方向進行麥克風陣列語音增強。
[0030] 本發明針對遠距離語音采集需求中改進聲聚焦機構和麥克風陣列結合的拾音裝 置性能，提出采用相位自校正的處理在通過聲聚焦時，不僅可實現聚焦功能，而且可W把聲 聚焦機構引入的相位差進行校正，改善聲聚焦后麥克風陣列語音增強的性能。
[0031] 與目前已有的固定高指向麥克風裝置或常規麥克風陣列相比，本發明具有W下突 出優點：
[0032] 第一，由于結合了聲聚焦機構進行聲場聚焦和麥克風陣列進行語音增強，具有對 遠距離語音的高質量拾音效果。
[0033] 第二，由于采用相位自校正方法校正了聲聚焦機構引入的相位差，在形成聲場聚 焦效果的同時，可W保證麥克風陣列語音增強的效果。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發明實施例的結構組成框圖。
[0035] 圖2為本發明實施例采用的麥克風聲聚焦機構示意圖。
[0036] 圖3為聲聚焦機構造成平行入射聲波聚焦后產生相位差示意圖。
[0037] 圖4為相位自校正學習原理圖。
[0038] 圖5為本發明實施例的5元麥克風陣列及其與微處理器連接電路圖。
[0039] 圖6為本發明實施例中聲聚焦麥克風陣列進行波束對準原理圖。
[0040] 圖7為本發明實施例中聲聚焦麥克風陣列波束對準時各通道時延補償值計算原理 圖。
【具體實施方式】
[0041] 為了使本發明的技術內容、特征、優點更加明顯易懂，W下實施例將結合附圖對本 發明作進一步的說明。
[0042] 如圖1所示，本發明實施例設有：
[0043] 聲聚焦機構1，所述聲聚焦機構用于麥克風聲場的聚焦，聲聚焦機構安裝在麥克風 前端；
[0044] 麥克風陣列2,所述麥克風陣列用于多通道采集語音信號、前置處理和模數轉換；
[0045] 相位自校正模塊3,所述相位自校正模塊用于對每個麥克風陣列單元聲聚焦引入 的相位差進行自校正；
[0046] 波束對準模塊4,所述波束對準模塊用于根據目標說話人方向調整各通道時延進 行聲源方向對準；
[0047] 語音增強模塊5,所述語音增強模塊用于運行麥克風陣列語音增強算法增強語音。
[0048] 所述聲聚焦機構1可采用拋物型反射面，用于罩在麥克風陣列的每個麥克風單元 上達到聲場聚焦的目的，聲聚焦機構材料為不誘鋼W適應室外使用；
[0049] 所述麥克風陣列2設有通道語音信號采集電路、前置放大電路、模數轉換器和端點 檢測粗判模塊;通道語音信號采集電路的輸出端依次經前置放大電路和模數轉換器后，通 過數據線直接與端點檢測粗判模塊的信號輸入端連接;麥克風陣列可設有多個等間距排列 的麥克風。
[0050] 所述相位自校正模塊3信號輸入端接麥克風陣列輸出端，相位自校正模塊輸出端 輸出相位校正結果；
[0051] 所述波束對準模塊4信號輸入端接相位自校正模塊的相位校正信號輸出端，輸入 的各通道信號經時延調整后進行累加并輸出波束對準結果；
[0052] 所述語音增強模塊5設有信號輸入端和波束對準輸入端，信號輸入端接相位自校 正模塊3的相位校正信號輸出端和波束對準模塊4的波束對準結果信號輸出端，經過語音增 強模塊進行麥克風陣列語音增強處理后輸出遠距離語音增強結果。
[0053] 所述帶相位自校正功能的聲聚焦麥克風陣列長距離拾音裝置實施例中麥克風陣 列由5個等間距排列的麥克風(mO，ml，…，m4)組成麥克風線列陣，陣列中各麥克風單元均安 裝聲聚焦機構進行上聚焦。
[0054] 麥克風陣列由本領域通用的麥克風單元及硬件電路組成，其中麥克風陣列由體積 小、結構簡單、電聲性能好的壓強式駐極體麥克風mO,…，m4，NJM2100運算