带相位自校正功能的声聚焦麦克风阵列长距离拾音装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种拾音设备，尤其是设及一种带相位自校正功能的声聚焦麦克风阵 列长距离拾音装置。
【背景技术】
[0002] 在智能家居、演出、演讲、会议等领域，具备长距离语音采集功能的拾音装置可远 距离获取说话人的语音从而极大地提高远距离语音质量和后端语音信号处理性能。但在实 际复杂背景噪声条件下进行远距离语音采集具有极大困难。语音长距离传输造成的严重衰 减，加上环境噪声的存在，使得远距离语音采集装置需利用高指向性来保证远距离语音的 采集质量。
[0003] 目前的长距离拾音装置主要采用干设管结构的枪式麦克风或声学聚焦结构(卿趴 型、抛物型)形成高指向性。
[0004] 中国专利化2010105911582公开了一种视频定位的长距离拾音装置，该装置在W 摄像机为中屯、的圆周安装2个指向麦克风构成高指向性声聚焦桶，并在桶侧壁外安装2个全 向麦克风用于获取参考噪声，该装置随摄像头转动时操作员可根据视频图像内容进行对 焦、视频定位后获取与摄像头同方向的长距离语音信号。
[0005] 但由于利用固定波束高指向性的长距离拾音装置只能形成固定的指向性波束，必 须依赖云台等装置的回转来对准远距离目标说话人，增加了云台及随动回转部分的系统复 杂度，使得安装和使用均比较复杂；同时，对于快速、频繁移动的远距离目标说话人，机械回 转装置往往无法及时进行跟踪。
[0006] 麦克风阵列通过组成多个麦克风可对不同方向上的信号形成不同响应，具有波束 扫描、声源定位、跟踪等功能，可提高背景噪声下的语音采集质量，且无需机械转动装置即 可利用波束扫描算法来实现波束扫描。
[0007] 中国专利化2012103200049公开了一种带声源方向跟踪功能的麦克风阵列语音 增强装置，该装置利用平行滤波器结构结合波束扫描可W实现对移动声源的语音增强处 理。
[000引但是，对于上述安保、安防、刑侦、维稳等领域室外场距离语音采集场合，由于距离 远造成的严重信号衰减，微弱的麦克风阵列接收信号往往被严重背景噪声掩盖，无法采集 到较高质量的远距离语音。
[0009]通过结合声聚焦机构和麦克风阵列形成声聚焦麦克风阵列可首先进行声信号聚 焦，然后再利用麦克风阵列技术改善远距离噪声条件下室外远距离语音采集的性能。但是， 由于常规麦克风阵列语音增强算法均基于平面波假设提出，W入射波为平面波的远场情况 为前提，即W来自远场的入射语音及噪声均W平行波的形式入射到麦克风阵列各接收麦克 风单元中作为增强算法有效的前提条件。而声聚焦机构的安装使得平行入射声波被声聚焦 机构聚焦的同时，平行波之间原本相同的相位经过声聚焦后发生变化，产生了相位差。此 时，由于已不满足平行入射的前提条件，仍然采用传统的麦克风阵列语音增强算法将无法 对声聚焦机构聚焦后的麦克风阵列语音信号获得理想的语音增强性能。
[0010] 从上述分析可知，直接结合声聚焦机构和麦克风阵列将无法达到聚焦声场后增强 麦克风阵列语音的理想效果。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于针对现有仍然采用传统的麦克风阵列语音增强算法将无法对 声聚焦机构聚焦后的麦克风阵列语音信号获得理想的语音增强性能等问题，提供一种带相 位自校正功能的声聚焦麦克风阵列长距离拾音装置。
[0012]本发明设有：
[0013] 声聚焦机构，所述声聚焦机构用于麦克风声场的聚焦，声聚焦机构安装在麦克风 前端；
[0014] 麦克风阵列，所述麦克风阵列用于多通道采集语音信号、前置处理和模数转换；
[0015] 相位自校正模块，所述相位自校正模块用于对每个麦克风阵列单元声聚焦引入的 相位差进行自校正；
[0016] 波束对准模块，所述波束对准模块用于根据目标说话人方向调整各通道时延进行 声源方向对准；
[0017] 语音增强模块，所述语音增强模块用于运行麦克风阵列语音增强算法增强语音。
[0018] 所述声聚焦机构可采用抛物型反射面，用于罩在麦克风阵列的每个麦克风单元上 达到声场聚焦的目的，声聚焦机构材料为不诱钢W适应室外使用；
[0019] 所述麦克风阵列设有通道语音信号采集电路、前置放大电路、模数转换器和端点 检测粗判模块;通道语音信号采集电路的输出端依次经前置放大电路和模数转换器后，通 过数据线直接与端点检测粗判模块的信号输入端连接;麦克风阵列可设有多个等间距排列 的麦克风。
[0020] 所述相位自校正模块信号输入端接麦克风阵列输出端，相位自校正模块输出端输 出相位校正结果；
[0021] 所述波束对准模块信号输入端接相位自校正模块的相位校正信号输出端，输入的 各通道信号经时延调整后进行累加并输出波束对准结果；
[0022] 所述语音增强模块设有信号输入端和波束对准输入端，信号输入端接相位自校正 模块的相位校正信号输出端和波束对准模块的波束对准结果信号输出端，经过语音增强模 块进行麦克风阵列语音增强处理后输出远距离语音增强结果。
[0023] 采用本发明进行带相位自校正的声聚焦麦克风阵列语音增强方法，包括W下步 骤：
[0024] 1个相位自校正学习步骤:在装置安装、使用前，根据不同方向入射声音对声聚焦 进行自校正学习，获得各个角度对应的校正系数并保存；
[0025] 1个初始化步骤:各模块参数初始化设置；
[0026] 1个相位自校正步骤:根据给定的目标方向调出预先保存的相位校正系数，对各通 道麦克风阵列信号进行相位自校正，输出相位校正结果；
[0027] 1个波束对准步骤:根据给定的目标方向对相位校正后的麦克风阵列各通道信号 进行时延补偿并累计，输出波束对准结果；
[0028] I个语音增强步骤:利用输入的校正后麦克风阵列个通道信号通过阻塞矩阵获得 参考噪声，与波束对准结果进行麦克风阵列语音增强技术，获取增强语音。
[0029] 本发明要解决的问题是带相位自校正功能的声聚焦麦克风阵列长距离拾音，本发 明提供的带相位自校正功能的声聚焦麦克风阵列长距离拾音装置的具体思路为:首先对带 声聚焦麦克风阵列接收信号进行相位自校正学习，针对不同角度入射情况预先技术相位自 校正系数并保存，然后在实际使用中根据给出的目标方向调出相应的预先保存相位校正系 数，对声聚焦麦克风阵列各通道信号首先进行相位自校正。完成相位自校正后根据给定的 目标方向进行麦克风阵列语音增强。
[0030] 本发明针对远距离语音采集需求中改进声聚焦机构和麦克风阵列结合的拾音装 置性能，提出采用相位自校正的处理在通过声聚焦时，不仅可实现聚焦功能，而且可W把声 聚焦机构引入的相位差进行校正，改善声聚焦后麦克风阵列语音增强的性能。
[0031] 与目前已有的固定高指向麦克风装置或常规麦克风阵列相比，本发明具有W下突 出优点：
[0032] 第一，由于结合了声聚焦机构进行声场聚焦和麦克风阵列进行语音增强，具有对 远距离语音的高质量拾音效果。
[0033] 第二，由于采用相位自校正方法校正了声聚焦机构引入的相位差，在形成声场聚 焦效果的同时，可W保证麦克风阵列语音增强的效果。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明实施例的结构组成框图。
[0035] 图2为本发明实施例采用的麦克风声聚焦机构示意图。
[0036] 图3为声聚焦机构造成平行入射声波聚焦后产生相位差示意图。
[0037] 图4为相位自校正学习原理图。
[0038] 图5为本发明实施例的5元麦克风阵列及其与微处理器连接电路图。
[0039] 图6为本发明实施例中声聚焦麦克风阵列进行波束对准原理图。
[0040] 图7为本发明实施例中声聚焦麦克风阵列波束对准时各通道时延补偿值计算原理 图。
【具体实施方式】
[0041] 为了使本发明的技术内容、特征、优点更加明显易懂，W下实施例将结合附图对本 发明作进一步的说明。
[0042] 如图1所示，本发明实施例设有：
[0043] 声聚焦机构1，所述声聚焦机构用于麦克风声场的聚焦，声聚焦机构安装在麦克风 前端；
[0044] 麦克风阵列2,所述麦克风阵列用于多通道采集语音信号、前置处理和模数转换；
[0045] 相位自校正模块3,所述相位自校正模块用于对每个麦克风阵列单元声聚焦引入 的相位差进行自校正；
[0046] 波束对准模块4,所述波束对准模块用于根据目标说话人方向调整各通道时延进 行声源方向对准；
[0047] 语音增强模块5,所述语音增强模块用于运行麦克风阵列语音增强算法增强语音。
[0048] 所述声聚焦机构1可采用抛物型反射面，用于罩在麦克风阵列的每个麦克风单元 上达到声场聚焦的目的，声聚焦机构材料为不诱钢W适应室外使用；
[0049] 所述麦克风阵列2设有通道语音信号采集电路、前置放大电路、模数转换器和端点 检测粗判模块;通道语音信号采集电路的输出端依次经前置放大电路和模数转换器后，通 过数据线直接与端点检测粗判模块的信号输入端连接;麦克风阵列可设有多个等间距排列 的麦克风。
[0050] 所述相位自校正模块3信号输入端接麦克风阵列输出端，相位自校正模块输出端 输出相位校正结果；
[0051] 所述波束对准模块4信号输入端接相位自校正模块的相位校正信号输出端，输入 的各通道信号经时延调整后进行累加并输出波束对准结果；
[0052] 所述语音增强模块5设有信号输入端和波束对准输入端，信号输入端接相位自校 正模块3的相位校正信号输出端和波束对准模块4的波束对准结果信号输出端，经过语音增 强模块进行麦克风阵列语音增强处理后输出远距离语音增强结果。
[0053] 所述带相位自校正功能的声聚焦麦克风阵列长距离拾音装置实施例中麦克风阵 列由5个等间距排列的麦克风(mO，ml，…，m4)组成麦克风线列阵，阵列中各麦克风单元均安 装声聚焦机构进行上聚焦。
[0054] 麦克风阵列由本领域通用的麦克风单元及硬件电路组成，其中麦克风阵列由体积 小、结构简单、电声性能好的压强式驻极体麦克风mO,…，m4，NJM2100运算