基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法及装置，其方法包括如下步骤：组建麦克风阵列；采集麦克风的数据信号；计算声源的声音到达不同位置的麦克风传感器的时间差；根据所述时间差定位声源的位置；本发明采用麦克风阵列实现了声源三维空间定位，提高了声源定位的精度，有效的抑制了不感兴趣的声音如噪声的干扰，计算声源的声音到达不同位置的麦克风传感器的时间差，减少了算法复杂度，提高了拾音系统的实时性。
【专利说明】基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及定位方法，特别是一种基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 在基于麦克风的拾音系统中，声源定位技术能够确定感兴趣的声音，使拾音系统 能够对其接收的信号进行声音去噪、声源跟踪、语音提取和分离等处理。准确的声源定位能 够有效提高嘈杂背景下的语音通信质量。
[0003] 传统的拾音工具一般为单个孤立的麦克风。单个麦克风会将其拾音范围内的任何 声音包括噪声等全部接收，即单个麦克风接收的信号是由环境噪声、多个声源发出的声音 组成的混合信号。
[0004] 单个麦克风不能够自适应的对准并跟踪感兴趣的说话人，主要采用在频谱域进行 功率谱抵消（spectral subtraction)和滤波等技术来抑制噪声。然而，麦克风接收的语音 信号和噪声信号通常在时间上和频谱上是相互重叠的，因此，要从单个麦克风接收的混合 信号中分离出不同的声音，并有效抑制不感兴趣的声音如噪声等是相当困难。
[0005] 而本系统所采用的是麦克风阵列，它是指若干个麦克风组成的、按照一定的空间 几何结构排列而成的的阵列。基于麦克风阵列的声源定位是应用多个麦克风阵列拾取声音 信号，对多个麦克风进行空间建模，然后再通过相关的处理方法、手段对所得到的声音信号 进行分析和计算，即可在空间域中定出一个或是多个声源的平面或空间坐标，即得到声源 的位置，继而进行跟踪、定位等。
【发明内容】
[0006] 本发明为解决上述技术问题提供一种基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法 及装置，有效的抑制了不感兴趣的声音如噪声的干扰。
[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于LabVIEW的麦克风阵列声源 定位方法，包括如下步骤：
[0008] 组建麦克风阵列；
[0009] 采集麦克风的数据信号；
[0010] 计算声源的声音到达不同位置的麦克风传感器的时间差；
[0011] 根据所述时间差定位声源的位置。
[0012] 进一步，所述组件麦克风阵列包括：选择用四个球面麦克风构成正四面体且将麦 克风设置于正四面体的四个顶点，该正四面体的几何中心为三维坐标系的原点且其中一个 麦克风位于Z轴的正半轴。
[0013] 进一步，所述采集麦克风的数据信号包括：麦克风传感器采集麦克风的数据信号 并发送给四路同步电压采集模块。
[0014] 进一步，麦克风传感器采集麦克风的数据信号以模拟电压信号形式输入四路同步 电压采集模块，该四路同步电压采集模块采用连续采样模式工作。
[0015] 进一步，所述计算声源的声音到达不同位置的麦克风的时间差包括：分别求得两 两电压信号间的互功率谱函数并在频域内进行加权运算，再将频域的函数反变换到时域， 得到任意两组信号的互相关函数，该互相关函数的峰值所对应的时间为麦克风的时间差。
[0016] 进一步，所述根据所述时间差定位声源的位置包括：利用该时间差求得声音到达 四个不同位置麦克风传感器的距离差结合麦克风的空间位置定位声源的位置。
[0017] 基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位装置，包括：
[0018] 组建模块，用于组建麦克风阵列；
[0019] 采集模块，用于采集麦克风的数据信号；
[0020] 时延计算模块，用于计算声源的声音到达不同位置的麦克风传感器的时间差；
[0021] 定位模块，用于根据所述时间差定位声源的位置。
[0022] 进一步，所述组建模块包括四个球面麦克风，且四个球面麦克风构成正四面体且 将麦克风设置于正四面体的四个顶点，该正四面体的几何中心为三维坐标系的原点且其中 一个麦克风位于Z轴的正半轴。
[0023] 进一步，所述采集模块包括麦克风传感器和四路同步电压采集模块，麦克风传感 器采集麦克风的数据信号以模拟电压信号形式输入四路同步电压采集模块。
[0024] 进一步，所述四路同步电压采集模块是NIUSB-9215A。
[0025] 本发明的有益效果是：本发明通过用四个球面麦克风构成正四面体实现了声源三 维空间定位，提高了声源定位的精度；通过参考麦克风的位置来确定声源的水平角和俯仰 角，减少了模型误差，提高了声源位置估计性能；通过LabVIEW采集麦克风的数据信号，大 大提高了系统的安全性和抗干扰性；采用广义互相关函数法计算时延，减少了算法复杂度， 提高了拾音系统的实时性。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1是本发明基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法的流程图；
[0027] 图2是本发明第二实施例的基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法的流程图；
[0028] 图3是广义互相关时延估计流程；
[0029] 图4是本发明基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0031] 实施例1 :
[0032] 如图1所示，基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法，包括如下步骤：
[0033] 步骤SlOO :组建麦克风阵列；
[0034] 步骤SllO :采集麦克风的数据信号；
[0035] 步骤S120 :计算声源的声音到达不同位置的麦克风传感器的时间差；
[0036] 步骤S130 :根据所述时间差定位声源的位置。
[0037] 本实施例采用麦克风阵列实现了声源三维空间定位，提高了声源定位的精度，有 效的抑制了不感兴趣的声音如噪声的干扰，计算声源的声音到达不同位置的麦克风传感器 的时间差，减少了算法复杂度，提高了拾音系统的实时性。
[0038] 实施例2 :
[0039] 如图2所示，基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法，包括如下步骤：
[0040] 步骤S200 :选择用四个球面麦克风构成正四面体且将麦克风设置于正四面体 的四个顶点，麦克风HitlU麦克风mi2、麦克风m23和麦克风％4是四个球面麦克风在空间 模型中的位置，以四个球面麦克风所构成正四面体的外接球圆心为坐标原点〇建立空 间直角坐标系。mQ在z轴的正半轴，m2和m3均在原点下方，IH 1在平面xOy上的投影 在X正半轴，m2和m3的连线平行于y轴。则四个麦克风在三维空间模型中坐标分别为：
【权利要求】
1. 基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，包括如下步骤： 组建麦克风阵列； 采集麦克风的数据信号； 计算声源的声音到达不同位置的麦克风传感器的时间差； 根据所述时间差定位声源的位置。
2. 根据权利要求1所述的基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述 组件麦克风阵列包括：选择用四个球面麦克风构成正四面体且将麦克风设置于正四面体的 四个顶点，该正四面体的几何中心为三维坐标系的原点且其中一个麦克风位于Z轴的正半 轴。
3. 根据权利要求1或2所述的基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于， 所述采集麦克风的数据信号包括：麦克风传感器采集麦克风的数据信号并发送给四路同步 电压采集模块。
4. 根据权利要求3所述的基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，麦克 风传感器采集麦克风的数据信号以模拟电压信号形式输入四路同步电压采集模块，该四路 同步电压采集模块采用连续采样模式工作。
5. 根据权利要求1或4所述的基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于， 所述计算声源的声音到达不同位置的麦克风的时间差包括：分别求得两两电压信号间的互 功率谱函数并在频域内进行加权运算，再将频域的函数反变换到时域，得到任意两组信号 的互相关函数，该互相关函数的峰值所对应的时间为麦克风的时间差。
6. 根据权利要求5所述的基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述 根据所述时间差定位声源的位置包括：利用该时间差求得声音到达四个不同位置麦克风传 感器的距离差结合麦克风的空间位置定位声源的位置。
7. 基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位装置，其特征在于，包括： 组建模块，用于组建麦克风阵列； 采集模块，用于采集麦克风的数据信号； 时延计算模块，用于计算声源的声音到达不同位置的麦克风传感器的时间差； 定位模块，用于根据所述时间差定位声源的位置。
8. 根据权利要求7所述的基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位装置，其特征在于，所述 组建模块包括四个球面麦克风，且四个球面麦克风构成正四面体且将麦克风设置于正四面 体的四个顶点，该正四面体的几何中心为三维坐标系的原点且其中一个麦克风位于Z轴的 正半轴。
9. 根据权利要求7或8所述的基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位装置，其特征在于， 所述采集模块包括麦克风传感器和四路同步电压采集模块，麦克风传感器采集麦克风的数 据信号以模拟电压信号形式输入四路同步电压采集模块。
10. 根据权利要求9所述的基于LabVIEW的麦克风阵列声源定位装置，其特征在于，所 述四路同步电压采集模块是NIUSB-9215A。
【文档编号】G01S5/22GK104360315SQ201410547049
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月16日 优先权日:2014年10月16日
【发明者】杨鹏, 李立鹏, 孙昊, 徐勤奇, 王春絮, 韩思思 申请人:河北工业大学