一种声音信号获取装置及方法与流程

本发明涉及光电探测技术领域，特别是涉及一种声音信号获取装置及方法。

背景技术：

智能家居正在慢慢成为人们所熟悉的事物，未来有望迎来爆发式的增长。触控、手势和语音是目前智能设备与人交互的三大方式，其中语音交互在家居场景中，更符合自然合理的特性，因为用户可以以更少的操作步骤来完成需要的工作。

目前，智能硬件的语音交互受到背景噪音，如其他人声、回声、混响等多重复杂因素影响，导致声音识别效果存在波动或者降低很多，甚至无法识别，在实际应用场景中只能近距离使用。而智能家居的使用场景主要以家庭为主，人与各种智能设备进行语音交互时会有一个3～5米或者更远的距离，在这种远距离情况下语音获取会受到背景噪音很大干扰。因此，提供一种行之有效的声音信号获取方案，能降低背景噪音的干扰影响，就成为当前语音交互应用中的迫切需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种声音信号获取装置及方法，可降低背景噪音的干扰，能更有效地获取目标声音信号。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种声音信号获取装置，包括激光干涉测量系统、声音接收装置和处理系统；

所述激光干涉测量系统用于向目标振动表面发出探测光，并接收由目标振动表面反射回的返回光，根据返回光与参考光汇合得到的混频干涉信号获得表征目标表面振动的振动信号；

所述声音接收装置用于采集目标方向的声音；

所述处理系统用于根据所述振动信号计算得到第一声音信号频谱，根据所述声音接收装置采集的信号计算得到第二声音信号频谱，以所述第一声音信号频谱对所述第二声音信号频谱进行滤波处理，还原得到目标产生的声音信号。

可选地，还包括第一透镜组，用于将所述激光干涉测量系统发出的探测光汇聚到目标振动表面。

可选地，还包括与所述第一透镜组同光轴设置的第二透镜组，所述第二透镜组与所述第一透镜组之间的距离可调节；

通过调节所述第二透镜组与所述第一透镜组之间的距离对探测光进行对焦。

可选地，所述控制系统还用于根据获得的混频干涉信号的强度控制调节所述第二透镜组与所述第一透镜组之间的距离，以对探测光进行对焦。

可选地，所述第二透镜组设置在移动平台上，通过所述第二透镜组沿所述移动平台移动，改变所述第二透镜组与所述第一透镜组之间的距离。

可选地，所述第二透镜组包括凹透镜或者平凸透镜。

可选地，所述声音接收装置包括麦克风。

一种声音信号获取方法，包括：

向目标振动表面发出探测光，并接收由目标振动表面反射回的返回光，根据返回光与参考光汇合得到的混频干涉信号获得表征目标表面振动的振动信号；

采集目标方向的声音；

根据所述振动信号计算得到第一声音信号频谱，根据采集的目标方向的声音信号计算得到第二声音信号频谱，以所述第一声音信号频谱对所述第二声音信号频谱进行滤波处理，还原得到目标产生的声音信号。

由上述技术方案可知，本发明所提供的声音信号获取装置及方法，装置包括激光干涉测量系统、声音接收装置和处理系统。激光干涉测量系统向目标由声音引发的振动表面发出探测光，探测光在目标振动表面发生反射；系统接收目标振动表面的返回光，根据返回光与参考光汇合得到的混频干涉信号获得表征目标表面振动的振动信号，同时声音接收装置采集目标方向的声音；处理系统根据振动信号计算得到第一声音信号频谱，根据声音接收装置采集的信号计算得到第二声音信号频谱，并以第一声音信号频谱对第二声音信号频谱进行滤波处理，根据处理后的信号还原得到目标产生的声音信号。

本发明声音信号获取装置及方法，采用光学干涉方法探测目标表面因声音产生的振动，获得振动信号并相应计算第一声音信号频谱，以第一声音信号频谱对由声音接收装置采集的声音信号获得的第二声音信号频谱进行滤波处理，提取其中的有效声音信号，滤掉背景噪音，从而实现了在获取声音时的降噪处理。因此，本发明声音信号获取装置及方法可降低背景噪音的干扰，能更有效地获取目标声音。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种声音信号获取装置的示意图；

图2为本发明又一实施例提供的一种声音信号获取装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种声音信号获取方法的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参考图1，本发明实施例提供一种声音信号获取装置，包括激光干涉测量系统10、声音接收装置11和处理系统12；

所述激光干涉测量系统10用于向目标振动表面发出探测光，并接收由目标振动表面反射回的返回光，根据返回光与参考光汇合得到的混频干涉信号获得表征目标表面振动的振动信号；

所述声音接收装置11用于采集目标方向的声音；

所述处理系统12用于根据所述振动信号计算得到第一声音信号频谱，根据所述声音接收装置采集的信号计算得到第二声音信号频谱，以所述第一声音信号频谱对所述第二声音信号频谱进行滤波处理，还原得到目标产生的声音信号。

其中，激光干涉测量系统10基于光学干涉原理，通过对目标表面由声音产生的振动的测量，实现对目标产生声音的测量。激光干涉测量系统10以探测光直接照射到目标振动表面，探测光在目标振动表面反射，返回光加载了目标表面的振动信息；将返回光与参考光汇合，参考光为探测光的差频相干光，由光电探测器接收返回光与参考光汇合后的干涉光，进一步根据混频干涉信号还原出表征目标表面振动的振动信号。

处理系统12根据激光干涉测量系统10获得的振动信号计算得到第一声音信号频谱，根据声音接收装置11采集的信号计算得到第二声音信号频谱，以第一声音信号频谱对声音接收装置采集得到的第二声音信号频谱进行滤波处理，根据处理后信号还原得到目标产生的声音信号。

因此，本实施例声音信号获取装置，采用光学干涉方法探测目标表面因声音产生的振动，获得振动信号并相应计算第一声音信号频谱，以第一声音信号频谱对由声音接收装置采集的声音信号获得的第二声音信号频谱进行滤波处理，提取其中的有效声音信号，滤掉背景噪音，从而实现了在获取声音时的降噪处理。因此，本实施例声音信号获取装置可降低背景噪音的干扰，能更有效地获取目标声音。

下面结合具体实施方式对本实施例声音信号获取装置作进一步说明。

本实施例声音信号获取装置包括激光干涉测量系统10、声音接收装置11和处理系统12。

所述激光干涉测量系统10用于向目标振动表面发出探测光，并接收由目标振动表面反射回的返回光，根据返回光与参考光汇合得到的混频干涉信号获得表征目标表面振动的振动信号。

其中，激光干涉测量系统10采用外差干涉原理，探测光与参考光为差频相干光。由目标振动表面返回的返回光，加载了目标表面的振动信息；与参考光汇合形成的干涉光，由光电探测器接收得到混频干涉信号，根据获得的混频干涉信号可解调出表征目标表面振动的振动信号。

优选的，激光干涉测量系统10采用红外激光，红外光具有隐蔽性。优选保证其能量级别为人眼安全级别。

请参考图2，本实施例声音信号获取装置还包括第一透镜组13，用于将所述激光干涉测量系统10发出的探测光汇聚到目标振动表面。第一透镜组13实现光束的聚焦，使激光干涉测量系统产生的探测光照射到目标振动表面，光束能量集中。

优选的，本实施例声音信号获取装置还包括与所述第一透镜组13同光轴设置的第二透镜组14，所述第二透镜组14与所述第一透镜组13之间的距离可调节；通过调节所述第二透镜组14与所述第一透镜组13之间的距离对探测光进行对焦。在目标声音信号探测中，可通过调节第二透镜组，对系统照射到目标振动表面的光束进行对焦，使照射光束能量集中，具有较高能量密度，使返回光与参考光汇合得到的干涉光强度高。

优选的，本声音信号获取装置能够实现自动对焦。具体为，所述控制系统12用于根据获得的混频干涉信号的强度控制调节所述第二透镜组14与所述第一透镜组13之间的距离，以对探测光进行对焦。控制系统根据得到的混频干涉信号的强度，控制调节第二透镜组与第一透镜组进行对焦，直至获得的混频干涉信号的强度最强。

其中，所述第二透镜组14可采用凹透镜或者平凸透镜。

可选的，所述第二透镜组14设置在移动平台15上，通过所述第二透镜组14沿所述移动平台15移动，改变所述第二透镜组14与所述第一透镜组13之间的距离。因此可通过移动平台15控制改变第二透镜组与第一透镜组之间的距离，对探测光进行对焦，调整探测光照射在目标表面形成的光斑大小，使光束能量集中，获得干涉光强度最强。

所述声音接收装置11用于采集目标方向的声音。对当前环境下的声音进行记录。

可选的，所述声音接收装置11可采用麦克风。

所述处理系统12用于根据振动信号计算得到第一声音信号频谱，根据声音接收装置11采集的信号计算得到第二声音信号频谱，以第一声音信号频谱对第二声音信号频谱进行滤波处理，还原得到目标产生的声音信号。

具体的，处理系统12对激光干涉测量系统10获得的振动信号进行傅里叶变换。计算得到第一声音信号频谱，记为G(S)；对声音接收装置11采集的信号进行傅里叶变换，计算得到第二声音信号频谱，记为H(S)；以频谱G(S)对频谱H(S)在频域进行滤波，描述为x(t)＝[G(S)H(S)]^-1，根据处理后的信号即可得到降噪后的目标声音信号。

本实施例声音信号获取装置可以实现对0-3KHz声音信号的测量。

在实际测量中，为了减小激光干涉测量系统的输出和目标表面实际振动的误差，光电探测器可采用双路正交平衡探测器。在初始校正的过程中在应用位置(即目标振动表面)进行多次探测，最后计算该位置处记录的平均值和均方根误差，在处理激光干涉测量系统测量得到的时域信号时，首先采用时域滤波的方法，降低激光干涉测量系统引入的噪声。

本实施例声音信号获取装置，通过对目标表面由声音产生的振动的测量对目标产生声音进行测量，结合声音接收装置采集的声音信号，实现对获取声音的降噪处理。本实施例声音信号获取装置可降低背景噪音的干扰，能更有效地测量目标声音，可用于在噪声环境下声音信号的降噪拾取，如直升机驾驶员与地面的通信系统等。

请参考图3，本发明实施例还提供一种声音信号获取方法，包括步骤：

S20：向目标振动表面发出探测光，并接收由目标振动表面反射回的返回光，根据返回光与参考光汇合得到的混频干涉信号获得表征目标表面振动的振动信号，并采集目标方向的声音；

S21：根据所述振动信号计算得到第一声音信号频谱，根据采集的目标方向的声音信号计算得到第二声音信号频谱，以所述第一声音信号频谱对所述第二声音信号频谱进行滤波处理，还原得到目标产生的声音信号。

可以看出，本实施例声音信号获取方法，向目标由声音引发的振动表面发出探测光，探测光在目标振动表面发生反射；接收目标振动表面的返回光，根据返回光与参考光汇合得到的混频干涉信号获得表征目标表面振动的振动信号，同时采集目标方向的声音；进一步根据振动信号计算得到第一声音信号频谱，根据采集的目标方向的声音信号计算得到第二声音信号频谱，以第一声音信号频谱对第二声音信号频谱进行滤波处理，根据处理后的信号还原得到目标产生的声音信号。

本实施例声音信号获取方法，采用光学干涉方法探测目标表面因声音产生的振动，获得振动信号并相应计算第一声音信号频谱，以第一声音信号频谱对采集的目标方向的声音信号获得的第二声音信号频谱进行滤波处理，提取其中的有效声音信号，滤掉背景噪音，从而实现了在获取声音时的降噪处理。因此，本实施例声音信号获取方法可降低背景噪音的干扰，能更有效地获取目标声音。

以上对本发明所提供的一种声音信号获取装置及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。