一种基于麦克风阵列的声源定位方法及装置与流程

技术特征：

1.一种基于麦克风阵列的声源定位方法，其特征在于，包括：

预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列；其中，所述长方体麦克风阵列包括至少一个由八元麦克风构成的长方体阵列块；

在进行声源定位时，确定声源信号强度最大的目标麦克风所在的目标阵列块；

获取所述目标阵列块中所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延，并根据所述信号时延计算所述声源的位置。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列，具体包括：

当所述待检测空间为规则形状时，将所述待检测空间等分为至少一个小空间；

将所述小空间等分为8个小块，每个小块的中心即为麦克风所在的位置。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定声源信号强度最大的目标麦克风所在的目标阵列块时，具体包括：

以采样频率对各麦克风接收到的声源信号进行采样，预设时间内采样点的平方和即为所述声源信号强度；

确定所述声源信号强度最大的目标麦克风，并根据预设阵列块信息获取所述目标麦克风所在的目标阵列块。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述目标阵列块中所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延，并根据所述信号时延计算所述声源的位置，具体包括：

当所述目标阵列块包括多个阵列块时，获取每个阵列块中的所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延；

根据每个阵列块中所述信号时延分别计算出一个声源的位置；

获取每个声源的位置的平均值，所述平均值即为声源的最终位置。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述目标麦克风与所述相邻麦克风、所述对角线麦克风的信号时延之前，所述方法还包括：

对所述相邻麦克风、所述对角线麦克风采集的声源离散信号进行加窗、时频变换处理，获取去噪的时域信号；

利用倒谱法对所述时域信号进行去混响处理，得到纯语音时域信号，以基于所述纯语音时域信号获取所述信号时延。

6.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述根据所述信号时延计算所述声源的位置，具体包括：

利用三维空间定位方法，根据所述信号时延获取所述声源与所述目标麦克风之间的距离；其中，所述三维空间的三维坐标系以所述目标麦克风为原点，将所述相邻麦克风所在的方向分别为X轴、Y轴以及Z轴；

利用空间三角形余弦定理和余弦公式，基于所述声源与所述目标麦克风之间的距离计算所述声源的空间坐标。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述声源与所述目标麦克风之间的距离的计算公式如下：

$r=\frac{{\left({\mathrm{ct}}_4\right)}^2-{\Σ}_{i=1}^{i=3}{\left({\mathrm{ct}}_i\right)}^2}{2({\Σ}_{i=1}^{i=3}{\mathrm{ct}}_i-{\mathrm{ct}}_4)}$

其中，c为声速；t_i为声源到相邻麦克风i与声源到原点的时间差；t₄为声源到对角麦克风与声源到原点的时间差；

所述声源的空间坐标的计算公式如下：

$x=r\·\frac{r^2+{\mathrm{Lx}}^2-{(r+{\mathrm{ct}}_1)}^2}{2rLx}$

$y=r\·\frac{r^2+{\mathrm{Ly}}^2-{(r+{\mathrm{ct}}_2)}^2}{2rLy}$

$z=r\·\frac{r^2+{\mathrm{Lz}}^2-{(r+{\mathrm{ct}}_3)}^2}{2rLz}$

其中，Lx为所述目标麦克风与X轴上相邻麦克风的距离；Ly为所述目标麦克风与Y轴上相邻麦克风的距离、Lz为所述目标麦克风与Z轴上相邻麦克风的距离。

8.一种基于麦克风阵列的声源定位装置，其特征在于，包括：

构建单元，用于预先在待检测空间内构建长方体麦克风阵列；其中，长方体麦克风阵列包括至少一个由八元麦克风构成的长方体阵列块；

确定单元，用于在进行声源定位时，确定接收声源信号强度最大的目标阵列块；

定位单元，用于获取所述阵列块中声源信号强度最大的目标麦克风与相邻麦克风、对角麦克风之间的信号时延，并根据所述信号时延确定声源的位置。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述构建单元，具体用于：

当所述待检测空间为规则形状时，将所述待检测空间等分为至少一个小空间；

将所述小空间等分为8个小块，每个小块的中心即为麦克风所在的位置。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定单元，具体用于：

以采样频率对各麦克风接收到的声源信号进行采样，预设时间内采样点的平方和即为所述声源信号强度；

确定所述声源信号强度最大的目标麦克风，并根据预设阵列块信息获取所述目标麦克风所在的目标阵列块。

11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述定位单元，具体用于：

当所述目标阵列块包括多个阵列块时，获取每个阵列块中的所述目标麦克风与相邻麦克风、对角线麦克风之间的信号时延；

根据每个阵列块中所述信号时延分别计算出一个声源的位置；

获取每个声源的位置的平均值，所述平均值即为声源的最终位置。

12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述定位单元，还用于：

在获取所述目标麦克风与所述相邻麦克风、所述对角麦克风的信号时延之前，对所述相邻麦克风、所述对角麦克风采集的声源离散信号进行加窗、时频变换处理，获取去噪的时域信号；

利用倒谱法对所述时域信号进行去混响处理，得到纯语音时域信号，以基于所述纯语音时域信号获取信号时延。

13.如权利要求8或11所述的装置，其特征在于，所述定位单元，具体用于：

利用三维空间定位装置，根据所述信号时延获取声源与目标麦克风之间的距离；其中，所述三维空间的三维坐标系以所述目标麦克风为原点，将所述相邻麦克风所在的方向分别为X轴、Y轴以及Z轴；

利用空间三角形余弦定理和余弦公式，基于所述声源与目标麦克风之间的距离计算声源的空间坐标。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述定位单元，具体用于：

计算所述声源与所述目标麦克风之间的距离的公式如下：

$r=\frac{{\left({\mathrm{ct}}_4\right)}^2-{\Σ}_{i=1}^{i=3}{\left({\mathrm{ct}}_i\right)}^2}{2({\Σ}_{i=1}^{i=3}{\mathrm{ct}}_i-{\mathrm{ct}}_4)}$

其中，c为声速；t_i为声源到相邻麦克风i与声源到原点的时间差；t₄为声源到对角麦克风与声源到原点的时间差；

计算所述声源的空间坐标的公式如下：

$x=r\·\frac{r^2+{\mathrm{Lx}}^2-{(r+{\mathrm{ct}}_1)}^2}{2rLx}$

$y=r\·\frac{r^2+{\mathrm{Ly}}^2-{(r+{\mathrm{ct}}_2)}^2}{2rLy}$

$z=r\·\frac{r^2+{\mathrm{Lz}}^2-{(r+{\mathrm{ct}}_3)}^2}{2rLz}$

其中，Lx为所述目标麦克风与X轴上相邻麦克风的距离；Ly为所述目标麦克风与Y轴上相邻麦克风的距离、Lz为所述目标麦克风与Z轴上相邻麦克风的距离。