一种基于多麦克风阵列的声源定位系统的制作方法

本实用新型涉及一种声源定位技术，尤其是涉及一种基于多麦克风阵列的声源定位系统。

背景技术：

智能家居已经被越来越多的人们接受，但过去智能家居设备的控制信号的输入依赖于人工，打字或者选择的方式，但这显然不是最终的输入方式，因为输入过程过于繁琐。

随着近年来语义理解技术的发展，使得声控输入成为了可能，越来越多的厂家也开始押宝智能音响产品，以小爱音响为代表的大批智能音响被以接近成本价的售价进行销售，目的即是为了占领智能家居的入口。

然而现在大多数音控智能家居技术都着眼于语义识别，虽然语义理解确实是此领域的核心技术，但是光有精准的语义识别技术仍然不能够提供最佳的体验，典型的，很多时候需要对声源进行定位，例如，当用户发出的指令中包含“我”等指向性代词后，往往后续的处理执行需要涉及声源的定位，此时智能音响是无力处理部分操作的，因为其不能获得较为准确的声源位置。

当然也有一些室内声源定位技术，例如中国专利CN 103364761 A公开了一种室内声源定位系统及采用该系统定位室内声源的方法，涉及声源定位技术。它是为了解决由于遮挡或声源目标发声朝向带来的定位盲区，不同应用背景下对定位精度的不同要求自适应调整系统运算的复杂度，精度不高等问题。通过合理将声音传感器分布到三维立体空间，将传感器之间捕获的信号时间序列进行相关运算得到到达时间差，利用得到的时间差，解算声源定位模型得到对声源的三维立体定位结果；通过合理的传感器分布可以很好避免声源定位的盲区出现。本实用新型适用于诸多室内对声源目标的定位。然而其没有很好地解决传感器与环境之间融合的问题，导致很突兀，不够美观。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多麦克风阵列的声源定位系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多麦克风阵列的声源定位系统，包括多个音频采样装置和用于根据多个音频采样装置所采集到的音频获得声源位置的信息处理中心，所述系统还包括电力连接系统，该电力连接系统包括踢脚线壳体，和置于踢脚线壳体内的电力导轨，所述音频采样装置为麦克风阵列，均设于踢脚线壳体上，且其电源输入端与电力导轨连接。

所述麦克风阵列包括：

麦克风，共设有多个，用于采样音频，并将音频转换为电信号；

模数转换器，与所有麦克风连接，用于将电信号从模拟信号形式转换为数字信号形式；

控制器，与模数转换器转换器连接；

无线数据收发模块，与控制器连接，用于收发电信号。

单个麦克风阵列中的麦克风数目为4～6个。

所述无线数据收发模块为WiFi模块。

所述麦克风阵列还包括机壳，所述模数转换器、控制器、无线数据收发模块和麦克风均设于机壳内，且所述机壳上设有用于空气通过至麦克风采集口的通孔。

所述麦克风阵列设于踢脚线壳体上方并沿踢脚线壳体延伸方向滑动。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1)将麦克风阵列和电力导轨连接结构结合，各麦克风阵列和设置于电力连接系统的踢脚线壳体上，在便于布置的同时，不会过于突兀，通过可以进行灵活设置麦克风阵列，有效规避死角等，在提升定位性能的同时保持环境的美观。

2)麦克风阵列设于踢脚线壳体上方并沿踢脚线壳体延伸方向滑动，从而可以根据实际情况调节麦克风阵列的位置，并无需担心供电问题。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为电力连接系统的背部示意图；

图3为麦克风阵列的结构示意图；

图4为定位方法的流程示意图；

图5为定位原理示意图；

其中：1、麦克风阵列，2、信息处理中心，3、踢脚线壳体，4、电力导轨， 11、麦克风，12、模数转换器，13、控制器，14、无线数据收发模块，15、机壳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

一种基于多麦克风阵列的声源定位系统，如图1所示，包括多个音频采样装置和用于根据多个音频采样装置所采集到的音频获得声源位置的信息处理中心2，具体的，由于如何根据音频信息和信息处理中心2定位声源，已经在很多的文献中提出了具体的解决方案，例如中国专利CN 103364761 A便提供了一张方式，本实施例中不再详述，本实施例重点阐述本申请的结构改进，如图2所示，系统还包括电力连接系统，该电力连接系统包括踢脚线壳体3，和置于踢脚线壳体3内的电力导轨4，音频采样装置为麦克风阵列1，均设于踢脚线壳体3上，且其电源输入端与电力导轨4连接。

如图3所示，麦克风阵列1包括：

麦克风11，共设有多个，用于采样音频，并将音频转换为电信号；

模数转换器12，与所有麦克风11连接，用于将电信号从模拟信号形式转换为数字信号形式；

控制器13，与模数转换器12转换器连接；

无线数据收发模块14，与控制器13连接，用于收发电信号。

优选的，单个麦克风阵列1中的麦克风11数目为4～6个。

优选的，无线数据收发模块14为WiFi模块。

麦克风阵列1还包括机壳15，模数转换器12、控制器13、无线数据收发模块 14和麦克风11均设于机壳15内，且机壳15上设有用于空气通过至麦克风11采集口的通孔。

麦克风阵列1设于踢脚线壳体3上方并沿踢脚线壳体3延伸方向滑动，从而可以根据实际情况调节麦克风阵列1的位置，并无需担心供电问题。

由于将麦克风阵列1和电力导轨4连接结构结合，各麦克风阵列1和设置于电力连接系统的踢脚线壳体3上，在便于布置的同时，不会过于突兀，通过可以进行灵活设置麦克风阵列1，有效规避死角等，在提升定位性能的同时保持环境的美观

定位方法可以采用现有的定位方法，也可以采用改进的定位方法，例如信息处理中心2包括相互连接的处理器和存储器，以及存储于存储器上并由处理器执行的程序，处理器执行程序时实现以下步骤：

步骤S1：接收各麦克风阵列1采集的声源的声音强度和方位，其中，麦克风阵列1采集的声源的声音强度具体为：

其中：volume为麦克风阵列1采集的声源的声音强度，sk为由麦克风阵列1 中第k个麦克风11所采集到的声音强度，n为麦克风阵列1中麦克风11的数目。

步骤S2：根据各麦克风阵列1采集的声音强度计算得到声源与各麦克风11的距离；

步骤S3：根据声源与各麦克风阵列1的距离，以及对应的方位，结合各麦克风阵列1的坐标，得到声源的坐标。

步骤S3具体包括：

步骤S31：根据声源与各麦克风阵列1的距离，以及对应的方位，分别得到由各麦克风阵列1得到的声源坐标；

步骤S32：根据由各麦克风阵列1得到的声源坐标，求平均后得到最终的声源坐标。

如图5所示，下面以两个麦克风阵列1为例介绍定位谷过程，假设有两个麦克风阵列1(专利并不仅限于两个麦克风阵列1，可以有多个麦克风阵列1)，分别记为A1和A2，两个麦克风阵列1之间的距离记为d，计算得到两个麦克风11的强度分别为volume1和volume2，根据声音强度与距离之间的关系，可估算声源到麦克风阵列1的距离分别为dist1和dist2，利用可控波束形成技术得到的声源的方位分别为angle1和angle2，由此可以采用三角测量技术计算得到声源的位置(x,y)为：

x＝mean(dist1*cos(angle1),dist2*cos(angle2))

y＝mean(dist1*sin(angle1),dist2*sin(angle2))

其中的mean函数表示取平均。

基于多麦克风阵列1的室内声源定位系统由两部分组成：一是多个麦克风阵列 1，每个麦克风阵列1包含一个MCU、一个WiFi模块、一个ADC和4～6个麦克风11；二是声音信息处理中心2，包含一个MCU和一个WiFi模块。麦克风阵列 1板上的每个麦克风11都可以获取声音的模拟信号，通过ADC芯片转换为数字信号，然后在MCU上可以直接计算声音的强度，利用波束形成算法可以进行信号的增强、去噪，并计算出声音的方位，最后利用WiFi模块将每个麦克风阵列1声音的强度和方位同步到声音信息处理中心2。信息处理中心2通过WiFi模块接收各个麦克风阵列1传输的声音强度和方位，然后利用三角测量原理计算出声源在房间中的位置。

由于室内声源定位系统采用分布式的多麦克风阵列1，每个麦克风阵列1独立运行，要实现准确的声源定位，各个麦克风阵列1之间的信号同步是需要解决的关键问题。本系统利用唤醒词截取声音信号，然后分析声音信号的强度和方位，最后利用三角测量的原理进行声源定位。具体的做法是声音会传到各个麦克风阵列1 模块，当麦克风阵列1捕捉到唤醒的指令时，就将唤醒指令对应的声音信号截取出来，计算该段信号的声音强度，并利用波束形成算法计算信号的方位，各个麦克风阵列1计算出声音强度和方位后，将其发送到声音信息处理中心2，声音信息处理中心2在接收到每个麦克风阵列1的声音强度和方位后，利用三角测量原理计算出声源的位置。