专利名称：平面音频源跟踪的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及平面音频跟踪的方法和装置。
背景技术：
源跟踪的技术在导航、雷达和声纳领域里面已为我们知悉。一种最简单的源跟踪技术采用交叉偶极阵列——以同一点为中心并且朝向为直角的两个偶极传感器。在无线电早期就使用交叉偶极进行无线电测向。S. W. Davies在OCEANS 1987, vol. 19. , Sept. 1987, pp 351-356 的“Bearing Accuracies forArctan Processing of Crossed Dipole Arrays”一文中描述了有一个偶极指向北方的交叉偶极阵列，获得的信号正比于源方位角(source bearing)的正弦和余弦，并且通过这些分量的比值的反正切获得源方位角的估计值#。如果在交叉偶极阵列的中心有一个附加的全向传感器，则其输出可以被用来同步检测正弦和余弦输出的“方向”或符号；这就允许使用四象限反正切函数来获得明确的方位角的估计值。这篇文章研究了方位角估计器的特性，该估计器基于全向传感器的输出u。(t)和南北向(余弦)偶极传感器的输出u。(t)以及东西向(正弦)偶极传感器的输出、(0的时间平均乘积。美国专利6，774，934涉及摄像定位装置，用于将相机指向视频会议系统的发言人。为了寻找相机的正确的指向，该系统需要确定声音来自哪个位置。通过使用至少两个麦克风来接收语音信号并且测量麦克风接收的信号之间的传输延迟来实现这个功能。通过首先确定脉冲响应Oi1)和(h2)，然后计算这些脉冲响应的互相关函数，从而得到延迟。从互相关函数的主峰值确定延迟值。当麦克风的间距宽到足以确定延迟值的时候，上述系统是令人满意的。目前已知的音频跟踪技术的一个缺点是音频源的主要反射(例如，经由墙壁和桌子)会对音频跟踪的结果造成负面影响。
发明内容
本发明的一个目的是能够从靠近的麦克风得到方位角。根据本发明的一个方面，提供了一种平面音频跟踪方法，该方法使用至少三个麦克风构成虚拟的第一和第二交叉偶极麦克风以及虚拟的单极麦克风，该方法包括对来自第一和第二交叉偶极麦克风以及单极麦克风的信号进行定向预处理，对信号的定向预处理结果进行滤波，识别分别代表从所需音频源到第一和第二交叉偶极麦克风以及单极麦克风的脉冲响应的函数，对第一交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关，对第二交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关，以产生相应的代表最主要音频源的迟滞的估计值，并且使用代表迟滞的估计值来确定最主要源的角度估计值。根据本发明的另一个方面，提供了一种平面音频跟踪装置，包括至少三个麦克风，所述至少三个麦克风构成虚拟的第一和第二交叉偶极麦克风以及虚拟的单极麦克风； 用于对来自第一和第二交叉偶极麦克风以及单极麦克风的信号进行定向预处理的装置；对信号的定向预处理结果进行滤波、并且识别分别代表从所需音频源到第一和第二交叉偶极麦克风和单极麦克风的脉冲响应的函数的装置；互相关装置，用于对第一交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关、对第二交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关，以产生相应的代表最主要音频源的迟滞的估计值；以及用于使用代表迟滞的估计值来确定最主要源的角度估计值的装置。
现在通过示例，参照附图描述本发明，其中图1示出了四个麦克风的阵列；图2是根据本发明制造的装置的实施例的方框图；图3是图示了根据本发明的方法的说明流程图；图4是滤波相加波束形成器(Filtered Sum Beamformer, FSB)的方框图；图5示出了三个等距麦克风的圆形阵列的几何示意图；以及图6示出了单极和两个正交偶极的示意图。在附图中相同的参考数字被用来表示相应的特征。
具体实施例方式图1示出了四个麦克风Mi、M2、M3*M4的正方形阵列，所述四个麦克风关于通过原点0的正交轴对称布置，水平轴作为零度轴。正方形相邻二个顶点的距离为d，沿对角线布置的麦克风M1 (M2)和M3 (M4)之间的间距正好是d的j倍。沿对角线布置的麦克风对M1J3 和M2、M4形成了偶极极对，并且所有四个麦克风的组合输出形成了虚拟构成的单极麦克风。 音频源X位于相对于零度轴的方位角识处。归一化(频率无关)的偶极响应计算如下
Ε Φ,φ) = ^deal-T ·ΕΜφ)(1)其中
Ed (Φ, φ) = cos(汐 +7^-Ed (-Λ-/4, φ) + η(φ + (π 14, φ\( 2 )其中
Ed(^IW) = E1-E4
/.■y/J.Q.COsf^—f) —,V^^'COsfiP—f]
=S- e 、-e,
3
Hsin| V2 · Ω · cos φ —
π
权利要求
1.一种平面音频跟踪方法，该方法使用至少三个麦克风构成虚拟的第一和第二交叉偶极麦克风以及虚拟的单极麦克风，该方法包括对来自第一和第二交叉偶极麦克风以及单极麦克风的信号进行定向预处理，对信号的定向预处理结果进行滤波，识别分别代表从所需音频源到第一和第二交叉偶极麦克风以及单极麦克风的脉冲响应的函数(hd(0)、hd(Ji/2) 和hm)，对第一交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关，对第二交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关，以产生相应的代表最主要音频源的迟滞的估计值(Ψ。(1)和Ψ3(1))，并且使用代表迟滞的估计值来确定最主要源的角度估计值(#)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于对定向预处理结果的滤波是在滤波相加波束形成器(32)中实现的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于对信号进行定向预处理包括获得归一化的第一和第二交叉偶极信号以及归一化的单极信号。
4.根据权利要求1到3中任何一个所述的方法，其特征在于具有布置成正方形阵列的四个麦克风。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于正方形阵列的边长小于所关心的声音的波长。
6.根据权利要求1到3中任何一个所述的方法，其特征在于所述至少三个麦克风是心形麦克风，布置成等间距麦克风圆形阵列。
7.一种平面音频跟踪装置，包括至少三个麦克风，所述至少三个麦克风构成虚拟的第一和第二交叉偶极麦克风以及虚拟的单极麦克风；用于对来自第一和第二交叉偶极麦克风以及单极麦克风的信号进行定向预处理的装置(16至沈、观和30)；用于对信号的定向预处理结果进行滤波、并且识别分别代表从所需音频源到第一和第二交叉偶极麦克风和单极麦克风的脉冲响应的函数(hd(0)、hd(Ji/2)和hm)的装置(32)；互相关装置(48、50)，用于对第一交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关、对第二交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关，以产生相应的代表最主要音频源的迟滞的估计值 (Ψ。(1)和Vs(I))；以及用于使用代表迟滞的估计值来确定最主要源的角度估计值的装置(52)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于用于对定向预处理结果进行滤波的装置包括滤波相加波束形成器(32)。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于用于对信号进行定向预处理的装置包括用于获得归一化的第一和第二交叉偶极信号以及归一化的单极信号的装置。
10.根据权利要求7到9中任何一个所述的装置，其特征在于具有布置成正方形阵列的四个麦克风。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于正方形阵列的边长小于所关心的声音的波长。
12.根据权利要求7到9中任何一个所述的装置，其特征在于所述至少三个麦克风是心形麦克风，布置成等间距麦克风圆形阵列。
全文摘要
平面音频跟踪系统包括布置为第一和第二交叉偶极麦克风和虚拟构成的单极麦克风的四个麦克风(M1、M2、M3、M4)的正方形阵列。对来自这些麦克风的信号进行定向预处理，将结果施加到滤波相加波束形成器(FSB)(32)。FSB识别FSB的函数(hd(0)、hd(π/2)和hm)，其分别代表从所需的音频源到第一和第二交叉偶极麦克风和单极麦克风的脉冲响应。将第一交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关，将第二交叉偶极麦克风的函数和单极麦克风的函数进行互相关，产生相应的代表最主要音频源的迟滞的估计值(ψc(l)和ψs(l))。使用迟滞的估计值确定最主要源的角度估计值(φ)。跟踪系统的其他实施例可包括布置为圆形阵列的三个麦克风，形成第一和第二交叉偶极和虚拟单极。
文档编号H04R3/00GK102265642SQ200980152234
公开日2011年11月30日 申请日期2009年12月21日 优先权日2008年12月24日
发明者勒内·马蒂纳斯·德克斯, 科尼利斯·皮特·詹森 申请人:Nxp股份有限公司