一種便攜式雙傳聲器聲源識(shí)別與定位裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種聲源識(shí)別與定位裝置，尤其涉及一種便攜式雙傳聲器聲源識(shí)別與 定位裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在智能監(jiān)控和移動(dòng)機(jī)器人研究領(lǐng)域，聲源信號(hào)的分離與定位一直是研究的熱點(diǎn)， 如何使機(jī)器人像人一樣僅僅利用兩個(gè)傳聲器完成聲源的識(shí)別與定位是研究的難點(diǎn)；在眾多 談話聲和嘈雜環(huán)境下，聲源識(shí)別與定位技術(shù)可以聚焦于用戶所感興趣的目標(biāo)信號(hào)，抑制干 擾噪聲，有助于混疊語(yǔ)音的分離；此外，設(shè)計(jì)精巧、高精度和方便攜帶的聲源定向裝置在醫(yī) 療、搜救、軍事和國(guó)防等諸多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 現(xiàn)有的聲源定向裝置所采用的傳聲器陣列陣元數(shù)目多、體積龐大，只有大型的車 載聲源探測(cè)裝置，沒有小型便于攜帶的聲源探測(cè)裝置。專利CN101910807A使用具備擋板 的聲源識(shí)別測(cè)定裝置來(lái)取得所有方向聲源信息，并將隨時(shí)間的推移產(chǎn)生的方位角、仰角、聲 壓、頻率頻率特性等聯(lián)系起來(lái)，更加高精度地確定聲源，但傳聲器陣列體積龐大，數(shù)據(jù)運(yùn)算 量大，不適合實(shí)時(shí)處理，專利CN104049235A公開了一種聲源定向裝置，傳聲器陣列包括四 個(gè)陣元，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需多次調(diào)整確定目標(biāo)方位，專利CN101957442B采用四元正四面體結(jié)構(gòu) 的麥克風(fēng)陣列，四個(gè)麥克風(fēng)分別位于該正四面體結(jié)構(gòu)的四個(gè)頂點(diǎn)，所占空間較大，不方便運(yùn) 輸與攜帶，專利CN103219012A利用雙麥克風(fēng)降噪，增強(qiáng)語(yǔ)音，但并沒有給出聲源的方位信 息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (1)要解決的技術(shù)問題
[0005] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有聲源識(shí)別與定位裝置體積大，不便運(yùn)輸和攜帶的缺點(diǎn)，本發(fā) 明要解決的技術(shù)問題是提供一種設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，便于攜帶，顯示結(jié)果更直觀的便攜 式雙傳聲器聲源識(shí)別與定位裝置。
[0006] (2)技術(shù)方案
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了這樣一種便攜式雙傳聲器聲源識(shí)別與定位 裝置，包括傳聲器A、傳聲器B、前置放大器A、前置放大器B、支架、信號(hào)采集模塊、聲源識(shí)別 與定位模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示器；所述的傳聲器A連接在前置放大器A上，所述的傳聲器B連 接在前置放大器B上，所述的傳聲器A、傳聲器B連接在支架上，呈H型布置，所述的前置放 大器A、前置放大器B連接到信號(hào)采集模塊，所述的信號(hào)采集模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示器連接到 聲源識(shí)別與定位模塊上，傳聲器A和傳聲器B外圍均包裹有電子恒溫器。
[0008] 優(yōu)選地，所述傳聲器A通過螺紋與前置放大器A連接，傳聲器B通過螺紋與前置 放大器B連接。
[0009] 優(yōu)選地，所述傳聲器A和所述傳聲器B的指向性為全向型。
[0010] 優(yōu)選地，所述支架為"H"型，其中兩條為圓形凹槽，所述傳聲器A和所述傳聲器B 分別嵌入支架兩側(cè)，保持平行布置。
[0011] 優(yōu)選地，所述"H"型支架中間橫邊長(zhǎng)5厘米。
[0012] 優(yōu)選地，所述前置放大器A和所述前置放大器B為內(nèi)置式。
[0013] 優(yōu)選地，所述顯示器為液晶顯示器。
[0014] 優(yōu)選地，所述存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)由聲源識(shí)別與定位模塊所得到的所有聲源，所述顯示 器通過極坐標(biāo)圖顯示所有聲源的幅值和相位。
[0015] 工作原理：首先利用傳聲器A和傳聲器B分別采集聲源信號(hào)，并將聲信號(hào)轉(zhuǎn)化為電 信號(hào)；然后通過前置放大器A和前置放大器B，分別對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大后傳輸至信號(hào)采集模 塊；信號(hào)采集模塊將兩路聲信號(hào)進(jìn)行濾波、模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)化后的兩路數(shù)字信號(hào)傳輸至聲源 識(shí)別與定位模塊；在聲源識(shí)別與定位模塊中，利用歸一化、一階差分、時(shí)頻劃分、獨(dú)立分量等 算法進(jìn)行聲源的識(shí)別與定位；最后液晶顯示器中顯示聲源的位置幅值和相位信息。
[0016] 在聲源識(shí)別與定位模塊中，利用歸一化、一階差分、時(shí)頻劃分、獨(dú)立分量等算法進(jìn) 行聲源的識(shí)別與定位。其中基于獨(dú)立分量分析的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，具體步驟如下：
[0017] 分解階段：利用計(jì)算聽覺場(chǎng)景分析對(duì)兩路采集信號(hào)進(jìn)行分離，得到更獨(dú)立的兩個(gè) 分咼分量；
[0018] 組織階段：將兩個(gè)分量由時(shí)域變換至?xí)r頻域，分解為基本的時(shí)頻單元，計(jì)算各時(shí)頻 單元的時(shí)頻掩膜，根據(jù)時(shí)頻掩膜將具有相同特征的時(shí)頻單元組織在一起形成聲音片段；
[0019] 合并階段：合并具有相似特征的聲音片段，由時(shí)頻域片段重構(gòu)時(shí)域波形，判斷該合 成聲源是否來(lái)自同一聲源，如果是，則為最終分離分量；如果不是，則返回組織階段，繼續(xù)分 離直至滿足條件為止；
[0020] 定位階段：利用延時(shí)和相位差對(duì)聲源進(jìn)行定位，首先利用濾波器來(lái)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)中 噪音進(jìn)行預(yù)處理，然后對(duì)多路語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)延進(jìn)行估計(jì)，最后構(gòu)建幾何關(guān)系來(lái)確定聲源的 位置。
[0021] 分解階段中計(jì)算聽覺場(chǎng)景分析方法采用信息極大化獨(dú)立分量分析算法或基于張 量的聯(lián)合近似對(duì)角化算法與時(shí)頻掩膜相結(jié)合；
[0022] 組織階段中將兩個(gè)分量由時(shí)域變換至?xí)r頻域，采用短時(shí)傅里葉變換、小波變換和 Ga_atone濾波器組濾波中的一種對(duì)分量進(jìn)行變換，得到基本的時(shí)頻單元表示形式。
[0023] 合并階段中對(duì)所有時(shí)頻單元計(jì)算掩蔽系數(shù)，構(gòu)建時(shí)頻掩蔽矩陣，保留目標(biāo)聲源的 時(shí)頻單元，大幅衰減干擾信號(hào)的時(shí)頻單元，構(gòu)建公式為：
[0026] 式中，1(?，〇，乙（《，〇為兩個(gè)分量的時(shí)頻表示，T為稀疏度控制參數(shù)。
[0027] 組織階段中根據(jù)時(shí)頻掩膜將具有相同特征的時(shí)頻單元組織在一起形成聲音片段 的公式為：
[0030] 式中，X1(C^t)，X2(co，t)為麥克風(fēng)采集信號(hào)的時(shí)頻表示。
[0031] 合并階段中重建時(shí)域波形的方法與合并階段所采用的時(shí)頻變換方法相對(duì)應(yīng)，采用 短時(shí)傅里葉逆變換、小波重構(gòu)和逆Ga_atone濾波器組中的一種。
[0032] 合并階段所述判斷合成聲源是否來(lái)自同一聲源，判斷依據(jù)為協(xié)方差矩陣的條件 數(shù)，定義協(xié)方差矩陣：
[0034] 式中，X為合成聲源的時(shí)域信號(hào)，隊(duì)為X的采樣點(diǎn)數(shù)，矩陣條件數(shù)計(jì)算公式為：
[0035] cond(Rxx) =maxeig(Rxx)/mineig(Rxx)
[0036] 其中，eig〇表示矩陣的所有特征值，當(dāng)條件數(shù)大于某個(gè)閾值時(shí)，判定輸出信號(hào)來(lái) 自同一聲源。
[0037] 而且，我們?cè)趥髀暺鞯耐鈬友b了電子恒溫器，使兩個(gè)傳聲器保持相同且恒定的 溫度，一般控制在20度，減少了傳聲器的溫度漂移現(xiàn)象，經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加裝了電子恒溫器 后，在周圍環(huán)境溫度過高（大于30度）或過低（小于10度）的情況下，比沒有加裝電子恒 溫器聲源識(shí)別的準(zhǔn)確率和定位的準(zhǔn)確度有了很大的提高。
[0038] (3)有益效果
[0039] 本發(fā)明提供的一種便攜式雙傳聲器聲源識(shí)別與定位裝置，克服了現(xiàn)有聲源識(shí)別與 定位裝置體積大，不便運(yùn)輸和攜帶的缺點(diǎn)，只用到兩個(gè)傳聲器，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，便于 攜帶；獨(dú)立分量分析與時(shí)頻掩膜相結(jié)合的識(shí)別方法不對(duì)聲源數(shù)目和傳播途徑做假設(shè)，能準(zhǔn) 確識(shí)別來(lái)自不同方位聲源，計(jì)算量小，保證了聲源定位系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，適合嵌入式系統(tǒng) 的應(yīng)用；配置了液晶顯示屏，并利用極坐標(biāo)形式顯示各獨(dú)立聲源，顯示結(jié)果更直觀。
【附圖說明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041] 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 圖3為本發(fā)明的信號(hào)采集示意圖。
[0043] 圖4為本發(fā)明的聲源位置顯不不意圖。
[0044] 圖5為本發(fā)明基于獨(dú)立分量的聲源識(shí)別與分離流程圖。
[0045] 附圖中的標(biāo)記為：1-傳聲器A，2-傳聲器B，3-前置放大器A，4-前置放大器B， 5_信號(hào)采集模塊，6-聲源識(shí)別與定位模塊，7-顯示器，8-存儲(chǔ)模塊，9-支架，10-電子恒溫 器。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0047] 實(shí)施例I
[0048] -種便攜式雙傳聲器聲源識(shí)別與定位裝置，如圖1-2所示，包括傳聲器AU傳聲器 B2、前置放大器A3、前置放大器B4、支架9、信號(hào)采集模塊5、聲源識(shí)別與定位模塊6、存儲(chǔ)模 塊8、顯示器7 ;所述的傳聲器Al連接在前置放大器A3上，所述的傳聲器B2連接在前置放 大器M上，所述的傳聲器AU傳聲器B2連接在支架9上，呈H型布置，所述的前置放大器 A3、前置放大器B4連接到信號(hào)采集模塊5,所述的信號(hào)采集模塊5、存儲(chǔ)模塊8、顯示器7連 接到聲源識(shí)別與定位模塊6上，傳聲器Al和傳聲器B2外圍均包裹有電子恒溫器10。
[0049] 工作原理：
[0050] 我們