【CN110068796A】一种用于声源定位的麦克风阵列方法【专利】

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一种基于麦克风阵列的声源定位算法研究

一种基于麦克风阵列的声源定位算法研究王勇;刘颖;刘建平【摘要】麦克风阵列声源定位广泛应用于视音频会议系统及枪声定位系统等领域.提出了一种基于最小熵值(ME)的麦克风阵列声源定位新方法,其特点在于利用最小熵值方法对麦克风阵列进行时延估计,并与离散网格方法相结合,对声源进行空间搜索.实验结果表明,在同等混响或噪声条件下,该方法定位优于广义互相关-相位变换方法(GCC-PHAT).%The acoustic source is widely used in audio and video conference system and gunshot localization system. In this article, a novel acoustic source localization algorithm for microphone array based on minimum entropy and stochastic region contraction (ME) is proposed. The algorithm show that the acoustic source can be developed to estimate time delay between microphones on a basis of minimum entropy and localize the acoustic source in search space by using discrete grid search algorithm. Experimental results show that the proposed algorithm is much more robust than GCOPHAT in noise and reverberation environment.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)019【总页数】4页(P61-64)【关键词】麦克风阵列;声源定位;最小熵值;波达时延差【作者】王勇;刘颖;刘建平【作者单位】西安电子科技大学,陕西西安710071;武警工程学院,陕西西安710086;武警工程学院,陕西西安 710086【正文语种】中文【中图分类】TN911.3-340 引言基于麦克风阵列的声源定位是声学信号处理领域中的一个重要问题。

麦克风声源定位原理_一种利用麦克风阵列进行声源定位的方法与流程

麦克风声源定位原理_⼀种利⽤麦克风阵列进⾏声源定位的⽅法与流程本发明涉及计算机信号处理领域，具体涉及⼀种⽤麦克风阵列时延估计定位声源的⽅法。

背景技术：20世纪80年代以来，麦克风阵列信号处理技术得到迅猛的发展，并在雷达、声纳及通信中得到⼴泛的应⽤。

这种阵列信号处理的思想后来应⽤到语⾳信号处理中。

在国际上将麦克风阵列系统⽤于语⾳信号处理的研究源于1970年。

1976年，Gabfid将雷达和声纳中的⾃适应波束形成技术直接应⽤于简单的声⾳获取问题。

1985年，美国AT&T/Bell实验室的Flanagan采⽤21个麦克风组成现⾏阵列，⾸次⽤电⼦控制的⽅式实现了声源信号的获取，该系统采⽤简单的波束形成⽅法，通过计算预先设定位置的能量，找到具有最⼤能量的⽅向。

同年，Flanagan等⼈⼜将⼆维麦克风阵列应⽤于⼤型房间内的声⾳拾取，以抑制混响和噪声对声源信号的影响。

由于当时技术的制约，使得该算法还不能够借助于数字信号处理技术以数字的⽅式实现，⽽主要采⽤了模拟器件实现，1991年，Kellermann借助于数字信号处理技术，⽤全数字的⽅式实现了这⼀算法，进⼀步改善了算法的性能，降低了硬件成本，提⾼了系统的灵活性。

随后，麦克风阵列系统已经应⽤于许多场合，包括视频会议、语⾳识别、说话⼈识别、汽车环境语⾳获取、混响环境声⾳拾取、声源定位和助听装置等。

⽬前，基于麦克风阵列的语⾳处理技术正成为⼀个新的研究热点，但相关应⽤技术还不成熟。

技术实现要素：鉴于麦克风阵列的声源定位⽅法具有⼴泛的应⽤前景和潜在的经济效益，本发明旨在提供⼀种利⽤麦克风阵列进⾏声源定位的⽅法，以期应⽤在包括语⾳识别、强噪声环境下的语⾳获取、⼤型场所的会议记录、声⾳检测和助听装置等领域。

为实现上述⽬的，本发明采⽤以下技术⽅案：⼀种利⽤麦克风阵列进⾏声源定位的⽅法，包括时延估计和声源定位，其特征在于：⾸先，通过算法估计声源信号到达阵列中麦克风阵元的相对时间差；第⼆步则利⽤估计时间差来计算出声源到达各阵元的距离差，然后结合阵列拓扑结构⽤⼏何算法或搜索确定声源位置。

【CN110068797A】一种校准麦克风阵列的方法、声源定位方法及相关设备【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910328573.X(22)申请日 2019.04.23(71)申请人浙江大华技术股份有限公司地址 310053 浙江省杭州市滨江区滨安路1187号(72)发明人陈烈　(74)专利代理机构北京同达信恒知识产权代理有限公司 11291代理人黄志华(51)Int.Cl.G01S 5/24(2006.01)(54)发明名称一种校准麦克风阵列的方法、声源定位方法及相关设备(57)摘要本申请提供一种校准麦克风阵列的方法、声源定位方法及相关设备，用于提高获得的麦克风的校准值的准确性。

该方法包括：通过麦克风阵列中的N个麦克风采集来自设定声源点的声音数据；其中，N个麦克风到设定声源点的距离均相同；根据N个麦克风的声音数据，采用预设相关系数算法获得N个麦克风中每两个麦克风的相关系数；根据相关系数中小于预设的相关系数阈值的那部分相关系数，确定出相关联的对应M个麦克风；基于N个麦克风中除了M个麦克风之外的其余麦克风中每两个麦克风的声音数据，获得其余麦克风中每两个麦克风采集的声音数据的时延差；基于时延差，确定出其余麦克风中需要进行校准的每个麦克风对应的时延校准值。

权利要求书2页说明书12页附图4页CN 110068797 A 2019.07.30C N 110068797A权　利　要　求　书1/2页CN 110068797 A1.一种校准麦克风阵列的方法，其特征在于，包括：通过麦克风阵列中的N个麦克风采集来自设定声源点的声音数据；其中，所述N个麦克风到所述设定声源点的距离均相同，N为大于或等于3的整数；根据所述N个麦克风的声音数据，采用预设相关系数算法获得所述N个麦克风中每两个麦克风的相关系数；根据所述相关系数中小于预设的相关系数阈值的那部分相关系数，确定出相关联的对应M个麦克风；其中，M为小于N的整数；基于所述N个麦克风中除了所述M个麦克风之外的其余麦克风中每两个麦克风的声音数据，获得所述其余麦克风中每两个麦克风采集的声音数据的时延差；基于所述时延差，确定出所述其余麦克风中需要进行校准的每个麦克风对应的时延校准值。

一种用于声源定位的光纤麦克风阵列

１基于Ｓａｇｎａｃ的时分复用光纤麦克风阵列系统
该光纤麦克风阵列基于Ｓａｇｎａｃ干涉原理，在时间上将光束复用，具体结构如图１（见第６３０页）所示，由宽光谱ＳＬＤ光源（ＳｕｐｅｒＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｏｄｅ，ＳＬＤ）、声光脉冲调制器、３×３耦合器、１×２耦合器、法拉第旋转反射镜（ＦａｒａｄａｙＲｏｔａｔｏｒＭｉｒｒｏｒ，ＦＲＭ）、延迟光纤线圈与缠绕于圆柱体上的传感光纤、ＰＩＮ光电探测器、示波器与计算机终端组成，上述器件与设备均工作于１５５０ｎｍ波长．
收稿日期：２０１８－１１－０７基金项目：上海市科学技术委员会项目（１７ＤＺ２２８０６００）作者简介：金婷纾（１９９４— ），女，硕士研究生；洪广伟，副教授，通信作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｗｈｏｎｇ＠ｆｕｄａｎ．ｅｄｕ．ｃｎ．
６３０
复旦学报（自然科学版）
第５８卷
图１基于Ｓａｇｎａｃ的时分复用光纤麦克风阵列结构图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅａｃｏｕｓｔｉｃｆｉｂｅｒｓｅｎｓｉｎｇａｒｒａｙｂａｓｅｄｏｎＳａｇｎａｃ
从光源发出的光束由声光调制器调制为脉冲光，被３×３耦合器 Ⅰ 分为逆时针与顺时针两路，分别途经各节点并在ＦＲＭ处被反射，以第１个传感循环（ｎ＝１）为例，光电探测器可采集到以下４种路径的光束：
麦克风阵列是将声学传感器排列成一定几何结构，对声场进行时间和空间的采样，被广泛应用于目标追踪、语音增强、紧急状况预警等声源定位领域．传统的压电麦克风阵列虽已实现了商业化应用，但在一些极端环境下劣势明显［１］：易受电磁干扰，高温下不稳定，并且频率响应范围也不够宽泛．而由光纤传感器组成的光纤麦克风阵列，具有抗电磁干扰、耐腐蚀与高温、防爆、灵敏度高与响应范围广等优点，可在磁共振成像（ＭＲＩ）、海洋水声探测、长距离管道监测、爆炸和辐射区等环境中使用，在军事、医疗、安防、航空等领域有着十分广阔的应用前景．［２］

一种基于双麦克风阵列的声源定位方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010945178.9(22)申请日 2020.09.10(71)申请人成都启英泰伦科技有限公司地址 610041 四川省成都市高新区天府五街200号菁蓉汇4号楼A座12层(72)发明人曾帆　何云鹏　许兵　(51)Int.Cl.G10L 25/27(2013.01)G10L 25/48(2013.01)G01S 5/18(2006.01)(54)发明名称一种基于双麦克风阵列的声源定位方法(57)摘要一种基于双麦克风阵列的声源定位方法，包括如下步骤；步骤1.以双麦克风阵列的两个麦克风建立二维坐标系；步骤2.对时域信号进行分帧加窗及快速傅里叶变换，分别得到两个麦克风的频域信号;步骤3.将空间方位角区间均分为Q等份；步骤4.遍历全部Q个方位角，得到空间波束向量:步骤5.对空间波束向量进行归一化处理，计算归一化处理后的波束均值和方差;筛选出有效波束；最后对有效波束进行峰值搜索，峰值最大值所在的位置即为目标声源位置。

本发明对每帧语音信号经过声源定位算法处理后形成的波束进行归一化处理筛选，不仅可以检测到语音信号起始点，而且能够剔除由于静音段、连续语音间歇停顿段以及噪声干扰过大导致的无效波束。

权利要求书2页说明书5页附图2页CN 111798869 A 2020.10.20C N 111798869A1.一种基于双麦克风阵列的声源定位方法，其特征在于，包括如下步骤；步骤1.以双麦克风阵列的两个麦克风所在直线为X轴，两个麦克风的中间点为原点，原点处垂直于X轴为Y轴，建立XOY二维坐标系；设置两个麦克风接收到的时域信号分别为x1，x2，每帧信号采样点长度为K，采样率为Fs；步骤2.对时域信号x1，x2进行分帧加窗及快速傅里叶变换，分别得到两个麦克风的频域信号，；其中，表示第个时频点，表示第帧语音信号；k=1,2,…,K；步骤3.将空间方位角区间[0° 180°]均分为Q等份，定义每一个方位角索引q = 1，2，...，Q；根据基于相位变换加权的可控功率响应算法，获得第q个方位角的波束为：，其中：，，θ为第q个方位角角度值，c为声音传播速度，*表示取复共轭,d为麦克风间距,j为复数虚部符号；步骤4.遍历全部Q个方位角，得到空间波束向量：，下标表示第帧；步骤5.对空间波束向量进行归一化处理，计算归一化处理后的波束均值和方差;筛选出有效波束；最后对有效波束进行峰值搜索，峰值最大值所在的位置即为目标声源位置。

一种用于声源定位的麦克风阵列方法[发明专利]

专利名称：一种用于声源定位的麦克风阵列方法专利类型：发明专利
发明人：张涛,焦琛
申请号：CN201910254678.5
申请日：20190331
公开号：CN110068796A
公开日：
20190730
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种用于声源定位的麦克风阵列方法，包括：设定七元立体麦克风阵列中的七个麦克风空间分布的位置：s(0,0,0)，s(d,0,d)，s(‑d,0,d)，s(0,d,‑d)，s(0,‑d,‑d)，s(0,0,d)，s(0,0,‑d)，其中，s 为原点处的麦克风，s～s是分布在原点以外的其他位置处的6个麦克风，d为s～s距坐标轴的距离；根据七个麦克风空间分布的位置建立麦克风阵列的数学模型；求解数学模型，确定声源位置。

本发明保持阵列尺寸和麦克风数量不变，在不牺牲俯仰角与方向角定位性能的基础上，能够有效提升测距性能。

阵型在俯仰角、方向角定位上具有比较好的效果。

有效的提高了距离定位精度，同时又保持了空间交叉立体阵在俯仰角、方向角定位精度高的优点。

申请人：天津大学
地址：300072 天津市南开区卫津路92号
国籍：CN
代理机构：天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：杜文茹
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一种校准麦克风阵列的方法、声源定位方法及相关设备[发明专利]

专利名称：一种校准麦克风阵列的方法、声源定位方法及相关设备
专利类型：发明专利
发明人：陈烈
申请号：CN201910328573.X
申请日：20190423
公开号：CN110068797A
公开日：
20190730
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请提供一种校准麦克风阵列的方法、声源定位方法及相关设备，用于提高获得的麦克风的校准值的准确性。

申请人：浙江大华技术股份有限公司
地址：310053 浙江省杭州市滨江区滨安路1187号
国籍：CN
代理机构：北京同达信恒知识产权代理有限公司
代理人：黄志华
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一种麦克风阵列的声源方向定位方法及装置[发明专利]

专利名称：一种麦克风阵列的声源方向定位方法及装置专利类型：发明专利
发明人：李健,张连毅,武卫东
申请号：CN201610500281.6
申请日：20160629
公开号：CN106199607A
公开日：
20161207
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明实施例提供了一种麦克风阵列的声源方向定位方法及装置，其中的方法具体包括：根据基础阵元及当前阵元对声源方向进行估计，以得到第一估计结果；确定与所述当前阵元相邻的阵元为当前阵元；根据所述第一估计结果对所述基础阵元及当前阵元进行间距解模糊，以得到第N‑2解模糊结果；根据所述第N‑2解模糊结果、所述基础阵元及所述当前阵元对声源方向进行估计，以得到第N‑1估计结果，并返回所述确定与当前阵元相邻的阵元为当前阵元的步骤，直至N等于M；根据所述第一估计结果、所述第N‑1估计结果确定最终声源方向；本发明实施例能够提高声源方向的定位精度。

申请人：北京捷通华声科技股份有限公司
地址：100193 北京市海淀区东北旺西路8号中关村软件园2号楼A座一层2101
国籍：CN
代理机构：北京润泽恒知识产权代理有限公司
代理人：苏培华
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910254678.5
(22)申请日 2019.03.31
(71)申请人天津大学
地址 300072 天津市南开区卫津路92号
(72)发明人张涛　焦琛　
(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代
理事务所 12201
代理人杜文茹
(51)Int.Cl.
G01S 5/20(2006.01)
G06F 17/12(2006.01)
(54)发明名称
一种用于声源定位的麦克风阵列方法
(57)摘要
一种用于声源定位的麦克风阵列方法，包
括：设定七元立体麦克风阵列中的七个麦克风空
间分布的位置：s 0(0,0,0)，s 1(d ,0,d )，s 2(-d ,0,
d )，s 3(0,d ,-d )，s 4(0,-d ,-d )，s 5(0,0,d )，s 6(0,
0,-d)，其中，s 0为原点处的麦克风，s 1～s 6是分布
在原点以外的其他位置处的6个麦克风，d为s 1～
s 6距坐标轴的距离；根据七个麦克风空间分布的
位置建立麦克风阵列的数学模型；求解数学模
型，确定声源位置。

本发明保持阵列尺寸和麦克
风数量不变，在不牺牲俯仰角与方向角定位性能
的基础上，能够有效提升测距性能。

阵型在俯仰
角、方向角定位上具有比较好的效果。

有效的提
高了距离定位精度，同时又保持了空间交叉立体
阵在俯仰角、
方向角定位精度高的优点。

权利要求书2页说明书6页附图6页CN 110068796 A 2019.07.30
C N 110068796
A
1.一种用于声源定位的麦克风阵列方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)设定七元立体麦克风阵列中的七个麦克风空间分布的位置：
s 0(0,0,0)，s 1(d ,0,d)，s 2(-d ,0,d)，s 3(0,d ,-d)，s 4(0,-d ,-d)，s 5(0,0,d)，s 6(0,0,-d)其中，s 0为原点处的麦克风，s 1～s 6是分布在原点以外的其他位置处的6个麦克风，d为s 1～s 6距坐标轴的距离；
2)根据七个麦克风空间分布的位置建立麦克风阵列的数学模型：
其中，τi 为声源到达麦克风s i 与s 0的时间差，
c为空间中声速，x、y和z为声源在空间中的分布位置；
3)求解数学模型，确定声源位置。

2.根据权利要求1所述的一种用于声源定位的麦克风阵列方法，其特征在于，步骤3)包括：
(1)用极坐标系代替笛卡尔坐标表示声源位置：
其中，φ为声源的方向角，θ为声源的俯仰角，r为声源妻坐标原点的距离；
(2)将用极坐标系表示的声源位置代入步骤2)的数学模型：将：代入到：
权　利　要　求　书1/2页2CN 110068796 A。