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一種移動終端實現(xiàn)聲源定位的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種移動終端實現(xiàn)聲源定位的方法及裝置，涉及麥克陣列實現(xiàn)聲源定位的技術(shù)，所述方法包括：利用麥克陣列，采集外部聲音信息；通過對所述外部聲音信息進行分析，確定目標聲源信息；根據(jù)麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，計算目標聲源位置。本發(fā)明可以對特定聲源進行定位，填補了大眾可用的聲源定位裝置的空白，提高了移動終端的功能和效用。
【專利說明】一種移動終端實現(xiàn)聲源定位的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及麥克陣列實現(xiàn)聲源定位的技術(shù)，特別涉及一種移動終端通過麥克陣列實現(xiàn)聲源定位的方法及相關(guān)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能手機的普及，配置和功能越來越強大，手機不僅是一部通信工具，而且越來越多的承擔如筆記本電腦、游戲機等其它設(shè)備的更多功能。
[0003]現(xiàn)有的聲源定位研究都是通過固定的專用的聲源收集裝置在固定場所實現(xiàn)聲音定位，無法滿足普通用戶聲源定位需求。
[0004]人們經(jīng)常借助聽覺來判定發(fā)音物體的位置，聲音定位主要有三個方面的因素:
[0005]1.聲源的距離；
[0006]2.聲源的運動；
[0007]3.聲源的方向。
[0008]影響聲源距離最重要的因素是音響。一般說來，近的聲源比遠的聲源音響要大。影響聲源距離的另一個因素是聲音的復雜性。在一般情況下，聲音越復雜，發(fā)音的物體就越近。因為一般聲音都是復音，復音中所包括的音強弱不同。聲源遠一些，復音中較弱的音就會聽不到。聲源越遠，復音中較弱的音就聽到的越少，最后接近于純音。
[0009]聲源向人耳傳播過程中，當人轉(zhuǎn)頭的時候，聲源對兩耳的距離就會改變，聲音的音調(diào)和音強對兩耳就有不同的變化。甚至在頭靜止不動的時候，也會有這種兩耳的差別，這就為判定聲源方向提供了依據(jù)。
[0010]聲源的距離也就對聲源的運動運動判斷提供了依據(jù):聲音向聽者趨近，響度就越來越大并越復雜；聲音離聽者退遠，響度就越來越小，并越趨于單純。
[0011]當前智能手機的硬件配置越來越高，陀螺儀、電子羅盤等已成為高端智能機的標配。智能機雙/多麥克配置也逐漸普及，但雙/多麥克在手機中只是用來過濾和降低外部噪音，提高通話質(zhì)量。
[0012]本發(fā)明結(jié)合人耳對聲源定位的原理，通過利用當前普及的手機等移動終端實現(xiàn)特定聲源的定位。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于提供一種移動終端實現(xiàn)聲源定位的方法及裝置，能更好地解決通過當前普及的手機等移動終端實現(xiàn)特定聲源的定位問題。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種移動終端實現(xiàn)聲源定位的方法，包括:
[0015]利用麥克陣列，米集外部聲音信息；
[0016]通過對所述外部聲音信息進行分析，確定目標聲源信息；
[0017]根據(jù)麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，計算目標聲源位置。
[0018]優(yōu)選地，所述麥克陣列中至少包含2個麥克，分布在同一移動終端的不同位置。
[0019]優(yōu)選地，所述麥克陣列中至少包含2個麥克，分布在至少2個移動終端的不同位置。
[0020]優(yōu)選地，所述的通過對所述外部聲音信息進行分析，確定目標聲源信息的步驟包括:
[0021]通過對所述外部聲音信息進行聲源特征提取和濾波消噪處理，得到包含聲音強度和聲音頻率的聲源信息；
[0022]將所述聲源信息的聲音頻率與預存聲源信息的聲音頻率進行比較，若匹配，則確定所述聲源信息是目標聲源信息。
[0023]優(yōu)選地，所述的根據(jù)麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，計算目標聲源位置的步驟包括:
[0024]利用所述外部聲音到達所述麥克陣列中每個麥克的時間,確定所述麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間；
[0025]根據(jù)所述延遲時間和所述聲音強度，確定目標聲源位置。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種移動終端實現(xiàn)聲源定位的裝置，包括:
[0027]聲源信息采集模塊，用于利用其麥克陣列，采集外部聲音信息；
[0028]聲源信息計算處理模塊，用于通過對所述外部聲音信息進行分析，確定目標聲源信息，并根據(jù)麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，計算目標聲源位置。
[0029]優(yōu)選地，所述麥克陣列中至少包含2個麥克，分布在同一移動終端的不同位置。
[0030]優(yōu)選地，所述麥克陣列中至少包含2個麥克，分布在至少2個移動終端的不同位置。
[0031]優(yōu)選地，所述聲源信息計算處理模塊包括:
[0032]聲源分析子模塊，用于通過對所述外部聲音信息進行聲源特征提取和濾波消噪處理，得到包含聲音強度和聲音頻率的聲源信息；
[0033]聲源比較子模塊，用于將所述聲源信息的聲音頻率與預存聲源信息的聲音頻率進行比較；
[0034]聲源確定子模塊，用于當所述聲源信息的聲音頻率與預存聲源信息的聲音頻率匹配時，確定所述聲源信息是目標聲源信息。
[0035]優(yōu)選地，所述聲源信息計算處理模塊還包括:
[0036]時延估計子模塊，用于利用所述外部聲音到達所述麥克陣列中每個麥克的時間，確定所述麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間；
[0037]聲源定位子模塊，用于根據(jù)所述延遲時間和所述聲音強度，確定目標聲源位置。
[0038]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果在于:
[0039]本發(fā)明可以通過充分利用手機等移動終端的硬件配置，實現(xiàn)對所需聲源的定位，填補了目前缺少的大眾可用的聲源定位技術(shù)手段，提高了手機等移動終端的功能和效用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1是本發(fā)明實施例提供的移動終端實現(xiàn)聲源定位的方法原理框圖；
[0041]圖2是本發(fā)明實施例提供的移動終端實現(xiàn)聲源定位的裝置框圖；
[0042]圖3是本發(fā)明實施例提供的聲源定位計算示意圖；
[0043]圖4是本發(fā)明實施例提供的手機實現(xiàn)聲源定位的流程圖。

【具體實施方式】
[0044]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細說明，應(yīng)當理解，以下所說明的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0045]圖1是本發(fā)明實施例提供的移動終端實現(xiàn)聲源定位的方法原理框圖，如圖1所示，步驟包括:
[0046]步驟101、利用麥克陣列，采集外部聲音信息。
[0047]在所述步驟101中，所述麥克陣列中至少包含2個麥克，分布在同一移動終端的不同位置或分布在至少2個移動終端的不同位置。
[0048]步驟102、通過對所述外部聲音信息進行分析，確定目標聲源信息。
[0049]所述步驟102包括:通過對所述外部聲音信息進行聲源特征提取和濾波消噪處理，得到包含聲音強度和聲音頻率的聲源信息，將所述聲源信息的聲音頻率與預存聲源信息的聲音頻率進行比較，若匹配，則確定所述聲源信息是目標聲源信息。
[0050]步驟103、根據(jù)麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，計算聲源位置。
[0051]所述步驟103包括:利用所述外部聲音到達所述麥克陣列中每個麥克的時間，確定所述麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，并根據(jù)所述延遲時間和所述聲音強度，確定聲源位置。
[0052]圖2是本發(fā)明實施例提供的移動終端實現(xiàn)聲源定位的方法原理框圖，如圖2所示，包括:聲源信息存儲模塊、聲源信息采集模塊、聲源信息計算處理模塊、聲源位置顯示模塊和多終端定位網(wǎng)絡(luò)陣列互聯(lián)模塊。其中:
[0053]所述聲源信息存儲模塊預先存儲特定聲源的的聲源信息，即特定聲源的原始數(shù)據(jù)，并將所述特定聲源的原始數(shù)據(jù)作為定位聲源的基礎(chǔ)分析比對數(shù)據(jù)。
[0054]所述聲源信息采集模塊在移動終端上的聲源定位應(yīng)用開啟后，利用麥克陣列，采集外部聲音信息。其中，所述聲源信息采集模塊的麥克陣列至少包含2個麥克，分布在同一移動終端的不同位置或分布在至少2個移動終端的不同位置。
[0055]所述聲源信息計算處理模塊通過對所述外部聲音信息進行分析，確定目標聲源信息，并根據(jù)麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，計算聲源位置。也就是說，所述聲源信息計算處理模塊針對麥克陣列采集的外部聲源信息，對聲音進行計算處理，并與預先存儲的對比聲源進行比對分析等處理，從而確定聲源位置。具體地，所述聲源信息計算處理模塊包括:聲源分析子模塊、聲源比較子模塊、聲源確定子模塊、時延估計子模塊、聲源定位子模塊。所述聲源分析子模塊通過對所述外部聲音信息進行聲源特征提取和濾波消噪處理，得到包含聲音強度和聲音頻率的聲源信息，所述聲源比較子模塊將所述聲源信息的聲音頻率與預存聲源信息的聲音頻率進行比較，當所述聲源信息的聲音頻率與預存聲源信息的聲音頻率匹配時，所述聲源確定子模塊確定所述聲源信息是目標聲源信息，所述時延估計子模塊利用所述外部聲音到達所述麥克陣列中每個麥克的時間，確定所述麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，所述聲源定位子模塊根據(jù)所述延遲時間和所述聲音強度，確定聲源位置。
[0056]所述聲源位置顯示模塊根據(jù)對所采集的外部聲源信息的計算處理結(jié)果，將聲源位置的定位信息顯示在移動終端的屏幕上，從而實現(xiàn)聲源定位的全過程。
[0057]所述多終端定位網(wǎng)絡(luò)陣列互聯(lián)模塊用于使移動終端之間實現(xiàn)互聯(lián)，從而利用多個移動終端形成麥克陣列，實現(xiàn)聲音定位的方法。
[0058]所述裝置的工作流程包括以下步驟:
[0059]第一步、要實現(xiàn)特定聲源的定位，需要針對特定聲源的特征進行提取，包括特定聲源的聲音頻率、聲音強度、音質(zhì)等具體特征，所以，用戶首先要將特定聲源的原始數(shù)據(jù)存儲到聲源信息存儲模塊。其中，所述特定聲源的原始數(shù)據(jù)可以是特定聲源以前的錄音。
[0060]第二步、用戶在移動終端上開啟聲源定位功能，聲源信息采集模塊就開始通過麥克采集外部聲源信息。
[0061]第三步、移動終端上的聲源信息計算處理模塊針對采集的外部聲源信息，進行提取、分析、比對處理，確定目標聲源信息，從而進一步計算得出目標聲源的具體位置。
[0062]確定目標聲源信息后，計算目標聲源具體位置的基本原理和實現(xiàn)方案可以參考以下內(nèi)容:
[0063]1、從各種不同頻率的聲音中解析發(fā)現(xiàn)特定的聲音，如從一定的環(huán)境噪聲背景中找到特定聲源所發(fā)出的聲音。
[0064]2、獲得聲音到達麥克陣列的端點，即端點檢測。
[0065]3、聽覺系統(tǒng)根據(jù)聲音到達麥克的時間差，判斷出聲源的方向和位置。
[0066]根據(jù)上述人耳聽覺的機理，聲源定位器需要實現(xiàn)聲音的噪音過濾、端點檢測及方位距離算法等問題，其中:
[0067]1、對于聲音的噪音過濾和端點檢測，可以通過常用的“雙門限法”、“小波包域值”
等算法實現(xiàn)。
[0068]2、對于方位距離算法，以圖3的聲源定位計算示意圖為例進行說明，如圖3所示，參考模型算法系統(tǒng)中共使用了 3個麥克，分別位于水平面上的等邊三角形的三個頂點。借助于端點檢測，可獲取聲音到達各個麥克時對應(yīng)的不同計數(shù)值n，由于t=n/f，其中，t為聲音傳播時間，f為采樣頻率，從而得到時延估計。經(jīng)過前端的信號預處理工作，再充分利用聲源傳播中的先驗信息，基于空間幾何知識建立的算法模型，保證定位精度達到應(yīng)用要求。
[0069]圖3僅給出了其中一種情況，當使用2個、4個，或更多個麥克形成麥克陣列進行定位時，只要麥克陣列中的各個麥克之間形成一定的角度，也可以實現(xiàn)定位。
[0070]第四步、聲源位置顯示模塊根據(jù)定位的具體位置，將目標聲源的位置顯示在移動終端的屏幕上，具體地，可以根據(jù)GPS地圖直接顯示地理位置，也可以顯示相對方位坐標坐寸ο
[0071]可見，本發(fā)明通過移動終端獲取特定的聲源信息，然后利用移動終端處理系統(tǒng)，采用特定算法對聲源進行過濾、分析比對處理，然后根據(jù)聲源到達麥克陣列的延遲對特定的聲源進行定位計算。
[0072]圖4是本發(fā)明實施例提供的手機實現(xiàn)聲源定位的流程圖，如圖4所示，步驟包括:
[0073]步驟401、聲源信息存儲模塊收集聲源以前的錄音作為原始數(shù)據(jù)，即原始比對音源，存儲到手機存儲器的特定位置。
[0074]步驟402、聲源信息采集模塊通過手機麥克，對一定范圍內(nèi)的外部聲源信息進行采集。
[0075]步驟403、聲源信息計算處理模塊針對采集的外部聲源頻率、強度、音質(zhì)等具體特征，進行提取、分析、比對處理，最終根據(jù)計算得出目標聲源的具體位置。
[0076]步驟404、聲源位置顯示模塊根據(jù)具體定位結(jié)果，將聲源的具體位置顯示在手機屏幕上。
[0077]如果利用智能機系統(tǒng)來實現(xiàn)特定聲源的定位，軟件實現(xiàn)算法可以在智能操作系統(tǒng)上實現(xiàn)。用戶可以方便的采用隨身的手機，來實現(xiàn)所需聲源的定位，填補了目前缺少的大眾可用的聲源定位裝置的空白，提高了手機的功能和效用。
[0078]具體實施例1
[0079]本發(fā)明通過一個手機的雙/多麥克系統(tǒng)來收集外部聲源信息，由雙/多麥克形成麥克陣列。通過對所采集的外部聲源信息依次進行提取聲音強度、聲音頻率的處理、濾波消噪處理、與手機上的預存聲源信息進行比對處理，得到相似度大于門限值的目標聲源信息。結(jié)合目前已成為智能手機標配的GPS定位功能，實現(xiàn)目標聲源定位。
[0080]具體實施例2
[0081]本發(fā)明可以通過多個手機來收集外部聲源信息，這時每個手機充當一個麥克的角色，從而由多個手機形成麥克陣列。通過結(jié)合多個手機的GPS定位功能，以及使多個手機互聯(lián)的手機wif1-dicrect功能和/或PS域互聯(lián)功能，形成更為強大的定位陣列網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對目標聲源的更大范圍的定位搜索。也就是說，本發(fā)明利用目前智能手機GPS定位、手機wif1-direct.PS域互聯(lián)，實現(xiàn)多部手機的互聯(lián)，形成多手機麥克陣列的網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)，進一步提聞聲源定位范圍和功能。
[0082]綜上所述，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0083]本發(fā)明不需要額外的增加射頻、超聲波等主動發(fā)射器件，通過移動終端固有的麥克系統(tǒng)，結(jié)合聲學定位原理，實現(xiàn)對特定聲源的位置定位，比如失蹤兒童、犯罪分子跟蹤定位以及其他危險物品定位等場景。
[0084]盡管上文對本發(fā)明進行了詳細說明，但是本發(fā)明不限于此，本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的原理進行各種修改。因此，凡按照本發(fā)明原理所作的修改，都應(yīng)當理解為落入本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種移動終端實現(xiàn)聲源定位的方法，其特征在于，包括: 利用麥克陣列，米集外部聲音信息； 通過對所述外部聲音信息進行分析，確定目標聲源信息； 根據(jù)麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，計算目標聲源位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述麥克陣列中至少包含2個麥克，分布在同一移動終端的不同位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述麥克陣列中至少包含2個麥克，分布在至少2個移動終端的不同位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的方法，其特征在于，所述的通過對所述外部聲音信息進行分析，確定目標聲源信息的步驟包括: 通過對所述外部聲音信息進行聲源特征提取和濾波消噪處理，得到包含聲音強度和聲音頻率的聲源信息； 將所述聲源信息的聲音頻率與預存聲源信息的聲音頻率進行比較，若匹配，則確定所述聲源信息是目標聲源信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，計算目標聲源位置的步驟包括: 利用所述外部聲音到達所述麥克陣列中每個麥克的時間，確定所述麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間； 根據(jù)所述延遲時間和所述聲音強度，確定目標聲源位置。
6.一種移動終端實現(xiàn)聲源定位的裝置，其特征在于，包括: 聲源信息采集模塊，用于利用其麥克陣列，采集外部聲音信息； 聲源信息計算處理模塊，用于通過對所述外部聲音信息進行分析，確定目標聲源信息，并根據(jù)麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間，計算目標聲源位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述麥克陣列中至少包含2個麥克，分布在同一移動終端的不同位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述麥克陣列中至少包含2個麥克，分布在至少2個移動終端的不同位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8任意一項所述的裝置，其特征在于，所述聲源信息計算處理模塊包括: 聲源分析子模塊，用于通過對所述外部聲音信息進行聲源特征提取和濾波消噪處理，得到包含聲音強度和聲音頻率的聲源信息； 聲源比較子模塊，用于將所述聲源信息的聲音頻率與預存聲源信息的聲音頻率進行比較； 聲源確定子模塊，用于當所述聲源信息的聲音頻率與預存聲源信息的聲音頻率匹配時，確定所述聲源信息是目標聲源信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述聲源信息計算處理模塊還包括: 時延估計子模塊，用于利用所述外部聲音到達所述麥克陣列中每個麥克的時間，確定所述麥克陣列采集所述目標聲源信息的延遲時間； 聲源定位子模塊，用于根據(jù)所述延遲時間和所述聲音強度，確定目標聲源位置。
【文檔編號】G01S5/22GK104422922SQ201310360514
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】王曦 申請人:中興通訊股份有限公司