一种基于无线声学传感器的阵列拾音系统及方法与流程

1.本发明涉及拾音系统，具体涉及一种基于无线声学传感器的阵列拾音系统及方法。


背景技术：

2.录制高质量的语音信号对语音识别等语音分析方法有着重要作用，传统采用单麦克风录音的方式在远距离高噪声环境下，录音质量急剧下降，这极大限制了语音分析方法的应用场景。因此手机上的语音输入法和语音搜索等应用必须保证说话人离手机话筒的距离足够近，这种拾音环境都归为近场拾音。
3.使用麦克风阵列录音能够利用多通道的语音信号数据来抑制噪声，增强目标语音信号。所以在远场拾音中，麦克风阵列成为必不可少的拾音设备。麦克风阵列是由一定数量的麦克风按照某种特定的空间几何分布排列而成的一种语音拾取装置，阵列参数包括：麦克风数目、麦克风阵元间距、麦克风空间分布形式等。
4.所谓分布式阵列就是将子阵元或子阵列布局到更大的范围内，相互之间通过有线或者无线的方式进行数据交换、共享。分布式麦克风阵列是麦克风阵列与分布式系统相结合的产物，在系统特点上与无线传感网络类似，同时又具有麦克风阵列语音拾取的功能，所以相比常规麦克风阵列，分布式麦克风阵列的应用更加广泛、灵活。
5.然而，现有拾音系统无法结合麦克风与用户之间的距离对麦克风阵列的信号进行有效降噪处理，导致麦克风阵列的输出信号存在一定程度的噪声信号影响，不能保证输出信号的质量。


技术实现要素：

6.(一)解决的技术问题
7.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于无线声学传感器的阵列拾音系统及方法，能够有效克服现有技术所存在的无法结合麦克风与用户之间的距离对声学传感器阵列输出信号进行有效降噪处理的缺陷。
8.(二)技术方案
9.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
10.一种基于无线声学传感器的阵列拾音系统，包括控制器，阵列分布于空间内用于采集音频信号的信号采集模块，设置于信号采集模块上用于接收用户移动终端无线通信信号的信号接收模块，以及与所述信号接收模块相连的用于判断无线通信信号强度的信号强度分析模块，所述控制器通过无线通信模块接收音频信号、无线通信信号强度；
11.所述控制器与用于根据无线通信信号强度判断对应信号采集模块与用户之间距离的距离判断模块相连，所述控制器与用于输入建立拾音阵列的距离阈值的参数设定模块相连，所述控制器与用于将距离判断模块的判断结果与距离阈值进行对比分析的数据分析模块相连，所述控制器与用于根据对比分析结果对信号采集模块进行控制的拾音控制模块
相连；
12.所述控制器与用于对拾音阵列中各信号采集模块采集音频信号进行预处理的信号预处理模块相连，所述控制器与用于根据距离判断模块的判断结果设定拾音阵列中各信号采集模块的权重因子的权重因子确定模块相连，所述控制器与用于根据距离判断模块的判断结果判断声源到达拾音阵列中各信号采集模块的时间差的时间差确定模块相连，还包括基于权重因子、时间差对预处理信号进行整合的信号处理模块相连。
13.优选地，所述信号强度分析模块分析判断出无线通信信号强度后，将该信号采集模块连同对应信号采集模块的编号打包，通过无线通信模块发送至控制器。
14.优选地，所述距离判断模块根据无线通信信号强度与信号源之间距离的映射关系，得到对应信号采集模块与用户之间的距离。
15.优选地，所述数据分析模块判断信号采集模块与用户之间的距离大于距离阈值时，所述拾音控制模块根据编号查找到对应信号采集模块，并关闭该信号采集模块；
16.否则，所述拾音控制模块根据编号查找到对应信号采集模块，并维持该信号采集模块的开启状态，同时将该信号采集模块加入拾音阵列。
17.优选地，所述信号预处理模块对拾音阵列中各信号采集模块采集的音频信号进行信号去噪、带通滤波。
18.优选地，所述权重因子确定模块将拾音阵列中与用户之间距离越远的信号采集模块对应的权重因子设定越小。
19.优选地，所述信号处理模块以拾音阵列中距离用户最近的信号采集模块采集音频信号的时间轴作为基准时间轴，根据时间差确定模块判断声源到达拾音阵列中各信号采集模块的时间差，将剩余拾音阵列中信号采集模块采集音频信号的时间轴调整至与基准时间轴进行同步处理；
20.所述信号处理模块将同步处理后的音频信号乘以对应的权重因子，并将正常音频信号对应的波峰与波峰、波谷与波谷叠加，噪声信号对应的波峰与波谷进行叠加，得到目标信号。
21.优选地，还包括与所述控制器相连的用于对目标信号进行信号质量分析的信号分析模块。
22.一种基于无线声学传感器的阵列拾音方法，包括以下步骤：
23.s1、接收用户移动终端无线通信信号，根据无线通信信号强度判断阵列分布的各信号采集模块与用户之间的距离；
24.s2、将信号采集模块与用户之间的距离，以及距离阈值进行对比分析，建立用于采集声源音频信号的拾音阵列；
25.s3、对拾音阵列中各信号采集模块采集音频信号进行预处理，并根据信号采集模块与用户之间的距离，设定拾音阵列中各信号采集模块的权重因子、判断声源到达拾音阵列中各信号采集模块的时间差；
26.s4、基于权重因子、时间差对预处理信号进行整合，得到目标信号。
27.优选地，s4中基于权重因子、时间差对预处理信号进行整合，得到目标信号，包括：
28.以拾音阵列中距离用户最近的信号采集模块采集音频信号的时间轴作为基准时间轴，根据时间差确定模块判断声源到达拾音阵列中各信号采集模块的时间差，将剩余拾
音阵列中信号采集模块采集音频信号的时间轴调整至与基准时间轴进行同步处理；
29.将同步处理后的音频信号乘以对应的权重因子，并将正常音频信号对应的波峰与波峰、波谷与波谷叠加，噪声信号对应的波峰与波谷进行叠加，得到目标信号。
30.(三)有益效果
31.与现有技术相比，本发明所提供的一种基于无线声学传感器的阵列拾音系统及方法，通过接收用户移动终端无线通信信号的信号强度来判断信号采集模块与用户之间的距离，并建立用于采集声源音频信号的拾音阵列，同时根据信号采集模块与用户之间的距离，设定拾音阵列中各信号采集模块的权重因子、判断声源到达拾音阵列中各信号采集模块的时间差，并基于权重因子、时间差对预处理信号进行整合，得到目标信号，实现对声学传感器阵列的有效配置，以及对输出信号的有效降噪。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明系统示意图；
34.图2为本发明流程示意图。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.一种基于无线声学传感器的阵列拾音系统，如图1所示，包括控制器，阵列分布于空间内用于采集音频信号的信号采集模块，设置于信号采集模块上用于接收用户移动终端无线通信信号的信号接收模块，以及与信号接收模块相连的用于判断无线通信信号强度的信号强度分析模块，控制器通过无线通信模块接收音频信号、无线通信信号强度。
37.信号强度分析模块分析判断出无线通信信号强度后，将该信号采集模块连同对应信号采集模块的编号打包，通过无线通信模块发送至控制器。
38.控制器与用于根据无线通信信号强度判断对应信号采集模块与用户之间距离的距离判断模块相连，控制器与用于输入建立拾音阵列的距离阈值的参数设定模块相连，控制器与用于将距离判断模块的判断结果与距离阈值进行对比分析的数据分析模块相连，控制器与用于根据对比分析结果对信号采集模块进行控制的拾音控制模块相连。
39.距离判断模块根据无线通信信号强度与信号源之间距离的映射关系，得到对应信号采集模块与用户之间的距离。
40.数据分析模块判断信号采集模块与用户之间的距离大于距离阈值时，拾音控制模块根据编号查找到对应信号采集模块，并关闭该信号采集模块；
41.否则，拾音控制模块根据编号查找到对应信号采集模块，并维持该信号采集模块
的开启状态，同时将该信号采集模块加入拾音阵列。
42.本技术技术方案中，信号采集模块可以采用声学传感器，以构建声学传感器阵列来采集声源音频信号。通过接收用户移动终端无线通信信号的信号强度来判断信号采集模块与用户之间的距离，并借助拾音控制模块对声学传感器阵列进行有效配置，建立用于采集声源音频信号的拾音阵列。
43.控制器与用于对拾音阵列中各信号采集模块采集音频信号进行预处理的信号预处理模块相连，控制器与用于根据距离判断模块的判断结果设定拾音阵列中各信号采集模块的权重因子的权重因子确定模块相连，控制器与用于根据距离判断模块的判断结果判断声源到达拾音阵列中各信号采集模块的时间差的时间差确定模块相连，还包括基于权重因子、时间差对预处理信号进行整合的信号处理模块相连。
44.信号预处理模块对拾音阵列中各信号采集模块采集的音频信号进行信号去噪、带通滤波。
45.权重因子确定模块将拾音阵列中与用户之间距离越远的信号采集模块对应的权重因子设定越小。
46.信号处理模块以拾音阵列中距离用户最近的信号采集模块采集音频信号的时间轴作为基准时间轴，根据时间差确定模块判断声源到达拾音阵列中各信号采集模块的时间差，将剩余拾音阵列中信号采集模块采集音频信号的时间轴调整至与基准时间轴进行同步处理；
47.信号处理模块将同步处理后的音频信号乘以对应的权重因子，并将正常音频信号对应的波峰与波峰、波谷与波谷叠加，噪声信号对应的波峰与波谷进行叠加，得到目标信号。通过这种处理方式，能够实现对目标信号中正常音频信号的有效放大，并且还能够有效抑制目标信号中的噪声信号。
48.本技术技术方案中，还包括与控制器相连的用于对目标信号进行信号质量分析的信号分析模块，并且可以对目标信号进行波形输出展示。
49.一种基于无线声学传感器的阵列拾音系统，如图2所示，包括以下步骤：
50.s1、接收用户移动终端无线通信信号，根据无线通信信号强度判断阵列分布的各信号采集模块与用户之间的距离；
51.s2、将信号采集模块与用户之间的距离，以及距离阈值进行对比分析，建立用于采集声源音频信号的拾音阵列；
52.s3、对拾音阵列中各信号采集模块采集音频信号进行预处理，并根据信号采集模块与用户之间的距离，设定拾音阵列中各信号采集模块的权重因子、判断声源到达拾音阵列中各信号采集模块的时间差；
53.s4、基于权重因子、时间差对预处理信号进行整合，得到目标信号。
54.s4中基于权重因子、时间差对预处理信号进行整合，得到目标信号，包括：
55.以拾音阵列中距离用户最近的信号采集模块采集音频信号的时间轴作为基准时间轴，根据时间差确定模块判断声源到达拾音阵列中各信号采集模块的时间差，将剩余拾音阵列中信号采集模块采集音频信号的时间轴调整至与基准时间轴进行同步处理；
56.将同步处理后的音频信号乘以对应的权重因子，并将正常音频信号对应的波峰与波峰、波谷与波谷叠加，噪声信号对应的波峰与波谷进行叠加，得到目标信号。
57.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。