本發(fā)明涉及麥克風(fēng)語音增強及降噪領(lǐng)域，特別涉及一種聲源方向判斷裝置、方法及麥克風(fēng)指向性調(diào)節(jié)系統(tǒng)、方法。

背景技術(shù)：

麥克風(fēng)陣列是指由兩個以上麥克風(fēng)，按照特定的空間形狀排列而成。麥克風(fēng)陣列語音增強方法的研究開始于20世紀(jì)80年代，在此之后，各國學(xué)者逐漸根據(jù)噪聲的不同情況，提出基于麥克風(fēng)陣列的語音增強算法?，F(xiàn)有技術(shù)中的麥克風(fēng)語音增強及降噪系統(tǒng)中，由于無法準(zhǔn)確判斷聲源方向，麥克風(fēng)陣列指向性固定，即，產(chǎn)品應(yīng)用過程中，麥克風(fēng)陣列指向固定到默認(rèn)聲源位置。然而，當(dāng)聲源相對位置時常變化時，麥克風(fēng)接收的信號會出現(xiàn)忽強忽弱的現(xiàn)象。如應(yīng)用智能手表通話時，佩戴在左手或右手，或者受胳膊活動的影響，在某些位置講話時麥克風(fēng)無法很好地接收聲音信號，對方聽到的聲音會較小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種聲源方向判斷裝置、方法及麥克風(fēng)指向性調(diào)節(jié)系統(tǒng)、方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于無法準(zhǔn)確判斷聲源方向，只能將麥克風(fēng)陣列指向固定到默認(rèn)聲源位置，不能很好地接收信號的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一方面，本發(fā)明提供一種聲源方向判斷裝置，包括：噪聲濾除單元、方向計算單元，以及由對稱地分布在X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向的三對麥克風(fēng)構(gòu)成的麥克風(fēng)陣列，所述三對麥克風(fēng)通過XYZ軸結(jié)合件彼此固定；

所述麥克風(fēng)陣列接收聲源的聲波信號，并將接收的聲波信號傳輸至所述噪聲濾除單元；

所述噪聲濾除單元濾除接收的聲波信號中聲源所在頻段之外頻段的噪聲信號，并將濾除噪聲信號之后的聲波信號發(fā)送給所述方向計算單元；

所述方向計算單元根據(jù)已濾除噪聲信號的聲波信號計算聲源的方向坐標(biāo)，，根據(jù)聲源的方向坐標(biāo)判斷出聲源方向。

可選地，假設(shè)經(jīng)所述噪聲濾除單元濾除噪聲信號后，所述方向計算單元接收的所述麥克風(fēng)陣列的每個麥克風(fēng)的聲波信號的聲壓值分別為：P_x+，P_x-，P_y+、P_y-、P_z+和P_z-，所述方向計算單元計算X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲壓差絕對值|P_x+-P_x-|、|P_y+-P_y-|和|P_z+-P_z-|的值，并初判聲源位置：

若其中至少一個值大于設(shè)定閾值，則判斷聲源為近距離聲源；若三個值都小于設(shè)定閾值，則判斷聲源為遠距離聲源。

可選地，在判斷聲源為近距離聲源時，所述方向計算單元根據(jù)X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲壓差，計算出所述聲源的方向坐標(biāo)為(P_x+-P_x-，P_y+-P_y-，P_z+-P_z-)。

可選地，在判斷聲源為遠距離聲源時，所述方向計算單元對接收的所述麥克風(fēng)陣列的每個麥克風(fēng)的聲波信號獲取時間序列函數(shù)分別為X₊(t)、X_-(t)、Y₊(t)、Y_-(t)、Z₊(t)和Z_-(t)；

所述方向計算單元根據(jù)X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲波信號的時間序列函數(shù)的相關(guān)性，計算出所述聲源的方向坐標(biāo)為(cor X，cor Y，cor Z)，其中，

$corX=|{\Σ}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{X}_{+}(t-L/c)\×X_{-}\left(t\right)|-|{\Σ}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{X}_{+}\left(t\right)\×X_{-}(t-L/c)|,$

$corY=|{\Σ}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{Y}_{+}(t-L/c)\×Y_{-}\left(t\right)|-|{\Σ}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{Y}_{+}\left(t\right)\×Y_{-}(t-L/c)|,$

$corZ=|{\mathrm{\Σ}}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{Z}_{+}(t-L/c)\×Z_{-}\left(t\right)|-|{\mathrm{\Σ}}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{Z}_{+}\left(t\right)\×Z_{-}(t-L/c)|,$

L是X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向上每對麥克風(fēng)之間的距離，c是聲波在空氣中的傳播速度。

另一方面，本發(fā)明還提供一種麥克風(fēng)指向性調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括指向性調(diào)節(jié)單元和上述的聲源方向判斷裝置，

所述指向性調(diào)節(jié)單元獲取所述聲源方向判斷裝置計算出的聲源的方向坐標(biāo)，調(diào)整所述麥克風(fēng)陣列的波束指向，使其指向聲源的方向坐標(biāo)。

另一方面，本發(fā)明還提供一種聲源方向判斷方法，在X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向?qū)ΨQ地設(shè)置三對麥克風(fēng)，所述三對麥克風(fēng)通過XYZ軸結(jié)合件彼此固定，由該三對麥克風(fēng)構(gòu)成麥克風(fēng)陣列接收聲源的聲波信號；

濾除接收的聲波信號中聲源所在頻段之外頻段的噪聲信號；

根據(jù)已濾除噪聲信號的聲波信號計算聲源的方向坐標(biāo)，根據(jù)聲源的方向坐標(biāo)判斷出聲源方向。

可選地，假設(shè)濾除噪聲信號后，所述麥克風(fēng)陣列的每個麥克風(fēng)的聲波信號的聲壓值分別為：P_x+，P_x-，P_y+、P_y-、P_z+和P_z-，計算X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲壓差絕對值|P_x+-P_x-|、|P_y+-P_y-|和|P_z+-P_z-|的值，并初判聲源位置：

若其中至少一個值大于設(shè)定閾值，則判斷聲源為近距離聲源；若三個值都小于設(shè)定閾值，則判斷聲源為遠距離聲源。

可選地，在判斷聲源為近距離聲源時，根據(jù)X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲壓差，計算出所述聲源的方向坐標(biāo)為(P_x+-P_x-，P_y+-P_y-，P_z+-P_z-)。

可選地，在判斷聲源為遠距離聲源時，獲取所述麥克風(fēng)陣列的每個麥克風(fēng)接收的聲波信號的時間序列函數(shù)分別為X₊(t)、X_-(t)、Y₊(t)、Y_-(t)、Z₊(t)和Z_-(t)；

根據(jù)X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲波信號的時間序列函數(shù)的相關(guān)性，計算出所述聲源的方向坐標(biāo)為(cor X，cor Y，cor Z)，其中，

$corX=|{\Σ}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{X}_{+}(t-L/c)\×X_{-}\left(t\right)|-|{\Σ}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{X}_{+}\left(t\right)\×X_{-}(t-L/c)|,$

$corY=|{\Σ}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{Y}_{+}(t-L/c)\×Y_{-}\left(t\right)|-|{\Σ}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{Y}_{+}\left(t\right)\×Y_{-}(t-L/c)|,$

$corZ=|{\mathrm{\Σ}}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{Z}_{+}(t-L/c)\×Z_{-}\left(t\right)|-|{\mathrm{\Σ}}_{t=T}^{T+\mathrm{\Δ}t}{Z}_{+}\left(t\right)\×Z_{-}(t-L/c)|,$

L是X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向上每對麥克風(fēng)之間的距離，c是聲波在空氣中的傳播速度。

另一方面，本發(fā)明還提供一種麥克風(fēng)指向性調(diào)節(jié)方法，在X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向?qū)ΨQ地設(shè)置三對麥克風(fēng)，所述三對麥克風(fēng)通過XYZ軸結(jié)合件彼此固定，由該三對麥克風(fēng)構(gòu)成麥克風(fēng)陣列接收聲源的聲波信號；

濾除接收的聲波信號中聲源所在頻段之外頻段的噪聲信號；

根據(jù)已濾除噪聲信號的聲波信號計算聲源的方向坐標(biāo)，根據(jù)聲源的方向坐標(biāo)判斷出聲源方向；

調(diào)整所述麥克風(fēng)陣列的波束指向，使其指向聲源的方向坐標(biāo)。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過在X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向?qū)ΨQ地設(shè)置三對麥克風(fēng)，該三對麥克風(fēng)通過XYZ軸結(jié)合件彼此固定，由該三對麥克風(fēng)構(gòu)成麥克風(fēng)陣列，利用該麥克風(fēng)陣列接收的聲源的聲波信號計算聲源的方向坐標(biāo)，判斷聲源方向。由于該麥克風(fēng)陣列由X軸、Y軸和Z軸正負(fù)方向的三對麥克風(fēng)組成，因此可以將聲源的聲波信號分解到X軸、Y軸和Z軸方向上進行計算，計算方法簡單，且能夠較快速地初判出聲源為近距離聲源或遠距離聲源，進而準(zhǔn)確地確定出聲源的方向。本發(fā)明進一步根據(jù)聲源的方向坐標(biāo)調(diào)整所述麥克風(fēng)陣列的波束指向，使其指向聲源的方向坐標(biāo)，控制麥克風(fēng)陣列只接受聲源方向出射的聲波，能夠較好地接收語音信號，實現(xiàn)較好的語音增強和降噪效果，保證語音通信的有效性和可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一的聲源方向判斷裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明實施例一的麥克風(fēng)陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例三的麥克風(fēng)指向性調(diào)節(jié)系統(tǒng)的示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例四的聲源方向判斷方法的流程圖；

圖5是本發(fā)明實施例五的麥克風(fēng)指向性調(diào)節(jié)方法的流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思是：在X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向的對稱地設(shè)置三對麥克風(fēng)，由該三對麥克風(fēng)構(gòu)成麥克風(fēng)陣列，利用該麥克風(fēng)陣列接收的聲源的聲波信號計算聲源的方向坐標(biāo)，判斷聲源方向。由于麥克風(fēng)陣列由X軸、Y軸、Z軸正負(fù)方向的三對麥克風(fēng)組成，因此可以將聲源的聲波信號分解到X軸、Y軸和Z軸方向，便于方向計算單元的計算，且能夠較快速地初判出聲源為近距離聲源或遠距離聲源，進而準(zhǔn)確地確定出聲源的方向。再根據(jù)聲源的方向坐標(biāo)調(diào)整麥克風(fēng)陣列的波束指向，使其指向聲源的方向坐標(biāo)，控制麥克風(fēng)陣列只接受聲源方向出射的聲波，從而較好地接收語音信號，實現(xiàn)較好的語音增強和降噪效果，保證語音通信的有效性和可靠性。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種聲源方向判斷裝置100，包括：噪聲濾除單元110、方向計算單元130，以及由圖2所示的對稱地分布在X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向的三對麥克風(fēng)構(gòu)成的麥克風(fēng)陣列120。三對麥克風(fēng)11-16通過XYZ軸結(jié)合件2彼此固定。具體地，方向計算單元130例如可以是DSP芯片。

麥克風(fēng)陣列120接收聲源的聲波信號，并將接收的聲波信號傳輸至噪聲濾除單元110；

噪聲濾除單元110濾除接收的聲波信號中聲源所在頻段(300Hz～3.4kHz)之外頻段的噪聲信號，僅保留300Hz～3.4kHz頻段內(nèi)的語音信號，并將濾除噪聲信號之后的聲波信號發(fā)送給方向計算單元130。

方向計算單元130已濾除噪聲信號的聲波信號計算聲源的方向坐標(biāo)，根據(jù)聲源的方向坐標(biāo)判斷出聲源方向。

假設(shè)經(jīng)所述噪聲濾除單元濾除噪聲信號后，方向計算單元接收的麥克風(fēng)陣列120的每個麥克風(fēng)的聲波信號的聲壓值分別為：P_x+，P_x-，P_y+、P_y-、P_z+和P_z-，方向計算單元130計算X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲壓差絕對值|P_x+-P_x-|，|P_y+-P_y-|，|P_z+-P_z-|的值并初判聲源位置：

若其中至少一個值大于設(shè)定閾值，則判斷聲源為近距離聲源；若三個值都小于設(shè)定閾值，則判斷聲源為遠距離聲源。

需要說明的是，上述的設(shè)定閾值例如可以是1E-5、1E-6等，對于近距離聲源，聲波的聲壓會隨距離的增大明顯衰減，|P_x+-P_x-|，|P_y+-P_y-|，|P_z+-P_z-|中至少有一個值大于該設(shè)定閾值；對于遠距離聲源，聲波近似平面波，聲壓隨距離變化不明顯，|P_x+-P_x-|，|P_y+-P_{y_}|，|P_z+-P_{z_}|中三個值都小于設(shè)定閾值。

在判斷聲源為近距離聲源時，方向計算單元130根據(jù)X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲壓差，計算出聲源的方向坐標(biāo)為(P_x+-P_x-，P_y+-P_y-，P_z+-P_z-)。具體地，如果聲波從X軸正向入射，則P_x+的值大于P_x-的值，因此P_x->0；如果聲波從X軸負(fù)向入射，則P_x+的值小于P_x-的值，因此P_x+-P_x-<0。同理，如果聲波從Y軸正向入射，P_y+-P_y->0；如果聲波從Z軸正向入射，P_z+-P_z->0。

在判斷聲源為遠距離聲源時，由于P_x+-P_x-，P_y+-P_y-，P_z+-P_z-的值都近似等于零，無法根據(jù)與近距離聲源相同的方法來判斷聲源的方向坐標(biāo)。此時采用相關(guān)運算來計算聲源的方向坐標(biāo)，首先方向計算單元130對接收的麥克風(fēng)陣列120的每個麥克風(fēng)聲波信號獲取時間序列函數(shù)分別為X₊(t)、X_-(t)、Y₊(t)、Y_-(t)、Z₊(t)和Z_-(t)；方向計算單元130根據(jù)X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲波信號的時間序列函數(shù)的相關(guān)性，計算出聲源的方向坐標(biāo)為

(cor X，cor Y，cor Z)，其中，

$corX=|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{X}_{+}(t-L/c)\&times;X_{-}\left(t\right)|-|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{X}_{+}\left(t\right)\&times;X_{-}(t-L/c)|,$

$corY=|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Y}_{+}(t-L/c)\&times;Y_{-}\left(t\right)|-|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Y}_{+}\left(t\right)\&times;Y_{-}(t-L/c)|,$

$corZ=|{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Z}_{+}(t-L/c)\&times;Z_{-}\left(t\right)|-|{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Z}_{+}\left(t\right)\&times;Z_{-}(t-L/c)|,$

L是X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向上每對麥克風(fēng)之間的距離，在本發(fā)明實施例中，L的范圍是0～2cm，c是聲波在空氣中的傳播速度。

具體地，如果聲源在Y軸或Z軸上，X軸上的一對麥克風(fēng)的時間序列函數(shù)X₊(t)、X_-(t)相同，因此與的值相同，即cor X＝0。同理，如果聲源在X軸或Z軸上，cor Y＝0；如果聲源在X軸或Y軸上，cor Z＝0。

如果聲波從X軸正向入射，X₊(t)延時L/c的時間與X_{_}(t)的相關(guān)性最大，如果聲波從X軸負(fù)向入射，X軸上一對麥克風(fēng)的聲波信號X-(t)延時L/c的時間與X₊(t)的相關(guān)性最大。因此，當(dāng)聲波從X軸正向入射，在有限時間序列[T,T+Δt]內(nèi)，的值大于的值，即cor X>0。當(dāng)聲波從X軸負(fù)向入射，在有限時間序列[T,T+Δt]內(nèi)，的值大于的值最大，即cor X<0。對于聲波從Y軸正負(fù)向、Z軸正負(fù)向入射也是類似的原理。

在本發(fā)明實施例中，X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向上每對麥克風(fēng)之間的距離均相等，當(dāng)然也可設(shè)置為不全相等，對于近距離聲源，聲源方向坐標(biāo)的計算結(jié)果不受影響，對于遠距離聲源，可根據(jù)類似的原理推導(dǎo)出聲源方向坐標(biāo)的計算公式。

實施例二

在本發(fā)明實施例二中，為了減小方向計算單元的運算量，可根據(jù)麥克風(fēng)陣列的使用場合，預(yù)先判斷麥克風(fēng)陣列接收的聲波是來自近距離聲源還是遠距離聲源，在不同使用場合的麥克風(fēng)陣列中，分別在方向計算單元中預(yù)先存儲近距離聲源和遠距離聲源對應(yīng)的算法程序。如果在大多數(shù)使用場合下，麥克風(fēng)陣列接收的聲波都是來自近距離聲波，那么方向計算單元中的算法程序預(yù)先存儲為根據(jù)聲壓值計算聲源的方向坐標(biāo)，即坐標(biāo)為(P_x+-P_x-，P_y+-P_y-，P_z+-P_z-)。如果在大多數(shù)使用場合下，麥克風(fēng)陣列接收的聲波都是來自遠距離聲波，那么方向計算單元中的算法程序預(yù)先存儲為采用相關(guān)運算計算聲源的方向坐標(biāo)，即坐標(biāo)為(cor X，cor Y，cor Z)，其中，

$corX=|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{X}_{+}(t-L/c)\&times;X_{-}\left(t\right)|-|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{X}_{+}\left(t\right)\&times;X_{-}(t-L/c)|,$

$corY=|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Y}_{+}(t-L/c)\&times;Y_{-}\left(t\right)|-|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Y}_{+}\left(t\right)\&times;Y_{-}(t-L/c)|,$

$corZ=|{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Z}_{+}(t-L/c)\&times;Z_{-}\left(t\right)|-|{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Z}_{+}\left(t\right)\&times;Z_{-}(t-L/c)|.$

預(yù)先判斷麥克風(fēng)陣列接收的聲波是來自近距離聲源還是遠距離聲源時，可以根據(jù)常用的一個經(jīng)驗公式：r＝2L²/λ，式中L為X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向上每對麥克風(fēng)之間的距離，λ為聲波的波長。聲源到麥克風(fēng)陣列的距離大于r時為遠距離聲源，反之則為近距離聲源。在本發(fā)明實施例中，語音信號的頻率為300Hz～3.4kHz，即語音信號的波長λ的最小值是10cm，如果L取2cm，則計算可知r的最大值是0.8cm。

因此，一般來說，對于耳機中內(nèi)置的麥克風(fēng)，接收的聲波一般來自近距離聲源，在其方向計算單元中可以預(yù)先只存儲一種針對近距離聲源的算法程序，即根據(jù)聲壓值計算聲源的方向坐標(biāo)，坐標(biāo)為(P_x+-P_x-，P_y+-P_y-，P_z+-P_z-)。對于放置在桌面上使用的麥克風(fēng)，接收的聲波一般來自遠距離聲源，在其方向計算單元中可以預(yù)先只存儲一種針對遠距離聲源的算法程序，即采用相關(guān)運算計算聲源的方向坐標(biāo)，坐標(biāo)為(cor X，cor Y，cor Z)。

當(dāng)然，為了進一步提高麥克風(fēng)語音通信的可靠性，也可在一種麥克風(fēng)陣列中同時存儲近距離聲源和遠距離聲源對應(yīng)的算法程序。例如，對于耳機中內(nèi)置的麥克風(fēng)，一般使用場合下其接收的聲波來自近距離聲源，如果某些情況下講話者離麥克風(fēng)距離較遠時，用經(jīng)驗公式r＝2L²/λ判斷出為遠距離聲源時，可以利用遠距離聲源對應(yīng)的算法程序調(diào)整麥克風(fēng)陣列指向性。

本發(fā)明實施例二的其他內(nèi)容與實施例一類似，此處不再贅述。

實施例三

如圖3所示，本發(fā)明實施例還提供一種麥克風(fēng)指向性調(diào)節(jié)系統(tǒng)200，包括聲源方向判斷裝置210和指向性調(diào)節(jié)單元220。

在本發(fā)明實施例中，聲源方向判斷裝置210和實施例一中的聲源方向判斷裝置100相同，此處不再贅述。

指向性調(diào)節(jié)單元220獲取聲源方向判斷裝置210計算出的聲源的方向坐標(biāo)，調(diào)整麥克風(fēng)的波束指向，使其指向聲源的方向坐標(biāo)。在調(diào)整麥克風(fēng)的波束指向時，根據(jù)需要可以僅調(diào)整部分麥克風(fēng)也可以調(diào)整全部麥克風(fēng)，以控制麥克風(fēng)陣列120的波束精確指向聲源。

在本發(fā)明實施例中，麥克風(fēng)陣列是指按一定距離排列放置的一組麥克風(fēng)，麥克風(fēng)陣列的波束可以經(jīng)由特殊電路或程序算法軟件控制,使其指向聲源方向而加強音頻采集效果。麥克風(fēng)陣列算法處理后的指向性波束形成技術(shù)能精確的形成一個錐狀窄波束，只接受聲源方向出射的聲波，同時抑制環(huán)境中的噪音與干擾。通過算法控制，方向計算單元在計算出聲源的方向坐標(biāo)之后可以將波束指向聲源，可以顯著降低周邊環(huán)境噪聲及回聲的影響，實現(xiàn)較好的語音增強和降噪效果，保證語音通信的有效性和可靠性。

實施例四

如圖4所示，本發(fā)明實施例提供一種聲源方向判斷方法，包括以下步驟：

步驟S310：在X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向?qū)ΨQ地設(shè)置三對麥克風(fēng)，所述三對麥克風(fēng)通過XYZ軸結(jié)合件彼此固定，由該三對麥克風(fēng)構(gòu)成麥克風(fēng)陣列接收聲源的聲波信號。

步驟S320：濾除接收的聲波信號中聲源所在頻段之外頻段的噪聲信號；

步驟S330：根據(jù)已濾除噪聲信號的聲波信號計算聲源的方向坐標(biāo)，，根據(jù)聲源的方向坐標(biāo)判斷出聲源方向。

在本發(fā)明的實施例中，步驟330具體還包括：

假設(shè)濾除噪聲信號后，麥克風(fēng)陣列的每個麥克風(fēng)的聲波信號的聲壓值分別為：P_x+，P_x-，P_y+、P_y-、P_z+和P_z-，計算X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲壓差絕對值|P_x+-P_x-|，|P_y+-P_y-|，|P_z+-P_z-|的值，并初判聲源位置：

若其中至少一個值大于設(shè)定閾值，則判斷聲源為近距離聲源；若三個值都小于設(shè)定閾值，則判斷聲源為遠距離聲源。

在本發(fā)明的實施例中，步驟330具體還包括：

在判斷聲源為近距離聲源時，，根據(jù)X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲壓差，計算出聲源的方向坐標(biāo)為(P_x+-P_x-，P_y+-P_y-，P_z+-P_z-)。

在本發(fā)明的實施例中，步驟330具體還包括：

在判斷聲源為遠距離聲源時，獲取麥克風(fēng)陣列的每個麥克風(fēng)接收的聲波信號的時間序列函數(shù)分別為X₊(t)、X_-(t)、Y₊(t)、Y_-(t)、Z₊(t)和Z_-(t)；

根據(jù)X軸、Y軸和Z軸三個方向的聲波信號的時間序列函數(shù)的相關(guān)性，計算出聲源的方向坐標(biāo)為(cor X，cor Y，cor Z)，其中，

$corX=|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{X}_{+}(t-L/c)\&times;X_{-}\left(t\right)|-|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{X}_{+}\left(t\right)\&times;X_{-}(t-L/c)|,$

$corY=|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Y}_{+}(t-L/c)\&times;Y_{-}\left(t\right)|-|{\&Sigma;}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Y}_{+}\left(t\right)\&times;Y_{-}(t-L/c)|,$

$corZ=|{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Z}_{+}(t-L/c)\&times;Z_{-}\left(t\right)|-|{\mathrm{\&Sigma;}}_{t=T}^{T+\mathrm{\&Delta;}t}{Z}_{+}\left(t\right)\&times;Z_{-}(t-L/c)|,$

L是X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向上每對麥克風(fēng)之間的距離，c是聲波在空氣中的傳播速度。

實施例五

如圖5所示，本發(fā)明實施例還提供一種麥克風(fēng)指向性調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

步驟S410：在X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向?qū)ΨQ地設(shè)置三對麥克風(fēng)，所述三對麥克風(fēng)通過XYZ軸結(jié)合件彼此固定，由該三對麥克風(fēng)構(gòu)成麥克風(fēng)陣列接收聲源的聲波信號。

步驟S420：濾除接收的聲波信號中聲源所在頻段之外頻段的噪聲信號。

步驟S430：根據(jù)已濾除噪聲信號的聲波信號計算聲源的方向坐標(biāo)，根據(jù)聲源的方向坐標(biāo)判斷出聲源方向。

步驟S440：調(diào)整所述麥克風(fēng)陣列的波束指向，使其指向聲源的方向坐標(biāo)。

在本發(fā)明實施例中，步驟S410、步驟S420、步驟S430分別與實施例四的步驟S310、步驟S320、步驟S330對應(yīng)相同，此處不再贅述。

綜上所述，本發(fā)明實施例的有益效果是：本發(fā)明實施例一至五提供了一種聲源方向判斷裝置、方法及麥克風(fēng)指向性調(diào)節(jié)系統(tǒng)、方法，通過在X軸正負(fù)方向、Y軸正負(fù)方向和Z軸正負(fù)方向?qū)ΨQ地設(shè)置三對麥克風(fēng)，該三對麥克風(fēng)通過XYZ軸結(jié)合件彼此固定，由該三對麥克風(fēng)構(gòu)成麥克風(fēng)陣列，利用該麥克風(fēng)陣列接收的聲源的聲波信號計算聲源的方向坐標(biāo)，判斷聲源方向。由于麥克風(fēng)陣列由X軸、Y軸和Z軸正負(fù)方向的三對麥克風(fēng)組成，因此可以將聲源的聲波信號分解到X軸、Y軸和Z軸方向上進行計算，計算方法簡單，且能夠較快速地初判出聲源為近距離聲源或遠距離聲源，進而，進而準(zhǔn)確地確定出聲源的方向。本發(fā)明實施例進一步根據(jù)聲源的方向坐標(biāo)調(diào)整所述麥克風(fēng)陣列的波束指向，使其指向聲源的方向坐標(biāo)，控制麥克風(fēng)陣列只接受聲源方向出射的聲波，能夠較好地接收語音信號，實現(xiàn)較好的語音增強和降噪效果，保證語音通信的有效性和可靠性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。