基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法与流程

1.本发明涉及一种波束成形方法，特别涉及基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法，属于波束成形技术领域。


背景技术：

2.波束成形是天线技术与数字信号处理技术的结合，目的用于定向信号传输或接收。波束成形，并非新名词，其实它是一项经典的传统天线技术。
3.现有的波束形成方法都是基于自由场的转向矢量，通过对各个麦克风采集到的信号进行幅值及相位的调整，对某个指定方向形成波束，提高该方向信号的信噪比。但在混响场里，如较小的封闭室内，往往反射声的能量比直达声的能量还要大，导致方向定位不准，用波束形成取得的信号的信噪比也不如预期。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法，以解决上述背景技术中提出的现有的波束形成方法都是基于自由场的转向矢量，通过对各个麦克风采集到的信号进行幅值及相位的调整，对某个指定方向形成波束，提高该方向信号的信噪比。但在混响场里，如较小的封闭室内，往往反射声的能量比直达声的能量还要大，导致方向定位不准，用波束形成取得的信号的信噪比也不如预期的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法，包括以下步骤：
6.s1：在房间环境的内部摆放一个麦克风阵列；并在阵列不同的角度方向播放测试音源；
7.s2：通过麦克风阵列采集不同角度方向的声信号；计算不同角度方向的转向矢量；
8.s3：更新在波束形成线程里的转向矢量，并利用麦克风阵列实时采集声信号；
9.s4：用已更新的转向矢量对指定音源对象做方向定位，再对指定方向进行波束形成得到输出信号。
10.作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s2中的转向矢量的计算公式如下：
11.x(θn)＝a(θn)s
12.其中：θn为第n个方向，a(θn)为房里第n个方向的转向矢量，s为测试音源，由于每个频点都可以被上述公式表示，所以就简化了频点下标。
13.测试音源从第n个方向到第i个麦克风的传递函数为：
14.ai(θn)＝χ(θn)/s
15.第n个房里的转向矢量为：
16.α(θn)＝[α0(θn)
…ai-1
(θn)]
t
[0017]
i为麦克风在阵列里的数量。
[0018]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0019]
1.本发明基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法，通过预计算的房间转向矢量，更新波束形成线程里的转向矢量系数，提升对想要的音源信号对象的方向定位准确度，形成更有效的波束提升想要的信号的信噪比，转向矢量计算线程可以定期更新房里的转向矢量，实时适配房间的声学信息，使用实际采集各方向的测试音源计算房里转向矢量，以适配房里声学信息，使用预计算的转向矢量，提升想要音源的方向定位的准确率，形成更有效的波束，聚焦特定方向的信号，提升想要音源的信噪比。
附图说明
[0020]
图1为本发明波束成形的流程示意图；
具体实施方式
[0021]
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，所描述的实施例仅仅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做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。
[0022]
请参阅图1，本发明提供了基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法的技术方案：
[0023]
s1：在房间环境的内部摆放一个麦克风阵列；并在阵列不同的角度方向播放测试音源；
[0024]
s2：通过麦克风阵列采集不同角度方向的声信号；计算不同角度方向的转向矢量；
[0025]
s3：更新在波束形成线程里的转向矢量，并利用麦克风阵列实时采集声信号；
[0026]
s4：用已更新的转向矢量对指定音源对象做方向定位，再对指定方向进行波束形成得到输出信号。
[0027]
步骤s2中的转向矢量的计算公式如下：
[0028]
x(θn)＝a(θn)s
[0029]
其中：θn为第n个方向，a(θn)为房里第n个方向的转向矢量，s为测试音源，由于每个频点都可以被上述公式表示，所以就简化了频点下标。
[0030]
测试音源从第n个方向到第i个麦克风的传递函数为：
[0031]ai
(θn)＝χ(θn)/s
[0032]
第n个房里的转向矢量为：
[0033]
α(θn)＝[α0(θn)
…ai-1
(θn)]
t
[0034]
其中：i为麦克风在阵列里的数量。
[0035]
具体使用时，本发明基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法，首先在房间环境的内部摆放一个麦克风阵列；并在阵列不同的角度方向播放测试音源；紧接着通过麦克风阵列采集不同角度方向的声信号；计算不同角度方向的转向矢量；更新在波束形成线程里的转向矢量，并利用麦克风阵列实时采集声信号；最后用已更新的转向矢量对指定音源对象做方向定位，再对指定方向进行波束形成得到输出信号，综上所述，本发明通过预计算的房间转向矢量，更新波束形成线程里的转向矢量系数，提升对想要的音源信号对象的方向定位准确度，形成更有效的波束提升想要的信号的信噪比，转向矢量计算线程可
以定期更新房里的转向矢量，实时适配房间的声学信息，使用实际采集各方向的测试音源计算房里转向矢量，以适配房里声学信息，使用预计算的转向矢量，提升想要音源的方向定位的准确率，形成更有效的波束，聚焦特定方向的信号，提升想要音源的信噪比。
[0036]
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0037]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0038]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在房间环境的内部摆放一个麦克风阵列；并在阵列不同的角度方向播放测试音源；s2：通过麦克风阵列采集不同角度方向的声信号；计算不同角度方向的转向矢量；s3：更新在波束形成线程里的转向矢量，并利用麦克风阵列实时采集声信号；s4：用已更新的转向矢量对指定音源对象做方向定位，再对指定方向进行波束形成得到输出信号。2.根据权利要求1所述的基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法，其特征在于：所述步骤s2中的转向矢量的计算公式如下：x(θ
n
)＝a(θ
n
)s其中：θ
n
为第n个方向，a(θ
n
)为房里第n个方向的转向矢量，s为测试音源，由于每个频点都可以被上述公式表示，所以就简化了频点下标。测试音源从第n个方向到第i个麦克风的传递函数为：a
i
(θ
n
)＝χ(θ
n
)/s第n个房里的转向矢量为：α(θ
n
)＝[α0(θ
n
)
…
a
i-1
(θ
n
)]
t
i为麦克风在阵列里的数量。

技术总结
本发明公开了基于测量进行房间环境自适应校准的波束成形方法，包括以下步骤：S1：在房间环境的内部摆放一个麦克风阵列；并在阵列不同的角度方向播放测试音源；S2：通过麦克风阵列采集不同角度方向的声信号；计算不同角度方向的转向矢量；S3：更新在波束形成线程里的转向矢量，并利用麦克风阵列实时采集声信号；S4：用已更新的转向矢量对指定音源对象做方向定位，再对指定方向进行波束形成得到输出信号，本发明通过预计算的房间转向矢量，更新波束形成线程里的转向矢量系数，提升对想要的音源信号对象的方向定位准确度，形成更有效的波束提升想要的信号的信噪比，转向矢量计算线程可以定期更新房里的转向矢量，实时适配房间的声学信息。信息。信息。


技术研发人员：杜旭浩 余永生 章林柯
受保护的技术使用者：武汉声与声科技合伙企业（有限合伙）
技术研发日：2021.09.13
技术公布日：2022/1/14