[发明专利]用于估计到达方向的设备和方法

说明书

本发明提供了一种用于估计来自Q≥1个声源(202)的声音的到达方向(Direction of Arrival，DOA)的设备(100)。所述设备(100)用于获取包含测量出的相位差值的相位差矩阵，所述测量出的相位差值中的每一个是两个麦克风单元(203)之间针对所述声音的频率范围中的一个频率点的相位差测量值。所述设备(100)还用于：通过将所述测量出的相位差值复制到其它可能的正弦周期来生成复制相位差矩阵；针对所述复制相位差矩阵中的每个相位差值计算DOA值；以及将基于所述计算出的DOA值生成的直方图中的Q个最突出的峰值确定为Q个DOA结果。

技术领域

本发明涉及一种用于估计从Q≥1个声源而来的到达方向(Direction ofArrival，DOA)的设备、对应方法和装置。具体而言，该设备和方法对从声音接收器等获得的相位差矩阵执行后处理，其中该声音接收器用于从声源接收声音。

背景技术

大部分多通道声源DOA估计算法都存在空间混叠问题。空间混叠的结果是，通道间相位差被包裹在空间混叠频率之外。解决这一问题的常见方案是调整接收由声源产生的声音的麦克风或麦克风阵列之间的距离，以便获得适当的最小混叠频率以及随后只采用低于该最小混叠频率的频带来定位声源。

传统的使用麦克风定位声源的方法是估计从各声源到麦克风的到达时间差(TimeDifference of Arrival，TDOA，Δt)。对于窄带定位算法，可以根据每个频带中的通道间相位差μ_i来估计TDOA。这些相位差与TDOA之间的关系如下：

μ_i＝2πf_iΔt (1)

其中f_i表示窄带频率。对于远场假设，还可以根据TDOA估计DOA。以下方程式(2)示出了相位差μ_i与DOA之间的关系，用声源到麦克风的角θ来表示。在该方程式中，c表示录音环境中的声速，Δd表示麦克风之间的距离。

传统的算法通过估计相位差来估计窄带DOA。然而，当μ_i＞2π时，将包裹在[-π，π]中，这可以在针对较高频率的图13(左侧)中看出。在图13中，正确的频率相关相位差通过粗直线表示，而不正确的、包裹的频率相关相位差沿着锯齿状线示出。因此，估计的DOA将是错误的，这同样可以在图13(右侧)中看出。这里，正确的(频率无关)DOA通过横粗线表示，而错误的(频率相关)DOA沿锯齿状线表示。图示的问题就是所谓的空间混叠间题。

空间混叠问题的边界处的频率称为混叠频率f_a。从以下方程式(3)中可以看出，f_a与角θ有关，但是角θ是未知的，因此，对于高于f_a的频率，包裹的相位差矩阵无法直接解包裹。

某一场景的最小混叠频率定义为其中

通常，当声源的频带较宽时，使用离散傅立叶变换(Discrete Fouriertransform，DFT)。然后在每个频率上重复窄带定位算法。因此，针对单声源场景获得“原始”相位差向量，针对多源场景获得“原始”相位差矩阵，定义为μ₀。该相位差矩阵仅包括时的正确相位差值。

因此，在定位时通常仅考虑声音的较低频带以避免空间混叠问题。这是传统算法的一个明显缺点。

发明内容

鉴于上述问题和缺点，本发明旨在改进基于传统定位算法操作的设备和方法，即，用于估计DOA的设备和方法。本发明的目的是还使用声音的较高频带来估计DOA，尤其是针对多通道声源。因此，本发明旨在提供一种能够更稳健、准确地估计DOA并定位声源的设备和方法。具体地，当麦克风或麦克风阵列之间的距离较大时，本发明旨在改进传统设备和方法。

本发明的目的通过所附独立权利要求中提供的方案实现。本发明的有利实施方式在从属权利要求中进一步定义。