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海南自主可控麦克风阵列设计

来源: 发布时间:2023年02月24日

    放大器u1的7脚、电容c8的负极、电容c6的一端连接后接入电源,电容c6的另一端、电容c5的一端连接后接地,放大器u1的8脚电容c7的正极、电容c5的另一端互相连接后接入电源,电容c7的负极连接电容c8的正极;本实施例中,一级放大电路选用具有低噪声系数,高线性度等优点的型号为ad624的仪表放大器芯片实现,该芯片是高分辨率信号采集系统的理想器件;其放大功能主要是在其rg1和rg2引脚串联一个电阻来调节电路的放大倍数,本实施例中的一级放大电路的放大倍数为10倍;麦克风阵列连接放大器u1的1脚,将采集的声信号输入到一级放大电路。面向前向麦克风mic1的带通滤波器的电路和二级放大电路包括:放大器u2、电阻r1~r4、r6~r9、电容c1~c4,放大器u2的1脚与电阻r1的一端、电阻r3的一端、电阻r6的一端互相连接,放大器u2的2脚连接电阻r1的另一端、电阻r2的一端,电阻r2的另一端接地,放大器u2的3脚连接电阻r4的一端、电容c3的一端,电阻r4的另一端接地,电容c3的另一端连接电阻r3的另一端、电容c2的一端,电容c2的另一端连接放大器u1的9脚、10脚,放大器u2的5脚连接电容c4的一端、电阻r7的一端,放大器u2的6脚连接电阻r8的一端、电阻r9的一端,电阻r8的另一端接地。麦克风阵列,是一组位于空间不同位置的全向麦克风按一定的形状规则布置形成的阵列。海南自主可控麦克风阵列设计

    干扰噪声源1、干扰噪声源2...干扰噪声源num-1偏离正向的角度为θ2、θ3...θnum;本实施例中,num取值为3,即有两个竞争声源,则mic1采到的目标声源、干扰噪声源1、干扰噪声源2分别记作s1(n)、s2(n)和s3(n);则:前向麦克风mic1采集到的混合信号m1(n)为:m1(n)=s1(n)+s2(n)+s3(n)其中:s1(n)、s2(n)、s3(n)分别为通过麦克风mic1采集到的目标声源、干扰噪声源1、干扰噪声源2发出的声音信号;因为前向麦克风mic1更接近目标声源s1,所以麦克风mic2采集到的信号相对于前向麦克风mic1采集到的信号会有一定的延迟,则根据关系,可得麦克风mic2采集到的混合信号m2(n):其中,d为前向麦克风mic1和麦克风mic2之间的距离,本实施例中d的取值为15mm;c为声速,fs为采样频率;对时域信号进行分帧、加窗后再进行时频变换可得m1(l,k)和m2(l,k):如果在混合信号的一个时频单元内,当目标信号的能量占了主导,即在这个时频单元内存在如下关系:|s1(l,k)|>>|s2(l,k)|并且|s1(l,k)|>>|s3(l,k)|式中:l和k分别是频率点和时间窗的序号;则此混合信号的一个时频单元内,目标声源的信号占主导时,混合信号与目标信号的关系可以近似表示为:其中,δ1为目标声源的理想延迟时间。海南自主可控麦克风阵列设计一种便携式可视化麦克风阵列装置。

    麦克风越多越容易实现更好的降噪和语音增果,所以为了达到同样或者类似的效果,双麦克阵列技术相对多麦克阵列的技术挑战性更高。但因为成本问题,采用双麦克阵列的技术挑战虽然大,但从应用普及的角度上却是大势所趋。另外,从效果上看,如果技术优化足够好,在3~5米的家庭环境中,双麦克阵列虽然可以和多麦克阵列做到几乎一样的降噪和语音增果。但双麦克有个缺点,就是声源定位只能定位180°内的范围,而环形麦克风阵列(不管是4Mic、6Mic还是8Mic)都可以做到360°全角度范围内的定位。所以GoogleHome只能有四个LED灯来显示状态,而AmazonEcho可以用LED灯显示说话人的方向。当然,这个差别对具有声源定位需求的产品存在影响,而且对一些本来就需要靠墙摆放的设备如空调、电视机等是没有任何问题的。而对于类似机器人等摆放在室内的产品,如果希望它能定位说话人位置,那就只能采用多麦克方案了。后,从产品的角度,双麦克方案简单更易落地。多麦克阵列大的问题是,无论线性阵列还是环形阵列,其对产品的外观、结构设计都有极为严苛的要求,因为麦克风是要求必须在空间上均匀分布的。而双麦克显然就不必考虑这些因素。

    n)、s2(n)、s3(n)、snum(n)分别为通过麦克风mic1采集到的所述目标声源、所述干扰噪声源1、所述干扰噪声源2、所述干扰噪声源num-1发出的声音信号;因为所述前向麦克风mic1更接近所述目标声源s1,所以麦克风mic2采集到的信号相对于所述前向麦克风mic1采集到的信号会有一定的延迟,则根据关系,可得麦克风mic2采集到的混合信号m2(n):其中,d为所述前向麦克风mic1和麦克风mic2质检的距离,c为声速,fs为采样频率;b2:在混合信号的一个时频单元内,所述目标声源的信号占主导时,有如下关系:其中,δ1为所述目标声源的理想延迟时间,l和k分别是频率点和时间窗的序号;设,当所述目标声源占主导时,有如下关系:其中,l和k分别是频率点和时间窗的序号,pi为圆周率π;令:约等式右边的代数式为t(l,k),则,根据两个麦克风mic1、mic2采集到的数据可计算得到每个频域点的t(l,k);所述目标声源的理想延迟时间δ1的表达式为:步骤s4中的所述掩蔽权重b(l,k)的表达式为:其中,式中a1、a2、a3的取值范围是0~1之间的实数。本发明提供的一种基于麦克风阵列的智能语音转文字及同声翻译系统。根据声源和麦克风阵列距离的远近,可将声场模型分为两种:近场模型和远场模型。

    通过声音采集模块中的双麦克风结构的麦克风阵列、信号放大电路、带通滤波器实现针对多竞争声源的去噪功能,同时利用语音增强模块中的语音增强算法实现语音信号的去噪和增强处理;在本发明的技术方案中,通过双麦克风即可实现声音信号采集,采用极少的电器元件即可准确的在竞争声源中识别竞争声源,确保了本发明技术方案中的翻译设备的硬件体积更小,使本产品适于用户随身携带使用,更具实用性;通过语音增强算法实现了在收到混合声音的20ms内即可识别出干净的目标声源,确保了实时去噪的功能的实现,使本发明的技术方案适用于不同的同声翻译应用场景。说明为本发明的语音转文字及同声翻译系统的系统组成框;为本发明中的声音采集模块的结构框;本发明中的麦克风与声源位置的实施例;为本发明实施例中的一级放大电路的电路结构;本发明实施例中的二级放大电路和带通滤波器的电路结构;本发明实施例中的电源管理电路的电路结构。具体实施方式,本发明一种基于麦克风阵列的智能语音转文字及同声翻译系统,其包括:声音采集模块、音频转换模块、语音增强模块、翻译模块;声音采集模块智能地选取目标声源。根据麦克风阵列的拓扑结构,则可分为线性阵列、平面阵列、体阵列等。海南自主可控麦克风阵列设计

由音频采集装置3组成的4×12的麦克风阵列。海南自主可控麦克风阵列设计

    翻译后的文字数据、声音数据通过文字或者音频的方式传递给用户;其特征在于:所述声音采集模块包括麦克风阵列、信号放大电路、带通滤波器、电源管理电路;所述麦克风阵列包括两个麦克风,两个麦克风之间的间隔设置为15mm;所述信号放大电路包括两级放大电路,其中一级放大电路设置在所述麦克风阵列与所述带通滤波器之间,二级放大电路设置在所述带通滤波器之后;所述带通滤波器包括由二阶低通电路、二阶高通电路组成,所述一级放大电路传入的声信号,经过所述带通滤波器滤波后,声信号通过所述二级放大电路进行放大,使滤波后的信号达到预设的电压范围;由所述麦克风阵列采集的声信号通过所述一级放大电路、所述带通滤波器、所述二级放大电路进行放大、工频滤波处理、放大升压处理后送入所述音频转换模块中进行数模转换;所述电压管理电路同时为所述声音采集模块、所述音频转换模块、所述语音增强模块供电;所述语音增强模块中通过预先植入的语音增强算法对所述音频转换模块传入的声信号进行增强处理;所述语音增强算法包括以下步骤:s1:定义所述麦克风阵列中与目标声源s1接近的麦克风为前向麦克风mic1,其采集到的声信号为m1(n),另一个麦克风mic2采集到的声信号为m2(n)。海南自主可控麦克风阵列设计

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