具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

将多个麦克风等间距的均匀分布在半径为r的二维圆周上，如图2所示。麦克风与搭载有语音本地识别芯片，如申请人自主研发的CI1103芯片的语音测试模组相连。

本发明主要应用于非贴近的较远声源位置识别，例如声源距离麦克风阵列中任意一个麦克风的直线距离均大于3米，进行声源位置识别时，将每两个麦克风分成一组，分组为任意分组，例如八个麦克风，可能有28个分组。

对以同组的两个麦克风中点作为原点，两个麦克风所在直线为X轴构建坐标系，如图1所示，利用下式计算出声源方向，声源与原点连线与X轴夹角

其中声速为 c，麦克风M1和M2之间接收到声源发出的音频信号的延时差为τ_i；

构建图1所示的三维坐标系，M1和M2分别表示两个麦克风，双麦阵M1和M2对应的空间矢量分别为n1和n2，M1和M2连线中点为坐标原点，M1和M2的连线定义为x轴，声源S的空间矢量为r_s,声源在三维坐标系中的球形坐标为( r,θ,ф,)，可得以下矢量方程：

||r_s-n1|| - ||r_s-n2|| = τ_i c （1）

上式符合双曲线性质，根据双曲线的性质可得，因为声源 S到M1和M2麦克风之间的距离差为固定不变的，所以声源必定位于以M1和M2 位置为焦点的双曲面上。

根据双曲面性质，直角坐标系下声源和麦克风的位置由（2）式表示，其中r_s为声源S空间矢量；

（2）

其中r 是指声源与坐标原点之间的距离，r_s为声源S空间矢量；m_i1 、m_i2表示两个麦克风在坐标系中的位置，位置可用空间矢量表示，即m_i1=n1, m_i2=n2。

将声源和两个麦克风的空间矢量带入到式(1)中，并把方程的两边平方可得

（3）

r 是指声源与坐标原点之间的距离，(3)式的几何意义为，当声源距离焦点较远时，等号右边趋于零，此时可以近似的看作声源位于以麦克风M1和M2中点为锥点的圆锥面上，通过延时差τ_i，可近似求得声源相对于两麦克风中点的方向角θ，利用该几何特性，可进一步求声源位置，且(3)式中不再出现另一方向角ф。

当声源距离麦克风阵列的距离较远时，例如3米以上时，1/4r² 近似为零，此时可将式(3)化为

同时，对两个麦克风，求得麦克风接收到的频域信号X_i（k,l）。其中，下标i表示不同的麦克风，k表示第k个频点，l表示第l帧语音信号，频域信号 X_i（k,l）的采样率为F_s。

按照上述方法遍历每一组麦克风。

求得各组麦克风对应的方位角θ和频域信号后，再进行以下处理：

将空间全方位角[-180°, 180°]均分为Q等份，定义每一个空间角索引i = 1，2，...，Q，可获得第i个空间角的波束S(i)为：

（4）

其中：为第k个频点的相位角，τ_i为延时差，θ为空间划分的方位角，c为声音传播速度，*表示取复共轭，X_m1（k,l）、X_m2（k,l）分别表示同一组内两个麦克风的频域信号，M为麦克风阵列的麦克风数量，K表示频域信号的频点总数，j表示虚部，exp表示求自然对数, m₁、m₂表示同组内不同的麦克风。

（4）式表示对每一个空间角，遍历麦克风阵列内全部麦克风两两组合的全部分组和全部频点，计算出麦克风阵列得到的位于第i个空间角的波束。

遍历空间全部空间角，得到空间波束向量:

选取空间波束向量中峰值最大的位置所对应的空间角即为所求声源方向。

采用上述方法，可以不再继续求取各个麦克风组对声源的另一方向角ф，利用多个麦克风组综合定位的方式更精确，并简化了对ф的求取。

例如存在四个麦克风A、B、C、D；两两分组后得到AB、AC、AD、BC、BD、CD共六组，每组麦克风可求得一组方位角θ和频域信号，再将六组方位角θ和频域信号代入（4）式，选择不同的空间角，求取空间角波束S（q），再遍历全部空间角，得到空间波束向量：

选取空间波束向量中峰值最大的位置，所对应的空间角即为所求声源方向。

在利用本发明进行语音识别前，需要首先进行神经网络训练，将麦克风提取的音频信息进行预处理、FFT变换和滤波后提取特征信息，输入深度神经网络（DNN）、卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）等任意一种神经网络进行训练。其中预处理通常为将音频信息进行预加重、去直流等处理。

训练后的深度神经网络可用于声源识别，声援识别过程与训练过程近似，即设置同样的麦克风阵列，利用训练后的深度神经网络模型对声源进行定位识别。

利用本发明所述声源定位方法对声源进行识别的一个具体实施方式为：

将八个麦克风等间距的分布在半径为0.05米的二维圆周上，如图2所示。麦克风与搭载CI1103芯片的模组相连。

采集不同年龄、不同性别说话人的语音300小时以上，对语音预处理后进行标记，经FFT变换、滤波后提取特征信息，然后输入深度神经网络进行迭代训练获取识别所需的声学模型。

训练结束后进行识别效果验证，当环境噪声45dB时，在麦克风所处二维圆周平面的前方、距离麦克风阵列所处平面垂直距离3-10米内任意位置， 以55-60dB播报测试语音，麦克风阵列的各个麦克风收到语音后，根据本发明所述的声源定位方法，将麦克风两两分组后由各麦克风间的时延相关性获取到声源在空间的方位角，进而得到声源的位置；然后对语音信号进行处理，提取特征信息后输入深度神经网络DNN进行运算，对运算结果解码后得到语音内容，一个典型的语音识别的训练及识别流程如图3所示。

当以55-60dB播报噪音时，根据各麦克风间的时延相关性获取到声源在空间的方位角，进而确定声源位置，然后对语音提取特征后输入到DNN进行运算，根据运算结果没有获取到任何语言结果，故而可判断该声源为噪声。

进一步的，以55-60dB播报噪音的同时，以60-65dB播报测试音频，噪声和测试在麦阵前任意位置，根据各麦克风之间的时延相关性获取到各声源在空间的方位角，进而得到声源的位置；声源位置确定的条件下，对目标语音信号进行增强、噪声进行抑制，提高目标人声的信噪比，然后根据DNN的运算结果，可区分噪声和人声。

本发明通过利用语音到达麦阵中各个不同位置麦克风的时延相关性获取声源位置，然后结合深度神经网络对语音进行增强，在本地实现了快速确定声源为人声还是非人声，减少语音产品中的误识别和误触发。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。