具体实施方式

以下结合附图，对本申请作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在以下描述中，为了解释的目的，阐述了很多具体细节，以便提供对发明构思的彻底理解。作为本说明书的一部分，本公开的附图中的一些附图以框图形式表示结构和设备，以避免使所公开的原理复杂难懂。为了清晰起见，实际具体实施的并非所有特征都有必要进行描述。此外，本公开中所使用的语言已主要被选择用于可读性和指导性目的，并且可能没有被选择为划定或限定本发明的主题，从而诉诸于所必需的权利要求以确定此类发明主题。在本公开中对“一个具体实施”或“具体实施”的提及意指结合该具体实施所述的特定特征、结构或特性被包括在至少一个具体实施中，并且对“一个具体实施”或“具体实施”的多个提及不应被理解为必然地全部是指同一具体实施。

本申请实施例公开一种用于自动定向录音的录音笔。参照图1和图2，该录音笔包括笔体1和录音头2。笔体1用于供使用者进行握持，且内部通常设置有电源、控制系统和存储器，电源用于对录音头2和控制系统进行供电，控制系统基于自动定向录音方法对录音头2上的麦克风进行差异性控制，以获得更清晰的录音，存储器用于将控制系统处理好的录音进行存储。录音头2设置于笔体1的顶端，用于对目标声源的声音进行录制，其中，录音头2上设置有若干麦克风，在使用时所有麦克风定位目标声源并驱动录音头2，以使得部分麦克风对准目标声源和获得目标声源的发声，其它部分的麦克风获取环境音以对辅助录音降噪，从而提高录音质量。

笔体1的形状可以为圆柱状，方块状或其它形状，但凡能够方便握持且足够容纳电源、控制系统和存储器即可，作为示例的，本申请提供的一个具体实施中，笔体1的形状为圆柱形。这里需要注意的是，录音头2的数量并不局限于一个，为了适应于圆柱形笔体1结构，本申请提供的一个具体实施中，录音头2的数量为一个且设置于笔体1的顶部。

具体的，录音头2包括半球状的头部21和圆柱状的连接部22，连接部22的顶面形成有第一参考面8，头部21的端面连接于连接部22的顶面，头部21的球心7位于第一参考面8上，连接部22和头部21的半径相同。连接部22的底面转动连接于笔体1的顶部，在不同的具体实施中，连接部22的直径可以大于、等于或小于笔体1的直径，作为示例的，本申请提供的一个具体实施中，连接部22的直径等于笔体1的直径。

录音头2能够在笔体1的顶部转动，且转动轴6为连接部22的轴线，在不同的具体实施中，笔体1内设置有伺服电机9或步进电机9或其它的高精度控制转动角度的电机9，电机9的转动轴6与连接部22相固定且与连接部22共轴。举个例子，伺服电机9的定位精度取决于编码器的分辨率，以2500线增量式编码器为例，驱动器对电机9编码器信号输入4倍频，则控制伺服电机9的定位精度为±1/(2500*4)，以角度计算为±360/(2500*4)＝±0.036度，且误差没有累积，通过该类高精度电机9的驱动，录音头2上的麦克风能够高精度地对准到目标声源。

具体的，转动部的顶端设置有一个顶部拾音麦克风33，也就是说，顶部拾音麦克风33位于所述半球体远离笔体1的顶点处。转动部的侧面设置有多个斜向拾音麦克风32，数量能够有所调整，且多个斜向拾音麦克风32可以在环绕转动轴6的同一圆周上设置，也可以在不同圆周上设置，也就是说，斜向拾音麦克风32与顶部拾音麦克风33的距离可以相同，也可以不同。此外，斜向拾音麦克风32在围绕转动轴6的环向上的间距可以相同也可以不同，位置的区别决定了控制系统算法的参数的不同，但是这些参数都是可以基于本申请所给出的录音方法而进行适应性调整的。作为示例的，在本申请提供的一个具体实施中，斜向拾音麦克风32的数量为四个且在环绕转动轴6的同一圆周上均匀分布。

头部21与连接部22的连接处设置有若干周向拾音麦克风31，周向拾音麦克风31均位于第一参考面8上。具体的，周向拾音麦克风31与斜向拾音麦克风32对应设置，换而言之，周向拾音麦克风31的数量与斜向拾音麦克风32的数量相同且在位置上一一对应。由此，头部21的表面形成有拾音弧5，拾音弧5上落有所述的顶部拾音麦克风33、斜向拾音麦克风32和周向拾音麦克风31。基于上述示例给出的具体实施，周向拾音麦克风31的数量也为四个且在环绕转动轴6的同一圆周上均匀分布，换而言之，拾音弧5的数量为四个且在环绕转动轴6均匀分布。两条相对的拾音弧5可以连接形成拾音半圆弧，每条拾音半圆弧上的麦克风排布为周向拾音麦克风31、斜向拾音麦克风32、顶部拾音麦克风33、斜向拾音麦克风32和周向拾音麦克风31。

为了提高拾音效果，基于上述示例给出的具体实施，以斜向拾音麦克风32到顶部拾音麦克风33相对于球心7的圆心角为第一圆心角41，斜向拾音麦克风32到第一参考面8相对于球心7的圆心角为第二圆心角42，第一圆心角41和第二圆心角42的差值的绝对值大于等于第一阈值。举个例子，比如，斜向拾音麦克风32到第一参考面8相对于球心7的夹角为55度，顶部拾音麦克风33到斜向拾音麦克风32相对于球心7的夹角为35度，第一阈值为10度。又比如，斜向拾音麦克风32到第一参考面8相对于球心7的夹角为40度，顶部拾音麦克风33到斜向拾音麦克风32相对于球心7的夹角为50度，第一阈值为8度。

各个拾音弧5对发言者进行定位，并驱动转动部转动，以使得一条拾音弧5对准发言者并作为主拾音弧。第一圆心角41和第二圆心角42的差值的绝对值大于第一阈值，使得同一拾音弧5上的固定拾音麦克风、顶部拾音麦克风33和固定拾音麦克风之间不等距。通过声源到每个麦克风的距离的不同的特性，能够利用声源传播的时间域和三角函数计算公式来确定发声方向并定位声源。而该种不等距设置有效地放大麦克风接收到信息的不均衡性，以使得主拾音弧上的距离声源较近的两个麦克风在接收的声源方向上的声音信号为主拾音并进行定向拾音，其它麦克风在在进行录音时对不同于主拾音频域的环境音进行抑制，从而提升拾音质量并保证识别效果。

进一步的，由于电机9工作时会产生噪声，笔体1内部设置有用于获取电机9工作发出的噪声的内部拾音麦克风34。内部拾音麦克风34对电机9工作的噪声进行录制，以便于后期从主拾音中滤去相应的噪声。

参照图3，本申请实施例还公开一种自动定向录音方法，应用于上述的录音笔，包括以下步骤，但以下步骤的顺序的标号顺序并不对该方法产生限定。

S1.基于各个拾音弧5上的麦克风对目标声源进行定位以获得目标声源方位信息，并将最靠近目标声源的拾音弧5作为主拾音弧。

麦克风基于拾音弧5进行分组，每一组斜向拾音麦克风32和周向拾音麦克风31均和顶部拾音麦克风33形成拾音弧5。控制每个拾音弧5上的麦克风获取目标声源发出的声音以对目标声源进行定位，再基于统计学公式获得最终定位，并使得一条拾音弧5对准发言者并作为主拾音弧。主拾音弧可以通过不同拾音弧5上麦克风接收到目标声源声音的音量大小确定，也可以通过不同拾音弧5上麦克风接收到目标声源声音的先后顺序确定，也可以采用其它的方式确定，但凡能够确定出最接近目标声源的拾音弧5的方法皆可。

参照图4，作为示例的，本申请给出的一种具体实施中，S1包括以下步骤：

S11.获取拾音弧5上麦克风所录制的声音并提取出目标声源方位信息，其中，目标声源方位信息包括接收时间差值信息、频率信息、振幅信息。

S12.基于各拾音弧5获取的方位信息拟合确定目标声源所处的方位，其中，每个拾音弧5所获得的目标声源方位位于该拾音弧5所处的平面上。

多个拾音弧5可以获得多组目标声源方位信息，目标声源方位信息即为目标声源相对于录音笔的方向，且各组拾音弧5所获得的目标声源的范围均位于各组拾音弧5所在的平面上。通过多个目标声源方位信息进行加权计算以获得声源的方位。

目标声源方位信息包含多个不同频率以及不同幅度的声音，从该多个声音中确认频率满足频率范围，且幅度满足幅度范围的声音为目标声源的声音，即发言者的声音，其余的声音为参考音。进一步的，该频率范围和幅度范围可以是在采访过程中或多人谈话过程中，用户处于录音笔采集范围内并正常说话时，麦克风所采集到人声的频率范围和幅度范围。

举个例子，获得目标声源方位信息可以采用以下算法得到：

先设定目标声源的方向为θ，声音的时域频率为ω，声音在空气中的传播速度为v，目标声源发出的波束为k，则

其中，λ是对应于频率ω的波长。由于目标声源的声音到达各个固定拾音麦克风的时间不同，则固定拾音麦克风阵列接收到的声音可以表示为：

其中，τ_n为第n个麦克风接收到的声音相对于固定主麦克风的时延，T表示转置，N为固定拾音麦克风的数量。根据上述公式和各个麦克风获取的目标声源的声音，可以得出目标声源在第一参考面上相对于录音笔的方向θ。

可选的，也可以通过类似于计算集合中心的方法来对计算平均方向

S2.控制录音头2转动，以使得主拾音弧转动到最靠近目标声源的位置。

S3.基于定位结果将主拾音弧上最靠近目标声源的两个作为主拾音麦克风，并基于主拾音麦克风获取目标声源发出的拾音波束。

录音头2进行转动以使得主拾音弧对准目标声源，用于获取目标声源发出的拾音波束。基于目标声源的定位可以确定拾音弧5上的最靠近目标的两个麦克风，使其作为主拾音麦克风以获取目标的拾音。由于第一圆心角41和第二圆心角42不同，结合上述公式，能够更精确地拾取声音。由于该种不同圆心角设置有效地放大麦克风接收到信息的不均衡性，以使得拾音弧5上的斜向拾音麦克风32和相邻的距离声源较近麦克风接收的声源方向上的声音信号为主拾音并进行定向拾音。

S4.基于除了主拾音麦克风与斜向主麦克风之外的麦克风获取环境音，并基于拾音波束和环境音对拾音波束进行降噪。

拾音弧5上的主拾音麦克风以接收的声源方向上的声音信号为主拾音并进行定向拾音，其它所有的麦克风在进行录音时对不同于主拾音频域的环境音进行抑制，从而提升拾音质量并保证识别效果。

参照图5，作为示例的，本申请给出的一种具体实施中，S4包括以下步骤：

S41.基于拾音波束抑制除了主拾音麦克风之外的麦克风进行声音录制。

S42.基于所述环境音对拾音波束进行降噪，以获得目标声源发出的声音。

作为补充的，这里的环境音广义上也包括录音笔内部所产生的噪音，比如录音头转动时发出的摩擦声，电机9工作时发出的转动声和电流声，内部拾音麦克风34获取该类环境音以用于对拾音波束进行降噪。综上，麦克风在接收所有声音信号时对与发言者声音频率或波长不同的噪声进行抑制，提升拾音质量并保证识别效果。

本申请实施例还公开一种自动定向录音系统，包括：

定位模块，用于基于各个拾音弧5上的麦克风对目标声源进行定位以获得目标声源方位信息，并将最靠近目标声源的拾音弧5作为主拾音弧；

校准模块，用于控制录音头2转动，以使得主拾音弧转动到最靠近目标声源的位置；

录音模块，基于定位结果将主拾音弧上最靠近目标声源的两个作为主拾音麦克风，并基于主拾音麦克风获取目标声源发出的拾音波束；

降噪模块，基于除了主拾音麦克风与斜向主麦克风之外的麦克风获取环境音，并基于拾音波束和环境音对拾音波束进行降噪。

本申请实施例还公开一种主机，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有能够被处理器加载并执行如上述自动定向录音方法的计算机程序。本实施例方法的执行主体可以是一种控制装置，该控制装置设置在主机上，当前设备可以是具有WIFI功能的手机，平板电脑，笔记本电脑等电子设备，本实施例方法的执行主体也可以直接是电子设备的CPU(central processing unit，中央处理器)。

本申请实施例还公开一种可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行如上的自动定向录音方法的计算机程序。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台设备(可以是手机，计算机，服务器，被控终端，或者网络设备等)执行本申请每个实施例的方法。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。