检测麦克风阵一致性的方法及系统、计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及麦克风阵技术领域，尤其涉及一种检测麦克风阵一致性的方法及系统、计算机可读存储介质。


背景技术：

2.为抑制噪声、改善语音质量，目前的耳机、助听器、音箱等语音设备通常采用麦克风阵拾取语音信号，并采用语音增强技术对语音信号进行处理，语音增强技术能够充分利用麦克风阵接收的语音信号中的时域与空域信息，具有灵活的波束控制、利于消除非平稳信号并提高抗干扰能力等优点，但是，由于麦克风的工艺、安装方式等因素的不同，容易使麦克风阵中不同麦克风之间的一致性存在较大差别，这将直接影响语音增强算法的性能及鲁棒性，从而影响用户的体验。
3.传统的麦克风一致性检测方式如下：将麦克风阵采集到的信号经过分帧、傅里叶变换后计算麦克风阵中不同麦克风之间的功率差，通过将得到的功率差与设定阈值进行比较，实现麦克风阵的一致性判断，但是，这种检测方式容易受到声反射因素(不同位置的麦克风接收到的反射声音大小可能不同)的影响，使得到的一致性检测结果存在一定偏差。


技术实现要素：

4.基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种检测麦克风阵一致性的方法及系统、计算机可读存储介质，有利于提高麦克风阵的一致性检测精度。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种检测麦克风阵一致性的方法，包括：
6.步骤s100：获取设定测试条件下，参考麦克风阵中的l个参考麦克风在n个频带上的检测值p
′
i
(w)，p
′
i
(w)为所述参考麦克风阵中的第i个参考麦克风在第w个频带上的检测值，i＝1，...l，w＝1，...n，l≥2，n≥2；
7.所述参考麦克风阵为预先被选定作为一致性参考标准的麦克风阵；
8.其中，p
′
i
(w)与呈正相关，|y
′
i
(k，w)|为对第i个参考麦克风采集的音频信号进行分帧得到的第k帧信号在第w个频带上的幅度值，m
′
i
为对第i个参考麦克风采集的音频信号进行分帧得到的信号帧数，p为1或2；
9.步骤s200：获取与所述设定测试条件相同的测试条件下，待检测麦克风阵中的l个待检测麦克风在所述n个频带上的检测值p
i
(w)，p
i
(w)为所述待检测麦克风阵中的第i个待检测麦克风在第w个频带上的检测值，所述相同的测试条件至少包括相同的测试环境和相同的测试声音；
10.其中，p
i
(w)与呈正相关，|y
i
(k，w)|为对第i个待检测麦克风采集的音频信号进行分帧得到的第k帧信号在第w个频带上的幅度值，m
i
为对第i个待检测麦克风采集的音频信号进行分帧得到的信号帧数；
11.步骤s300：将所述待检测麦克风阵中的第i个待检测麦克风在所述n个频带上的检测值与所述参考麦克风阵中的第i个参考麦克风在所述n个频带上的检测值进行比较，以判断所述第i个待检测麦克风是否一致；
12.步骤s400：根据所述l个待检测麦克风中各待检测麦克风的一致判断结果确定所述待检测麦克风阵的一致性。
13.进一步地，所述p
i
(w)与呈正相关，包括：
[0014][0015]
所述p
′
i
(w)与呈正相关，包括：
[0016][0017]
其中，p为1且β为20，或者，p为2且β为10。
[0018]
进一步地，所述步骤s300包括：
[0019]
步骤s301：计算p
i
(w)与p
′
i
(w)之间的差值diff
i
(w)＝|p
i
(w)-p
′
i
(w)|；
[0020]
步骤s302：比较diff
i
(w)与第i个待检测麦克风在第w个频带上的差值阈值thi(w)，若diff
i
(w)≤th
i
(w)，则判断第i个待检测麦克风在第w个频带上一致，否则，判断第i个待检测麦克风在第w个频带上不一致；
[0021]
步骤s303：根据所述第i个待检测麦克风在所述n个频带上不一致的频带的数量判断所述第i个待检测麦克风是否一致。
[0022]
进一步地，至少存在一个待检测麦克风，其在不同频带上的差值阈值不同，且频带的频率越大，差值阈值越大。
[0023]
进一步地，所述步骤s303包括：若所述第i个待检测麦克风在所述n个频带上不一致的频带的数量小于计数阈值，则判断第i个待检测麦克风一致，否则，判断所述第i个待检测麦克风不一致。
[0024]
进一步地，所述步骤s400包括：若所述l个待检测麦克风的一致判断结果均为一致，则确定所述待检测麦克风阵具有一致性，否则，确定所述待检测麦克风阵不具有一致性。
[0025]
进一步地，n不小于256。
[0026]
为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种检测麦克风阵一致性的系统，包括：
[0027]
第一获取模块，用于获取设定测试条件下，参考麦克风阵中的l个参考麦克风在n个频带上的检测值p
′
i
(w)，p
′
i
(w)为所述参考麦克风阵中的第i个参考麦克风在第w个频带上的检测值，i＝1，...l，w＝1，...n，l≥2，n≥2；
[0028]
所述参考麦克风阵为预先被选定作为一致性参考标准的麦克风阵；
[0029]
其中，p
′
i
(w)与呈正相关，|y
′
i
(k，w)|为对第i个参考麦克风采集的音频信号进行分帧得到的第k帧信号在第w个频带上的幅度值，m
′
i
为对第i个参考麦克风采集的音频信号进行分帧得到的信号帧数，p为1或2；
[0030]
第二获取模块，用于获取与所述设定测试条件相同的测试条件下，待检测麦克风阵中的l个待检测麦克风在所述n个频带上的检测值p
i
(w)，p
i
(w)为所述待检测麦克风阵中的第i个待检测麦克风在第w个频带上的检测值，所述相同的测试条件至少包括相同的测试环境和相同的测试声音；
[0031]
其中，p
i
(w)与呈正相关，|y
i
(k，w)|为对第i个待检测麦克风采集的音频信号进行分帧得到的第k帧信号在第w个频带上的幅度值，m
i
为对第i个待检测麦克风采集的音频信号进行分帧得到的信号帧数；
[0032]
第一处理模块，用于将所述待检测麦克风阵中的第i个待检测麦克风在所述n个频带上的检测值与所述参考麦克风阵中的第i个参考麦克风在所述n个频带上的检测值进行比较，以判断所述第i个待检测麦克风是否一致；
[0033]
第二处理模块，用于根据所述l个待检测麦克风中各待检测麦克风的一致判断结果确定所述待检测麦克风阵的一致性。
[0034]
为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种检测麦克风阵一致性的系统，包括处理器、与所述处理器耦合的存储器，其中，所述存储器中存储有指令，以供所述处理器执行，当所述处理器执行所述指令时，能实现上述的检测麦克风阵一致性的方法。
[0035]
为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的检测麦克风阵一致性的方法。
[0036]
本发明提供的检测麦克风阵一致性的方法，通过获取设定测试条件下，待检测麦克风阵中的各待检测麦克风在多个频带上的检测值，检测值与相应的幅度值的均值或功率值的均值呈正相关，并将其与相同的测试条件下，待检测麦克风阵中的各待检测麦克风在多个频带上的检测值进行比较，从而实现利用参考麦克风阵判断待检测麦克风阵的一致性，相比现有技术可以减少声反射因素的影响，有利于提高麦克风阵的一致性检测精度，进而可以提高麦克风阵语音增强系统的性能及鲁棒性。
附图说明
[0037]
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0038]
图1是本发明实施例提供的一种检测麦克风阵一致性的方法的流程图；
[0039]
图2是本发明实施例提供的一种检测麦克风阵一致性的系统的示意图。
具体实施方式
[0040]
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分，为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
[0041]
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0042]
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含
义。
[0043]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0044]
需要说明的是，本发明中采用步骤编号(字母或数字编号)来指代某些具体的方法步骤，仅仅是出于描述方便和简洁的目的，而绝不是用字母或数字来限制这些方法步骤的顺序。本领域的技术人员能够明了，相关方法步骤的顺序，应由技术本身决定，不应因步骤编号的存在而被不适当地限制。
[0045]
参见图1，图1是本发明实施例提供的一种检测麦克风阵一致性的方法的流程图，该方法包括：
[0046]
步骤s100：获取设定测试条件下，参考麦克风阵中的l个参考麦克风在n个频带上的检测值p
′
i
(w)，p
′
i
(w)为所述参考麦克风阵中的第i个参考麦克风在第w个频带上的检测值，i＝1，...l，w＝1，...n，l≥2，n≥2；
[0047]
所述参考麦克风阵为预先被选定作为一致性参考标准的麦克风阵；
[0048]
其中，p
′
i
(w)与呈正相关，|y
′
i
(k，w)|为对第i个参考麦克风采集的音频信号进行分帧得到的第k帧信号在第w个频带上的幅度值，m
′
i
为对第i个参考麦克风采集的音频信号进行分帧得到的信号帧数，p为1或2；
[0049]
本发明实施例中，参考麦克风阵是具有一致性的麦克风阵，用作待检测麦克风阵的参考，其中，参考麦克风阵可选用与待检测麦克风相同型号的麦克风阵，对于待检测麦克风阵中的每一个待检测麦克风，参考麦克风阵中均存在对应的参考麦克风，用作其参考；
[0050]
可以理解的是，当p为1时，|y
′
i
(k，w)|
p
(即|y
′
i
(k，w)|的1次方)为第k帧信号在第w个频带上的幅度值(幅度谱)，p
′
i
(w)与m
′
i
帧信号在第w个频带上的幅度值的均值呈正相关，当p为2时，|y
′
i
(k，w)|
p
(即|y
′
i
(k，w)|的2次方)为第k帧信号在第w个频带上的功率值(功率谱)，p
′
i
(w)与m
′
i
帧信号在第w个频带上的功率值的均值呈正相关；
[0051]
其中，该设定测试条件可以包括设定的测试环境和设定的测试声音；
[0052]
例如，待检测麦克风阵可以是tws耳机麦克风阵，包括两个麦克风，分别为主麦和副麦；
[0053]
步骤s200：获取与所述设定测试条件相同的测试条件下，待检测麦克风阵中的l个待检测麦克风在所述n个频带上的检测值p
i
(w)，p
i
(w)为所述待检测麦克风阵中的第i个待检测麦克风在第w个频带上的检测值，所述相同的测试条件至少包括相同的测试环境和相同的测试声音；
[0054]
其中，p
i
(w)与呈正相关，|y
i
(k，w)|为对第i个待检测麦克风采集的音频信号进行分帧得到的第k帧信号在第w个频带上的幅度值，m
i
为对第i个待检测麦克风采集的音频信号进行分帧得到的信号帧数；
[0055]
可以理解的是，当p为1时，|y
i
(k，w)|
p
(即|y
i
(k，w)|的1次方)为第k帧信号在第w个频带上的幅度值(幅度谱)，p
i
(w)与m
i
帧信号在第w个频带上的幅度值的均值呈正相关，当p为2时，|y
i
(k，w)|
p
(即|y
i
(k，w)|的2次方)为第k帧信号在第w个频带上的功率值(功率谱)，
p
i
(w)与m
i
帧信号在第w个频带上的功率值的均值呈正相关；
[0056]
步骤s300：将所述待检测麦克风阵中的第i个待检测麦克风在所述n个频带上的检测值与所述参考麦克风阵中的第i个参考麦克风在所述n个频带上的检测值进行比较，以判断所述第i个待检测麦克风是否一致；
[0057]
参考麦克风阵中的第i个参考麦克风对应待检测麦克风阵中的第i个待检测麦克风；
[0058]
例如，对于tws耳机麦克风阵，将待检测麦克风阵中的主麦在上述n个频带上的检测值与参考麦克风阵中的主麦在上述n个频带上的检测值进行比较，以判断待检测麦克风阵中的主麦是否一致，将待检测麦克风阵中的副麦在上述n个频带上的检测值与参考麦克风阵中的副麦在上述n个频带上的检测值进行比较，以判断待检测麦克风阵中的副麦是否一致；
[0059]
步骤s400：根据所述l个待检测麦克风中各待检测麦克风的一致判断结果确定所述待检测麦克风阵的一致性，例如，若所述l个待检测麦克风的一致判断结果均为一致，则确定所述待检测麦克风阵具有一致性，否则，确定所述待检测麦克风阵不具有一致性。
[0060]
本发明实施例提供的检测麦克风阵一致性的方法，通过获取设定测试条件下，待检测麦克风阵中的各待检测麦克风在多个频带上的检测值，检测值与相应的幅度值的均值或功率值的均值呈正相关，并将其与相同的测试条件下，待检测麦克风阵中的各待检测麦克风在多个频带上的检测值进行比较，从而实现利用参考麦克风阵判断待检测麦克风阵的一致性，相比现有技术可以减少声反射因素的影响，有利于提高麦克风阵的一致性检测精度，进而可以提高麦克风阵语音增强系统的性能及鲁棒性。
[0061]
其中，本发明实施例中，可以先执行步骤s100，再执行步骤s200，也可以先执行步骤200，再执行步骤s100，也可以同时执行步骤s100和步骤s200；
[0062]
本发明中，待检测麦克风阵中的l个待检测麦克风在n个频带上的检测值p
i
(w)、参考麦克风阵中的l个参考麦克风在所述n个频带上的检测值p
′
i
(w)是在相同的测试条件下得到的，该相同的测试条件可以是相同的测试环境和相同的测试声音，例如，可以将待检测麦克风阵、参考麦克风阵以相同的放置姿态放置在相同的消音箱(或者消音室、空旷的房间)内的相同位置上(如放置在同一个消音箱内的同一个位置上)，使待检测麦克风阵中的各待检测麦克风与参考麦克风阵中对应的参考麦克风所处的测试环境相同，进而使受到的外界因素(如声反射)也相同，并通过人工嘴或者音箱播放相同的测试声音，该测试声音可以是白噪声或者线性步长的扫频信号。
[0063]
例如，首先可以通过现有方式筛选出一致性比较好的麦克风阵，作为参考麦克风阵，例如，通过向多个麦克风阵播放一段语音，然后对各麦克风阵采集的语音，通过pc端的audition软件查看各麦克风阵的频谱(具体为幅度谱)，判断每个麦克风阵采集的音频频谱是否一致，利用pc端筛选出一个麦克风阵一致性比较好的麦克风阵(即麦克风阵的每个麦克风采集到的频谱都接近)作为参考麦克风阵；
[0064]
选取参考麦克风阵后，将参考麦克风阵中放置在设定的测试环境(如消音箱、消音室、空旷的房间)中，并通过人工嘴或者音箱对参考麦克风阵播放测试声音，然后对参考麦克风阵中的每一个参考麦克风采集的音频信号进行处理，具体如下：
[0065]
步骤a1：对每一个参考麦克风采集的音频信号进行分帧处理，得到若干帧信号，其
中，每一帧信号的长度可以为10ms-30ms；
[0066]
步骤a2：对每一帧信号进行频带划分，例如，通过调制滤波方式将每一帧信号分成n个频带；
[0067]
优选地，本发明实施例中，n不小于256，这样有利于进一步提高麦克风阵的一致性检测精度，例如，n的值可以为256、512、1024等；
[0068]
步骤a3：计算每一个参考麦克风在n个频带上的检测值，p
′
i
(w)与呈正相关，例如，可以采用以下方式：
[0069][0070]
其中，β为预设系数，例如，p为1且β为20，或者，p为2且β为10。
[0071]
通过上述方式可以得到参考麦克风阵中的各参考麦克风在n个频带上的检测值p
′
i
(w)；
[0072]
优选地，在一实施例中，可以预先通过上述过程得到参考麦克风阵中的各参考麦克风在n个频带上的检测值p
′
i
(w)，然后将这些检测值p
′
i
(w)存储在存储器中，当需要判断待检测麦克风阵的一致性时，可以直接从存储器中读取检测值p
′
i
(w)即可，即在步骤s100中，可以直接从存储器中读取p
′
i
(w)；
[0073]
在步骤s200中，可将待检测麦克风阵中放置在相同的测试环境中，并通过人工嘴或者音箱对待检测麦克风阵播放相同的测试声音，然后对待检测麦克风阵中的每一个待检测麦克风采集的音频信号进行相同的处理，包括如下步骤：
[0074]
步骤b1：对每一个待检测麦克风采集的音频信号进行分帧处理，得到若干帧信号；
[0075]
步骤b2：对每一帧信号进行频带划分，通过调制滤波方式将每一帧信号分成n个频带；
[0076]
步骤b3：计算每一个待检测麦克风在n个频带上的检测值，p
i
(w)与呈正相关，包括：
[0077][0078]
例如，在一实施例中，可将参考麦克风阵中的l个参考麦克风在n个频带上的检测值p
′
i
(w)、待检测麦克风阵中的l个待检测麦克风在n个频带上的检测值p
i
(w)分别上传至上位机，上位机对这些数据进行计算处理，从而判断各待检测麦克风是否一致；
[0079]
例如，所述步骤s300包括：
[0080]
步骤s301：计算p
i
(w)与p
′
i
(w)之间的差值diff
i
(w)＝|p
i
(w)-p
′
i
(w)|；
[0081]
步骤s302：比较diff
i
(w)与第i个待检测麦克风在第w个频带上的差值阈值thi(w)，若diff
i
(w)≤th
i
(w)，则判断第i个待检测麦克风在第w个频带上一致，否则，判断第i个待检测麦克风在第w个频带上不一致；
[0082]
步骤s303：根据所述第i个待检测麦克风在所述n个频带上不一致的频带的数量判断所述第i个待检测麦克风是否一致，例如，在该步骤中，若所述第i个待检测麦克风在所述n个频带上不一致的频带的数量count
i
小于计数阈值cout_th，则判断第i个待检测麦克风一致，否则，判断所述第i个待检测麦克风不一致，其中，该计数阈值cout_th可以根据具体
需求进行设定，本发明对此不作具体限定。
[0083]
其中，本发明实施例中，对于同一待检测麦克风，其在不同频带上的差值阈值不同可以相同，也可以不同，对于不同待检测麦克风，其在相同频带上的差值阈值可以相同，也可以不同；
[0084]
优选地，在一实施例中，至少存在一个待检测麦克风，其在不同频带上的差值阈值不同，且频带的频率越大，差值阈值越大，这样有利于进一步提高麦克风阵的一致性检测精度；
[0085]
例如，在一实施例中，对于不同待检测麦克风，其在相同频带上的差值阈值相同，但在不同频带上的差值阈值不同，且频带的频率越大，差值阈值越大。
[0086]
本发明实施例提供的检测麦克风阵一致性的方法，通过将待检测麦克风阵的各待检测麦克风采集到的音频信号进行分帧、调制滤波分成不同的频带，并分别获取所有帧对应功率谱的均值或者幅度谱的均值，得到各待检测麦克风在多个频带上的检测值，然后以相同的测试条件下，参考麦克风阵中的对应参考麦克风在多个频带上的检测值为参考进行比较，从而确定待检测麦克风阵的一致性，同时可以降低高频部分声反射对麦克风一致性检测的影响，提高麦克风阵的一致性的检测精度，从而提高麦克风阵语音增强系统的性能及鲁棒性，并且无需计算音频信号的相位差，减少了一定的算法复杂度。
[0087]
参见图2，图2是本发明实施例提供的一种检测麦克风阵一致性的系统的示意图，该系统包括：
[0088]
第一获取模块1，用于获取设定测试条件下，参考麦克风阵中的l个参考麦克风在n个频带上的检测值p
′
i
(w)，p
′
i
(w)为所述参考麦克风阵中的第i个参考麦克风在第w个频带上的检测值，i＝1，...l，w＝1，...n，l≥2，n≥2；
[0089]
所述参考麦克风阵为预先被选定作为一致性参考标准的麦克风阵；
[0090]
其中，p
′
i
(w)与呈正相关，|y
′
i
(k，w)|为对第i个参考麦克风采集的音频信号进行分帧得到的第k帧信号在第w个频带上的幅度值，m
′
i
为对第i个参考麦克风采集的音频信号进行分帧得到的信号帧数，p为1或2；
[0091]
第二获取模块2，用于获取与所述设定测试条件相同的测试条件下，待检测麦克风阵中的l个待检测麦克风在所述n个频带上的检测值p
i
(w)，p
i
(w)为所述待检测麦克风阵中的第i个待检测麦克风在第w个频带上的检测值，所述相同的测试条件至少包括相同的测试环境和相同的测试声音；
[0092]
其中，p
i
(w)与呈正相关，|y
i
(k，w)|为对第i个待检测麦克风采集的音频信号进行分帧得到的第k帧信号在第w个频带上的幅度值，m
i
为对第i个待检测麦克风采集的音频信号进行分帧得到的信号帧数；
[0093]
第一处理模块3，用于将所述待检测麦克风阵中的第i个待检测麦克风在所述n个频带上的检测值与所述参考麦克风阵中的第i个参考麦克风在所述n个频带上的检测值进行比较，以判断所述第i个待检测麦克风是否一致；
[0094]
第二处理模块4，用于根据所述l个待检测麦克风中各待检测麦克风的一致判断结果确定所述待检测麦克风阵的一致性。
[0095]
本发明实施例还提供了一种检测麦克风阵一致性的系统，包括处理器、与所述处理器耦合的存储器，其中，所述存储器中存储有指令，以供所述处理器执行，当所述处理器执行所述指令时，能实现上述的检测麦克风阵一致性的方法。
[0096]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的检测麦克风阵一致性的方法。
[0097]
本领域的技术人员能够理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
[0098]
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。