本发明涉及音频数据处理领域，特别涉及为基于波束成形的定向音频传输方法及系统。
背景技术：
1、随着音乐及视频播放设备的流行，丰富了人们的娱乐生活，目前现有的音乐及视频播放设备主要基于ios系统及安卓系统，由此能够适用于ios系统及安卓系统的智能耳机也随之兴起，但是声音在传输过程中会遇到多路径效应，由于反射、折射或散射的原因，声波会通过多条不同路径到达接收点，这种现象会导致信号的干扰和衰减，从而影响声音传输的质量。
技术实现思路
1、本发明旨在解决由于反射、折射或散射的原因，声波通过多条不同路径到达接收点，导致信号的干扰和衰减，从而影响声音传输质量的问题，提供基于波束成形的定向音频传输方法及系统。
2、本发明为解决技术问题采用如下技术手段：
3、本发明提供基于波束成形的定向音频传输方法，包括：
4、基于智能耳机预接收的音频信号内容，对所述音频信号内容进行时延估计，识别不同路径的时延差异数据；
5、判断所述时延差异数据是否符合预设的多路径效应特征；
6、若是，则激活预设的多通道接收阵列，采集来自不同方向的接收信号，根据所述接收信号和预设目标方向，计算各个预设阵列元件的权值，将加权后的所述接收信号进行合成，生成指向所述目标方向的波束，循环迭代所述波束的生成过程直至所述权值收敛；
7、判断所述智能耳机是否检测到至少两个的紧密间隔信号源；
8、若检测到，则计算所述接收信号的协方差矩阵，对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到特征向量矩阵和特征值矩阵，依据所述特征值矩阵的特征值大小，将所述特征向量矩阵划分为信号子空间和噪声子空间，基于所述信号子空间和噪声子空间构建谱数据，在所述谱数据中搜索峰值位置，获取所述紧密间隔信号源的目标方向角，根据所述目标方向角动态调整所述阵列元件的权值。
9、进一步地，所述将加权后的所述接收信号进行合成，生成指向所述目标方向的波束的步骤中，包括：
10、识别所述阵列元件对应的阵列结构，基于所述目标方向和所述阵列结构计算阵列流形向量，从所述阵列流形向量中获取所述接收信号的相对相位和相对幅度，根据所述目标方向和预设的波束成形算法计算所述阵列元件的权值，其中，所述阵列结构具体包括线性、圆形和平面，所述波束成形算法具体包括延迟求和波束成形与自适应波束成形；
11、判断目标信号是否需要增强；
12、若是，则将所述阵列流形向量与所述目标信号进行相位对齐，通过预设的最小化噪声和干扰方差，保持所述目标信号的无失真响应，并将所述接收信号与所述权值进行加权处理，得到加权后的所述接收信号。
13、进一步地，所述循环迭代所述波束的生成过程直至所述权值收敛的步骤后，还包括：
14、基于所述阵列元件对应的阵列天线类型和权值分布，识别所述波束的所需主瓣宽度，其中，所述阵列天线类型具体包括面阵列天线、球面阵列天线和环形阵列天线；
15、判断所述所需主瓣宽度能否抑制所述目标方向上的干扰信号；
16、若否，则根据所述权值分布对应调整所述主瓣宽度，同时获取所述波束的旁瓣级别，通过减少旁瓣的高度以调整所述旁瓣级别至最小级别。
17、进一步地，所述将所述特征向量矩阵划分为信号子空间和噪声子空间，基于所述信号子空间和噪声子空间构建谱数据的步骤中，还包括：
18、基于所述特征向量矩阵和所述特征值矩阵构建波束权向量，以所述波束权向量最大化所述智能耳机对目标信号的接收；
19、判断所述波束权向量能否最小化预设的干扰信号；
20、若否，则识别所述智能耳机预采集的环境变化信息和信号特性，根据所述环境变化信息和所述信号特性动态调整所述波束权向量，保持所述智能耳机的波束指向和对所述目标信号的接收。
21、进一步地，所述判断所述时延差异数据是否符合预设的多路径效应特征的步骤中，还包括：
22、从所述时延差异数据中提取对应的统计特征，计算所述统计特征与所述多路径效应特征的相似性度量，其中，所述统计特征具体包括时延分布特征、频域特征和波形特征；
23、判断所述相似性度量是否大于预设相似阈值；
24、若是，则基于所述多路径效应特征将所述时延差异数据划分为不同类别，对各个特征进行数据标注，其中，所述不同类别具体包括直射路径、反射路径和折射路径，所述数据标注具体包括环境条件、信号源位置、路径数量和时延值。
25、进一步地，所述则计算所述接收信号的协方差矩阵，对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到特征向量矩阵和特征值矩阵的步骤后，还包括：
26、基于所述协方差矩阵的特征值分解，识别与所述紧密间隔信号源对应的空间谱峰值，根据所述空间谱峰值获取所述紧密间隔信号源的方向信息；
27、判断所述方向信息是否匹配预估角度；
28、若是，则依据预设麦克风阵列的可到达角度，通过几何关系计算所述紧密间隔信号源的至少两个位置信息，将所述麦克风阵列的定位信息进行融合，生成所述紧密间隔信号源的相对位置。
29、进一步地，所述基于智能耳机预接收的音频信号内容，对所述音频信号内容进行时延估计，识别不同路径的时延差异数据的步骤中，包括：
30、应用所述智能耳机预设的带通滤波器去除所述音频信号内容中的噪声数据，保留预设目标频率范围内的有效信号，其中，所述噪声数据具体包括背景噪声和干扰信号；
31、判断所述有效信号是否处于同一幅度范围内；
32、若否，则对所述音频信号内容进行幅度归一化处理，调整所述音频信号内容的峰值为预设最大值，基于所述音频信号内容的均方根值对应调整信号整体能量，将所述音频信号内容按比例缩放分贝，其中，所述幅度归一化处理具体包括峰值归一化、均方值归一化和分贝归一化。
33、本发明还提供基于波束成形的定向音频传输系统，包括：
34、识别模块，用于基于智能耳机预接收的音频信号内容，对所述音频信号内容进行时延估计，识别不同路径的时延差异数据；
35、判断模块，用于判断所述时延差异数据是否符合预设的多路径效应特征；
36、执行模块，用于若是，则激活预设的多通道接收阵列，采集来自不同方向的接收信号，根据所述接收信号和预设目标方向，计算各个预设阵列元件的权值，将加权后的所述接收信号进行合成，生成指向所述目标方向的波束，循环迭代所述波束的生成过程直至所述权值收敛；
37、第二判断模块，用于判断所述智能耳机是否检测到至少两个的紧密间隔信号源；
38、第二执行模块，用于若检测到，则计算所述接收信号的协方差矩阵，对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到特征向量矩阵和特征值矩阵，依据所述特征值矩阵的特征值大小，将所述特征向量矩阵划分为信号子空间和噪声子空间，基于所述信号子空间和噪声子空间构建谱数据，在所述谱数据中搜索峰值位置，获取所述紧密间隔信号源的目标方向角，根据所述目标方向角动态调整所述阵列元件的权值。
39、进一步地，所述执行模块包括：
40、识别单元，用于识别所述阵列元件对应的阵列结构，基于所述目标方向和所述阵列结构计算阵列流形向量，从所述阵列流形向量中获取所述接收信号的相对相位和相对幅度，根据所述目标方向和预设的波束成形算法计算所述阵列元件的权值，其中，所述阵列结构具体包括线性、圆形和平面，所述波束成形算法具体包括延迟求和波束成形与自适应波束成形；
41、判断单元，用于判断目标信号是否需要增强；
42、执行单元，用于若是，则将所述阵列流形向量与所述目标信号进行相位对齐，通过预设的最小化噪声和干扰方差，保持所述目标信号的无失真响应，并将所述接收信号与所述权值进行加权处理，得到加权后的所述接收信号。
43、进一步地，还包括：
44、第二识别模块，用于基于所述阵列元件对应的阵列天线类型和权值分布，识别所述波束的所需主瓣宽度，其中，所述阵列天线类型具体包括面阵列天线、球面阵列天线和环形阵列天线；
45、第三判断模块，用于判断所述所需主瓣宽度能否抑制所述目标方向上的干扰信号；
46、第三执行模块，用于若否，则根据所述权值分布对应调整所述主瓣宽度，同时获取所述波束的旁瓣级别，通过减少旁瓣的高度以调整所述旁瓣级别至最小级别。
47、本发明提供了基于波束成形的定向音频传输方法及系统，具有以下有益效果：
48、本发明通过对预接收的音频信号进行时延估计和时延差异数据的识别，可以有效区分和量化不同路径导致的时延差异，同时在检测到多路径效应后，激活预设的多通道接收阵列可以有效地捕获来自不同方向的信号，基于这些接收信号，使用波束成形技术可以生成指向目标方向的波束，从而抑制非目标方向的干扰信号，并且根据目标方向角动态调整阵列元件的权值，可以进一步优化波束的形成效果，确保目标信号的清晰度和强度，这种动态调整能够应对多路径效应导致的信号衰减和干扰变化。
1.基于波束成形的定向音频传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于波束成形的定向音频传输方法，其特征在于，所述将加权后的所述接收信号进行合成，生成指向所述目标方向的波束的步骤中，包括：
3.根据权利要求1所述的基于波束成形的定向音频传输方法，其特征在于，所述循环迭代所述波束的生成过程直至所述权值收敛的步骤后，还包括：
4.根据权利要求1所述的基于波束成形的定向音频传输方法，其特征在于，所述将所述特征向量矩阵划分为信号子空间和噪声子空间，基于所述信号子空间和噪声子空间构建谱数据的步骤中，还包括：
5.根据权利要求1所述的基于波束成形的定向音频传输方法，其特征在于，所述判断所述时延差异数据是否符合预设的多路径效应特征的步骤中，还包括：
6.根据权利要求1所述的基于波束成形的定向音频传输方法，其特征在于，所述则计算所述接收信号的协方差矩阵，对所述协方差矩阵进行特征值分解，得到特征向量矩阵和特征值矩阵的步骤后，还包括：
7.根据权利要求1所述的基于波束成形的定向音频传输方法，其特征在于，所述基于智能耳机预接收的音频信号内容，对所述音频信号内容进行时延估计，识别不同路径的时延差异数据的步骤中，包括：
8.基于波束成形的定向音频传输系统，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的基于波束成形的定向音频传输系统，其特征在于，所述执行模块包括：
10.根据权利要求8所述的基于波束成形的定向音频传输系统，其特征在于，还包括：
