一种基于声源的监控方法及监控系统.pdf

本发明公开了一种基于声源的监控方法及监控系统，所述监控系统包括：两个以上的音频采集器，数据采集卡、图像采集装置、处理装置；两个以上的音频采集器和所述图像采集装置固定在支架上，所有的音频采集器将采集的音频信号通过所述数据采集卡输入所述处理装置，所述处理装置根据所述数据采集卡输入的信号获取所述图像采集装置旋转角度以及旋转方向，并向图像采集装置发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令；所述图像采集装置接收所述处理装置发送的调整指令之后，根据所述调整指令调整采集图像的方位，并采集发出音频信号区域的图像。上述监控系统可以实时调整图像采集装置的采集方向，有效采集声源区域的图像，实时监控目标物体。

1.  一种基于声源的监控系统，其特征在于，包括：
两个以上的音频采集器，数据采集卡、图像采集装置、处理装置；
两个以上的音频采集器和所述图像采集装置固定在支架上，
所有的音频采集器将采集的音频信号通过所述数据采集卡输入所述处理装置，所述处理装置根据所述数据采集卡输入的信号获取所述图像采集装置旋转角度以及旋转方向，并向图像采集装置发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令；
所述图像采集装置接收所述处理装置发送的调整指令之后，根据所述调整指令调整采集图像的方位，并采集发出音频信号区域的图像。

2.  根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述音频采集器的数量为两个；
所述图像采集装置位于两个音频采集器的中间位置。

3.  根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
放大器，所述放大器连接所有的音频采集器，用于将所述音频采集器采集的音频信号放大，并将放大后的音频信号输入所述数据采集卡。

4.  根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述处理装置为计算机或上位机、所述音频采集器为麦克风，所述图像采集装置为摄像头。

5.  一种基于声源的监控方法，其特征在于，包括：
接收数据采集卡传输的两个以上的音频信号，所述音频信号为音频采集器采集并输入至所述数据采集卡的信号；
根据所述两个以上的音频信号，确定图像采集装置的旋转角度以及旋转方向；
向图像采集装置发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令，以使所述图像采集装置根据所述调整指令调整采集图像的方位。

6.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，接收数据采集卡传输的两个以上的音频信号，具体为：
接收数据采集卡传输的经过放大器放大的两个以上的音频信号。

7.  根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述两个以上的音频信号，确定图像采集装置的旋转角度以及旋转方向，包括：
获取第一音频采集器采集音频信号的第一时间戳，获取第二音频采集器采集音频信号的第二时间戳；
获取所述第一时间戳与所述第二时间戳的差值，根据所述差值和所述声波速率、所述第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离确定所述图像采集装置的旋转角度；
将采集音频信号最早的音频采集器所在方向为旋转方向。

8.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于，获取所述第一时间戳与所述第二时间戳的差值，根据所述差值和所述声波速率、所述第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离确定所述图像采集装置的旋转角度，具体为：
根据θ≈sin^-1δd确定所述图像采集装置的旋转角度θ；
其中，δ＝Δt*v，Δt表示所述差值，v表示声波速率，2*d表示第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离。

9.  一种处理装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收数据采集卡传输的两个以上的音频信号，所述音频信号为音频采集器采集并输入至所述数据采集卡的信号；
确定单元，用于根据所述两个以上的音频信号，确定图像采集装置的旋转角度以及旋转方向；
发送单元，用于向图像采集装置发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令，以使所述图像采集装置根据所述调整指令调整采集图像的方位。

10.  根据权利要求9所述的处理装置，其特征在于，所述确定单元， 具体用于
获取第一音频采集器采集音频信号的第一时间戳，获取第二音频采集器采集音频信号的第二时间戳；
获取所述第一时间戳与所述第二时间戳的差值，根据所述差值和所述声波速率、所述第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离确定所述图像采集装置的旋转角度；
将采集音频信号最早的音频采集器所在方向为旋转方向。

一种基于声源的监控方法及监控系统
技术领域
本发明涉及通信技术，具体涉及一种基于声源的监控方法及监控系统。
背景技术
在高度信息化的今天，摄像头几乎已经覆盖了小区、商场、工厂等所有的公共场所。监控摄像头在安全防范系统中，起到了至关重要的作用。然而，现有的监控摄像头绝大多数都是静态监控，即固定的监控一块区域。即使存在一些具有调整方向功能的摄像头，也只能在人为干涉的情况下调整方向。在这样的情况下，除非安装上一定数量的摄像头，否则总会存在监控死角。但是这样的方案，其监控成本却会大大增加，而且，也会增加监控视频的存储量，缩短监控视频的存储时间。
为此，如何实现摄像头的跟踪拍摄成为业内亟需解决的问题。目前，现有技术中有几种跟踪拍摄的技术方案如下说明：
第一种方案为：具有多摄像机的智能跟踪监视系统，该系统由一个全景摄像机和多个辅助跟踪摄像机组成，适用于大范围、多目标监控的场景。
第二种方案为：环场摄影监视追踪系统,该系统由一个环场摄像机、一个高速球摄像机、初始化校对模块、坐标转移模块、现实模块等组成。该系统的优点是能够环场追踪、监视目标且无监视死角。
第三种方案为：闭路电视自动跟踪系统，该系统由数据采集卡和自动跟踪软件组成。该系统可以手动选择跟踪目标,并在一定范围内对目标进行跟踪。该系统成本低、维护方便。
第四种方案为：异常目标检测与跟踪摄像系统,该系统由摄像机、 云台、数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)、云台控制单片机、图像采集视频解码芯片等构成。该系统的优点是响应速度快，可以实现入侵目标快速检测和跟踪。
然而，上述各种跟踪拍摄的技术方案均是基于图像分析的视频跟踪系统。这些方案通常采取的是捕捉画面，分析出目标物体的位置，并对其进行监控的方法。导致的问题是：如果目标物体未出现的监控画面中，摄像头就无法识别到目标物体，也就无法实行监控，也就失去了视频监控的意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种基于声源的监控方法及监控系统，能够实时调整图像采集装置采集声源区域的图像，可实现实时监控目标物体。
第一方面，本发明提供一种基于声源的监控系统，包括：
两个以上的音频采集器，数据采集卡、图像采集装置、处理装置；
两个以上的音频采集器和所述图像采集装置固定在支架上，
所有的音频采集器将采集的音频信号通过所述数据采集卡输入所述处理装置，所述处理装置根据所述数据采集卡输入的信号获取所述图像采集装置旋转角度以及旋转方向，并向图像采集装置发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令；
所述图像采集装置接收所述处理装置发送的调整指令之后，根据所述调整指令调整采集图像的方位，并采集发出音频信号区域的图像。
可选地，所述音频采集器的数量为两个；
所述图像采集装置位于两个音频采集器的中间位置。
可选地，所述系统还包括：
放大器，所述放大器连接所有的音频采集器，用于将所述音频采集器采集的音频信号放大，并将放大后的音频信号输入所述数据采集 卡。
可选地，所述处理装置为计算机或上位机、所述音频采集器为麦克风，所述图像采集装置为摄像头。
第二方面，本发明提供一种基于声源的监控方法，包括：
接收数据采集卡传输的两个以上的音频信号，所述音频信号为音频采集器采集并输入至所述数据采集卡的信号；
根据所述两个以上的音频信号，确定图像采集装置的旋转角度以及旋转方向；
向图像采集装置发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令，以使所述图像采集装置根据所述调整指令调整采集图像的方位。
可选地，接收数据采集卡传输的两个以上的音频信号，具体为：
接收数据采集卡传输的经过放大器放大的两个以上的音频信号。
可选地，所述根据所述两个以上的音频信号，确定图像采集装置的旋转角度以及旋转方向，包括：
获取第一音频采集器采集音频信号的第一时间戳，获取第二音频采集器采集音频信号的第二时间戳；
获取所述第一时间戳与所述第二时间戳的差值，根据所述差值和所述声波速率、所述第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离确定所述图像采集装置的旋转角度；
将采集音频信号最早的音频采集器所在方向为旋转方向。
可选地，获取所述第一时间戳与所述第二时间戳的差值，根据所述差值和所述声波速率、所述第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离确定所述图像采集装置的旋转角度，具体为：
根据θ≈sin^-1δ/d确定所述图像采集装置的旋转角度θ；
其中，δ＝Δt*v，Δt表示所述差值，v表示声波速率，2*d表示第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离。
第三方面，本发明提供一种处理装置，包括：
接收单元，用于接收数据采集卡传输的两个以上的音频信号，所述音频信号为音频采集器采集并输入至所述数据采集卡的信号；
确定单元，用于根据所述两个以上的音频信号，确定图像采集装置的旋转角度以及旋转方向；
发送单元，用于向图像采集装置发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令，以使所述图像采集装置根据所述调整指令调整采集图像的方位。
可选地，所述确定单元，具体用于
获取第一音频采集器采集音频信号的第一时间戳，获取第二音频采集器采集音频信号的第二时间戳；
获取所述第一时间戳与所述第二时间戳的差值，根据所述差值和所述声波速率、所述第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离确定所述图像采集装置的旋转角度；
将采集音频信号最早的音频采集器所在方向为旋转方向。
由上述技术方案可知，本发明的基于声源的监控方法及监控系统，通过音频采集器采集音频信号，以及处理装置根据音频信号，确定图像采集装置采集的方位，进而调整图像采集装置以实现采集发出音频信号区域的图像，由此，可有效采集声源区域的图像，实时监控目标物体。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于声源的监控系统的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的基于声源的监控系统的结构示意图；
图3为本发明实施例中放大器的电路示意图；
图4为本发明一实施例提供的基于声源的监控方法的流程示意图；
图5为本发明另一实施例提供的基于声源的监控方法的流程示意图；
图6为本发明另一实施例提供的基于声源的监控方法的流程示意图；
图7为本发明一实施例提供的处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。本发明实施例中所使用的“第一”、“第二”仅为更清楚的说明本申请的内容，不具有特定含义，也不限定任何内容。
图1示出了本发明一实施例提供的基于声源的监控系统的结构示意图，如图1所示，本实施例的基于声源的监控系统包括：
两个以上的音频采集器11，数据采集卡12、图像采集装置13、处理装置14；
其中，两个以上的音频采集器11和图像采集装置13固定在支架上，所有的音频采集器11连接数据采集卡12的输入，该数据采集卡12的输出连接处理装置14，处理装置14与图像采集装置13通信连接。 
具体地，本实施例中所有的音频采集器11将采集的音频信号通过所述数据采集卡12输入所述处理装置14，所述处理装置14根据所述数据采集卡12输入的信号获取所述图像采集装置13旋转角度以及旋转方向，并向图像采集装置13发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令；
所述图像采集装置13接收所述处理装置14发送的调整指令之后，根据所述调整指令调整采集图像的方位，并采集发出音频信号区域的图像。
在实际应用中，监控系统可包括两个音频采集器11(如第一音频采集器和第二音频采集器)，且图像采集装置可位于两个音频采集器的中间位置，即，第一音频采集器和第二音频采集器、图像采集装置可固定在一支架上。
此时，处理装置14可具体用于接收数据采集卡传输的两个的音频信号，进而获取第一音频采集器采集音频信号的第一时间戳，获取第二音频采集器采集音频信号的第二时间戳；
获取所述第一时间戳与所述第二时间戳的差值，根据所述差值和所述声波速率、所述第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离确定所述图像采集装置的旋转角度；将采集音频信号最早的音频采集器所在方向为旋转方向。
例如，可根据θ≈sin^-1δ/d确定所述图像采集装置的旋转角度θ；
其中，δ＝Δt*v，Δt表示所述差值，v表示声波速率，2*d表示第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离。
在一个具体的例子中，音频采集器11可为麦克风，图像采集装置13可为摄像头，处理装置14可为计算机或上位机等，本实施例仅为举例说明，能够采集音频信号的均可为本实施例中的音频采集器11，能够采集监控图像的均可为图像采集装置。
由上述技术方案可知，本发明的基于声源的监控系统，通过音频采集器采集音频信号，以及处理装置根据音频信号，确定图像采集装置采集的方位，进而调整图像采集装置以实现采集发出音频信号区域的图像，由此，可有效采集声源区域的图像，实时监控目标物体。
另外，为较好的实施本发明实施例的监控系统，可在实际应用中将第一音频采集器、摄像头、第二音频采集器固定在支架上，摄像头旋转时，第一音频采集器、摄像头、第二音频采集器同时旋转，即可使固定第一音频采集器、摄像头、第二音频采集器的支架在旋转方向上旋转角度θ。
图2示出了本发明另一实施例提供的基于声源的监控系统的结构示意图，图2所示的监控系统和图1所示的监控系统的区别在图2在音频采集器采集的信号输入数据采集卡之前，还通过放大器15(如图3所示)将其方法，进而将放大的音频信号输入数据采集卡12。
也就是说，图2中的所有音频采集器11连接放大器15，该放大器15用于将所述音频采集器11采集的音频信号放大，并将放大后的音频信号输入所述数据采集卡12。
另外，需要说明的是，放大器可为现有的任意放大器电路，图3仅示出一种放大器电路，该放大器电路优选采用电阻R1控制第二级的放大倍数，电阻R2用于调整输出信号的偏置，且在本实施例中，两级放大电路的增益为
Au=Au1*Au2=R8R5*R1R7∈[0,1500].]]>
图2所示的监控系统的工作流程可如图4所示，在启动监控系统中的音频采集器、图像采集装置、处理装置之后，所有的音频采集器可持续采集音频信号(如声音数据)；然后，通过放大器将音频信号放大以后，输入到数据采集卡，由处理装置如上位机根据几何关系分析出发出音频信号的声源的方位，进而控制图像采集装置如摄像头对准声源，以实现实时采集目标物体的图像。
上述监控系统可解决现有技术中监控技术的不足，实现了基于麦克风阵列的视频跟随系统。与现有技术相比，本方案有效减少监控所需摄像头的数量，在保证监控质量的同时节约了监控成本；减轻了安保人员的工作强度，节约人力；同时，该方案也可以使用在大型的会议场所或者视频会议中。
图5示出了本发明另一实施例提供的基于声源的监控方法的流程示意图，如图5所示，本实施例中的基于声源的监控方法如下所述。
501、处理装置接收数据采集卡传输的两个以上的音频信号，所述音频信号为音频采集器采集并输入至所述数据采集卡的信号。
可选地，处理装置可接收数据采集卡传输的经过放大器放大的两个以上的音频信号。
也就是说，所有的音频采集器连接放大器，并将采集的音频信号经由放大器放大后输入数据采集卡，进而数据采集卡将放大后的音频 信号转换，并输出至处理装置。 
502、处理装置根据所述两个以上的音频信号，确定图像采集装置的旋转角度以及旋转方向；
503、处理装置向图像采集装置发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令，以使所述图像采集装置根据所述调整指令调整采集图像的方位。
在一种具体的例子中，如果监控系统包括两个音频采集器如第一音频采集器和第二音频采集器，此时，前述步骤502可具体为下述的图中未示出的子步骤：
5021、获取第一音频采集器采集音频信号的第一时间戳，获取第二音频采集器采集音频信号的第二时间戳；
5022、获取所述第一时间戳与所述第二时间戳的差值，根据所述差值和所述声波速率、所述第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离确定所述图像采集装置的旋转角度；
例如，根据θ≈sin^-1δ/d确定所述图像采集装置的旋转角度θ；
其中，δ＝Δt*v，Δt表示所述差值，v表示声波速率，2*d表示第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离。
5023、将采集音频信号最早的音频采集器所在方向为旋转方向。
结合图6所示，图6中S1表示声源，P1表示第一麦克风、P2表示第二麦克风，监控摄像头位于第一麦克风和第二麦克风的中心位置。处理装置获取旋转角度的原理如下：
由于第一麦克风距离声源较劲，可最快接收到音频信号，故第一麦克风所在方向即为摄像头的旋转方向；
过点P1向S1和P2的连线做垂线，垂直于P点。在实际场景中d＜＜z，可以近似地认为δ/d≈x/z，由此，可获得声源位置与摄像头所成的角度θ≈sin^-1δ/d；
调整摄像头在当前位置上朝第一麦克风的位置旋转角度θ。
另外，为较好的实施本发明的监控方法，可在实际应用中将第一麦克风、摄像头、第二麦克风固定在支架上，摄像头旋转时，第一麦克风、摄像头、第二麦克风同时旋转，即可使固定第一麦克风、摄像头、第二麦克风的支架在旋转方向上旋转角度θ。
上述方法在保证监控质量的同时节约了监控成本；减轻了安保人员的工作强度，节约人力；同时，上述监控方法可以使用在大型的会议场所或者视频会议中。
图7示出了本发明一实施例提供的处理装置的结构示意图，如图7所示，本实施例中的处理装置包括：接收单元71、确定单元72和发送单元73；
其中，接收单元71用于接收数据采集卡传输的两个以上的音频信号，所述音频信号为音频采集器采集并输入至所述数据采集卡的信号；
确定单元72用于根据所述两个以上的音频信号，确定图像采集装置的旋转角度以及旋转方向；
发送单元73用于向图像采集装置发送包括所述旋转角度和旋转方向的调整指令，以使所述图像采集装置根据所述调整指令调整采集图像的方位。
在一种具体的例子中，确定单元72可具体用于，获取第一音频采集器采集音频信号的第一时间戳，获取第二音频采集器采集音频信号的第二时间戳；
获取所述第一时间戳与所述第二时间戳的差值，根据所述差值和所述声波速率、所述第一音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离确定所述图像采集装置的旋转角度；
将采集音频信号最早的音频采集器所在方向为旋转方向。
例如，根据θ≈sin^-1δ/d确定所述图像采集装置的旋转角度θ；
其中，δ＝Δt*v，Δt表示所述差值，v表示声波速率，2*d表示第一 音频采集器和所述第二音频采集器之间的距离。
该处理装置可执行前述图5所示的方法实施例的流程，本实施例不对其进行详述。
本实施例中的处理装置可与音频采集器、图像采集装置结合，实现根据现场声音信息判断声源位置，并控制图像采集装置指向声源，并跟随声源移动，由此可较好的监控目标物体。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在于该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附 图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。