指向可变的差分波束形成方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种指向可变的差分波束形成方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

基于麦克风阵列信号处理的语音增强技术被广泛应用于手机、耳机和智能电视等电子设备，如何鲁棒地降低环境噪声并不损伤目标语音信号是关键问题。20世纪初，研究人员为了测量声场的声压微分，使用两个距离很近的麦克风声压的差值作为微分的估计结果。基于这一原理的波束形成方法就是差分波束形成，或称为DMA(DifferentialMicrophone Array)。

相比较于常用的加性阵列波束形成方法，例如延时求和波束形成，DMA主要的优点是：阵列响应不会随频率变换而发生改变、用较少的阵元就可以得到较大的阵列指向性。缺点是：在低频段DMA的白噪声增益小于0，这会增大低频段白噪声而导致语音信号被掩蔽，且鲁棒性不好，若麦克风阵列为线阵，DMA在线阵中的指向方向必须是阵列的端射方向，即麦克风的连线方向，指向方向固定，不能灵活调整。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种指向可变的差分波束形成方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术中DMA在线阵中的指向方向必须是阵列的端射方向，不能灵活调整的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种指向可变的差分波束形成方法，所述方法包括以下步骤：

获取目标指向方向与目标零点方向，根据所述目标指向方向的余弦值与所述目标零点方向的余弦值，确定过渡零点方向的余弦值；

根据所述目标指向方向的余弦值、所述目标零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，确定阵列流型矩阵；

根据所述阵列流型矩阵，确定滤波权系数；

接收麦克风线阵发出的采样信号，根据所述滤波权系数对所述采样信号进行滤波，输出目标差分波束，所述目标差分波束的指向方向为所述目标指向方向，所述目标差分波束的零点方向为所述目标零点方向。

可选地，所述目标零点方向包括第一零点方向与第二零点方向，所述根据所述目标指向方向的余弦值与所述目标零点方向的余弦值，确定过渡零点方向的余弦值，包括：

获取所述麦克风线阵中的麦克风数量；

根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值以及所述第二零点方向的余弦值，确定余弦向量；

获取所述余弦向量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值、所述麦克风数量与所述过渡零点方向的余弦值之间的对应关系；

根据所述余弦向量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值、所述麦克风数量以及所述余弦向量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值、所述麦克风数量与所述过渡零点方向的余弦值之间的对应关系，确定所述过渡零点方向的余弦值。

可选地，所述根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值以及所述第二零点方向的余弦值，确定余弦向量，包括：

根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值以及所述第二零点方向的余弦值，分别生成所述目标指向方向、所述第一零点方向以及所述第二零点方向的过渡余弦向量；

根据所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量以及所述第二零点方向的过渡余弦向量，确定过渡余弦矩阵；

获取所述过渡余弦矩阵与所述余弦向量之间的对应关系；

根据所述过渡余弦矩阵以及所述过渡余弦矩阵与所述余弦向量之间的对应关系，确定所述余弦向量。

可选地，所述根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值以及所述第二零点方向的余弦值，分别生成所述目标指向方向、所述第一零点方向以及所述第二零点方向的过渡余弦向量，包括：

获取所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系；

根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值以及所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，确定所述目标指向方向的过渡余弦向量；

获取所述麦克风数量、所述目标零点方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系；

根据所述麦克风数量、所述第一零点方向的余弦值以及所述麦克风数量、所述第一零点方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，确定所述第一零点方向的过渡余弦向量；

根据所述麦克风数量、所述第二零点方向的余弦值以及所述麦克风数量、所述第二零点方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，确定所述第二零点方向的过渡余弦向量。

可选地，所述根据所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量以及所述第二零点方向的过渡余弦向量，确定过渡余弦矩阵，包括：

获取所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量、所述第二零点方向的过渡余弦向量与所述过渡余弦矩阵之间的对应关系；

根据所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量、所述第二零点方向的过渡余弦向量以及所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量、所述第二零点方向的过渡余弦向量与所述过渡余弦矩阵之间的对应关系，确定所述过渡余弦矩阵。

可选地，所述根据所述目标指向方向的余弦值、所述目标零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，确定阵列流型矩阵，包括：

根据所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，分别确定所述目标指向方向、所述第一零点方向、所述第二零点方向以及所述过渡零点方向的导向矢量；

对所述目标指向方向的导向矢量、所述第一零点方向的导向矢量、所述第二零点方向的导向矢量以及所述过渡零点方向的导向矢量进行变形，得到所述阵列流型矩阵。

可选地，所述根据所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，分别确定所述目标指向方向、所述第一零点方向、所述第二零点方向以及所述过渡零点方向的导向矢量，包括：

获取所述麦克风线阵的间距数据、频率数据以及声速数据；

根据所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值以及所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，确定所述目标指向方向的导向矢量；

根据所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值以及所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，确定所述第一零点方向的导向矢量与所述第二零点方向的导向矢量；

根据所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述过渡零点方向的余弦值以及所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述过渡零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，确定所述过渡零点方向的导向矢量。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种指向可变的差分波束形成装置，所述指向可变的差分波束形成装置包括：

系数设计模块，用于获取目标指向方向与目标零点方向，根据所述目标指向方向的余弦值与所述目标零点方向的余弦值，确定过渡零点方向的余弦值；

所述系数设计模块，还用于根据所述目标指向方向的余弦值、所述目标零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，确定阵列流型矩阵；

所述系数设计模块，还用于根据所述阵列流型矩阵，确定所述滤波权系数；

波束生成模块，用于接收麦克风线阵发出的采样信号，根据所述滤波权系数对所述采样信号进行滤波，输出所述采样信号对应的差分波束，所述差分波束的指向方向为所述目标指向方向，所述差分波束的零点方向为所述目标零点方向。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种指向可变的差分波束形成设备，所述指向可变的差分波束形成设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的指向可变的差分波束形成程序，所述指向可变的差分波束形成程序配置为实现如上文所述的指向可变的差分波束形成方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有指向可变的差分波束形成程序，所述指向可变的差分波束形成程序被处理器执行时实现如上文所述的指向可变的差分波束形成方法的步骤。

在本发明中，通过获取目标指向方向与目标零点方向，根据目标指向方向的余弦值与目标零点方向的余弦值，确定过渡零点方向的余弦值，根据目标指向方向的余弦值、目标零点方向的余弦值以及过渡零点方向的余弦值，确定阵列流型矩阵，根据阵列流型矩阵，确定滤波权系数，接收麦克风线阵发出的采样信号，根据滤波权系数对采样信号进行滤波，输出目标差分波束，所述差分波束的指向方向为所述目标指向方向，所述差分波束的零点方向为所述目标零点方向。相较于差分波束在线阵中的指向方向必须是阵列的端射方向，不能灵活调整，本发明利用代数多项式分解方法，设计差分波束形成的权系数，使用该权系数对每个采样信号进行滤波，可以得到指向任意方向的差分波束，进而可以根据实际需求灵活调整指向方向，此外，整个过程是离线进行的，不会增加任何的算力负担。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的指向可变的差分波束形成设备的结构示意图；

图2为本发明指向可变的差分波束形成方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明指向可变的差分波束形成方法一实施例的麦克风阵列示意图；

图4为本发明指向可变的差分波束形成方法一实施例的波束图；

图5为本发明指向可变的差分波束形成方法第二实施例的流程示意图；

图6为本发明指向可变的差分波束形成装置第一实施例的结构框图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的指向可变的差分波束形成设备结构示意图。

如图1所示，该指向可变的差分波束形成设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对指向可变的差分波束形成设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及指向可变的差分波束形成程序。

在图1所示的指向可变的差分波束形成设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明指向可变的差分波束形成设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在指向可变的差分波束形成设备中，所述指向可变的差分波束形成设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的指向可变的差分波束形成程序，并执行本发明实施例提供的指向可变的差分波束形成方法。

本发明实施例提供了一种指向可变的差分波束形成方法，参照图2，图2为本发明一种指向可变的差分波束形成方法第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述指向可变的差分波束形成方法包括以下步骤：

步骤S10：获取目标指向方向与目标零点方向，根据所述目标指向方向的余弦值与所述目标零点方向的余弦值，确定过渡零点方向的余弦值。

需要说明的是，本实施例的执行主体为指向可变的差分波束形成设备，所述指向可变的差分波束形成设备中设有指向可变的差分波束形成程序，通过运行指向可变的差分波束形成程序，实现差分波束的形成。

可以理解的是，波束形成需要多个麦克风，它们共同组成了一个阵列，这些麦克风的相对位置决定了阵列的形状，例如线阵、圆阵和面阵，如图3所示，本实施例中的指向可变的差分波束形成方法是针对于线阵的，当麦克风排列为线阵时，采用指向可变的差分波束形成方法，形成任意指向方向的差分波束。

应当理解的是，目标指向方向指的是设定的差分波束的指向方向，也就是最终生成的差分波束的指向方向，可以是任意方向，例如：60°，可根据实际需求进行调整，本实施例对此不做限制。所述目标零点方向指的是设定的差分波束的零点方向，也就是最终生成的差分波束的零点方向，可以是任意方向，例如：120°、150°，可根据实际需求进行调整，本实施例对此不做限制。所述过渡零点方向指的是在目标零点方向基础上，理论上存在的另一个零点。

需要说明的是，在通信设备中，例如：手机、耳机等，通常使用的麦克风数量为4～5个，此时，对于麦克风数量为4的线阵，其最多可以有3个零点，因此，本实施例在过程中，通常需要设置两个目标零点方向：第一零点方向与第二零点方向，例如：将第一零点方向与第二零点方向设置为120°和150°。过渡零点方向作为第三个零点，其余弦值需要依靠第一零点方向与第二零点方向计算得到，此外，由于本实施例将目标指向方向设置为任意角度，第三个零点方向可能不具备实际的物理意义(即其余弦值的绝对值大于1)，仅作为计算的一个中间变量。

可以理解的是，目标指向方向的余弦值即为根据目标指向方向计算出的余弦值，例如：目标指向方向为60°时，目标指向方向的余弦值为t

在具体实现中，首先根据设定的目标指向方向、第一零点方向以及第二零点方向，确定其对应的余弦值，接着根据目标指向方向的余弦值、第一零点方向的余弦值以及第二零点方向的余弦值，计算出过渡零点方向的余弦值。

步骤S20：根据所述目标指向方向的余弦值、所述目标零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，确定阵列流型矩阵。

进一步地，所述步骤S20包括：

根据所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，分别确定所述目标指向方向、所述第一零点方向、所述第二零点方向以及所述过渡零点方向的导向矢量，对所述目标指向方向的导向矢量、所述第一零点方向的导向矢量、所述第二零点方向的导向矢量以及所述过渡零点方向的导向矢量进行变形，得到所述阵列流型矩阵。

应当理解的是，阵列流型矩阵与导向矢量有关，如下所示：

式中，D表示阵列流型矩阵，

在具体实现中，根据目标指向方向的余弦值、第一零点方向的余弦值、第二零点方向的余弦值以及过渡零点方向的余弦值，计算出目标指向方向的导向矢量、第一零点方向的导向矢量、第二零点方向的导向矢量以及过渡零点方向的导向矢量，进而得到阵列流型矩阵。

进一步地，所述根据所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，分别确定所述目标指向方向、所述第一零点方向、所述第二零点方向以及所述过渡零点方向的导向矢量，包括：

获取所述麦克风线阵的间距数据、频率数据以及声速数据。

需要说明的是，麦克风线阵即为本实施例应用的以线阵形式排列的麦克风，间距数据指的是两两麦克风之间的间距，例如：1cm，可根据实际情况进行设定，本实施例对此不做限制，频率数据指的是麦克风声音信号的频率，例如：1000Hz，可根据实际情况进行设定，本实施例对此不做限制，声速数据指的是麦克风声音信号传播的速度，通常是340m/s。

获取所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，根据所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值以及所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，确定所述目标指向方向的导向矢量。

可以理解的是，麦克风数量指的是麦克风线阵中麦克风的数量，根据实际情况确定，本实施例对此不做限制。导向矢量与麦克风数量、间距数据、频率数据、声速数据以及方向的余弦值有关，导向矢量的计算关系式如下所示：

sVector

式中，sVector

应当理解的是，本实施例中的目标指向方向适用上述导向矢量的计算关系式，间距数据、频率数据、声速数据、麦克风数量、目标指向方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系即为的导向矢量的计算关系式：

其中，

获取所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，根据所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值以及所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，确定所述第一零点方向的导向矢量与所述第二零点方向的导向矢量。

需要说明的是，目标零点方向适用上述导向矢量的计算关系式，间距数据、频率数据、声速数据、麦克风数量、目标零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系即为目标零点方向的方向矢量的计算关系式：

其中，

获取所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述过渡零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，根据所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述过渡零点方向的余弦值以及所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述过渡零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，确定所述过渡零点方向的导向矢量。

可以理解的是，本实施例中过渡零点方向适用上述导向矢量的计算关系式，间距数据、频率数据、声速数据、麦克风数量、过渡零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系即为过渡零点方向的导向矢量的计算关系式：

其中，

在具体实现中，将目标指向方向的余弦值、第一零点方向的余弦值、第二零点方向的余弦值以及过渡零点方向的余弦值，分别代入导向矢量的计算关系式，得到目标指向方向的导向矢量、第一零点方向的导向矢量、第二零点方向的导向矢量以及过渡零点方向的导向矢量。

步骤S30：根据所述阵列流型矩阵，确定滤波权系数。

进一步地，所述步骤S30包括：获取所述阵列流型矩阵与所述滤波权系数之间的对应关系，根据所述阵列流型矩阵以及所述阵列流型矩阵与所述滤波权系数之间的对应关系，确定所述滤波权系数。

应当理解的是，滤波权系数指的是本实施例设计的滤波器的权系数，也就是在信号滤波时所使用的权系数。阵列流型矩阵与滤波权系数之间的对应关系指的是滤波权系数的计算关系式，如下所示：

h＝D

式中，h表示滤波权系数，D表示阵列流型矩阵，I表示单位向量[1，0，0，0]

在具体实现中，根据步骤S20中得到的阵列流型矩阵，计算出滤波权系数。

步骤S40：接收麦克风线阵发出的采样信号，根据所述滤波权系数对所述采样信号进行滤波，输出目标差分波束，所述目标差分波束的指向方向为所述目标指向方向，所述目标差分波束的零点方向为所述目标零点方向。

需要说明的是，采样信号指的是在采样时刻接收到的来自麦克风线阵的信号，若麦克风线阵中麦克风数量为4，每个采样时刻n会接收到来自4个麦克风的信号，它们共同组成一个接收列向量s(n)，此时s(n)＝[s

可以理解的是，目标差分波束指的是最终生成的指向方向为目标指向方向且零点方向为目标零点方向的差分波束，根据步骤S30中得到的滤波权系数，可以构建滤波器，使用该滤波器对采样信号进行滤波，得到目标差分波束，此时输出信号为：

y(n)＝h

式中，h表示滤波权系数，s(n)表示在采样时刻n接收到的采样信号，y(n)表示输出的差分波束。

在具体实现中，假设麦克风线阵中麦克风数量为4，间距数据为1cm，频率数据为100Hz，声速数据为340m/s，目标指向方向为60°，目标零点方向为120°和150°，经过本实施例指向可变的差分波束形成方法中的步骤，可以得到如图4所示的波束图(由于一维波束图通常都是关于0°到180°对称的，本实施例仅对0°到180°方向内的情况进行说明)，从图4中可以看出，在60°方向，信号大小维持不变，可以认为是指向方向，与目标指向方向一致，在120°和150°方向，增益接近0，可以认为是零点方向，与目标零点方向一致。

在本实施例中，通过获取目标指向方向与目标零点方向，根据目标指向方向的余弦值与目标零点方向的余弦值，确定过渡零点方向的余弦值，根据目标指向方向的余弦值、目标零点方向的余弦值以及过渡零点方向的余弦值，确定阵列流型矩阵，根据阵列流型矩阵，确定滤波权系数，接收麦克风线阵发出的采样信号，根据滤波权系数对采样信号进行滤波，输出目标差分波束，所述差分波束的指向方向为所述目标指向方向，所述差分波束的零点方向为所述目标零点方向。相较于差分波束在线阵中的指向方向必须是阵列的端射方向，不能灵活调整，本实施例利用代数多项式分解方法，设计差分波束形成的权系数，使用该权系数对每个采样信号进行滤波，可以得到指向任意方向的差分波束，进而可以根据实际需求灵活调整指向方向，此外，整个过程是离线进行的，不会增加任何的算力负担。

参照图5，图5为本发明一种指向可变的差分波束形成方法第二实施例的流程示意图。

基于上述实施例，本实施例中，所述步骤S10包括：

步骤S101：获取所述麦克风线阵中的麦克风数量，根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值以及所述第二零点方向的余弦值，确定余弦向量。

进一步地，所述步骤S101包括：

根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值以及所述第二零点方向的余弦值，分别生成所述目标指向方向、所述第一零点方向以及所述第二零点方向的过渡余弦向量。

需要说明的是，本实施例定义过渡余弦向量a

可以理解的是，所述根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值以及所述第二零点方向的余弦值，分别生成所述目标指向方向、所述第一零点方向以及所述第二零点方向的过渡余弦向量，包括：获取所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值以及所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，确定所述目标指向方向的过渡余弦向量，获取所述麦克风数量、所述目标零点方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，根据所述麦克风数量、所述第一零点方向的余弦值以及所述麦克风数量、所述第一零点方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，确定所述第一零点方向的过渡余弦向量，根据所述麦克风数量、所述第二零点方向的余弦值以及所述麦克风数量、所述第二零点方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，确定所述第二零点方向的过渡余弦向量。

应当理解的是，麦克风数量、目标指向方向的余弦值与过渡余弦向量之间的对应关系即为目标指向方向的过渡余弦向量的计算关系式：

a

其中，t

a

a

其中，t

在具体实现中，将麦克风数量代入过渡余弦向量的计算关系式，并分别代入目标指向方向的余弦值、第一零点方向的余弦值以及第二零点方向的余弦值，得到目标指向方向的过渡余弦向量、第一零点方向的过渡余弦向量以及第二零点方向的过渡余弦向量，若麦克风数量为4，则可以得到a

根据所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量以及所述第二零点方向的过渡余弦向量，确定过渡余弦矩阵。

需要说明的是，所述根据所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量以及所述第二零点方向的过渡余弦向量，确定过渡余弦矩阵，包括：获取所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量、所述第二零点方向的过渡余弦向量与所述过渡余弦矩阵之间的对应关系，根据所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量、所述第二零点方向的过渡余弦向量以及所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量、所述第二零点方向的过渡余弦向量与所述过渡余弦矩阵之间的对应关系，确定所述过渡余弦矩阵。

可以理解的是，目标指向方向的过渡余弦向量、第一零点方向的过渡余弦向量、第二零点方向的过渡余弦向量与过渡余弦矩阵之间的对应关系指的是过渡余弦矩阵的计算关系式，如下所示：

B

式中，B

获取所述过渡余弦矩阵与所述余弦向量之间的对应关系，根据所述过渡余弦矩阵以及所述过渡余弦矩阵与所述余弦向量之间的对应关系，确定所述余弦向量。

应当理解的是，过渡余弦矩阵与余弦向量之间的对应关系指的是余弦向量的计算关系式，如下所示：

式中，c

需要说明的是，余弦向量、过渡余弦向量、过渡余弦矩阵均为本实施例中计算过渡零点方向的余弦值所需的中间变量。

步骤S102：获取所述余弦向量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值、所述麦克风数量与所述过渡零点方向的余弦值之间的对应关系，根据所述余弦向量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值、所述麦克风数量以及所述余弦向量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值、所述麦克风数量与所述过渡零点方向的余弦值之间的对应关系，确定所述过渡零点方向的余弦值。

需要说明的是，余弦向量、第一零点方向的余弦值、第二零点方向的余弦值、麦克风数量与过渡零点方向的余弦值之间的对应关系指的是过渡零点方向的余弦值的计算关系式，如下所示：

式中，c

在本实施例中，获取麦克风线阵中的麦克风数量，根据麦克风数量、目标指向方向的余弦值、第一零点方向的余弦值以及第二零点方向的余弦值，确定余弦向量，获取余弦向量、第一零点方向的余弦值、第二零点方向的余弦值、麦克风数量与过渡零点方向的余弦值之间的对应关系，根据余弦向量、第一零点方向的余弦值、第二零点方向的余弦值、麦克风数量以及余弦向量、第一零点方向的余弦值、第二零点方向的余弦值、麦克风数量与过渡零点方向的余弦值之间的对应关系，确定过渡零点方向的余弦值。本实施例利用设置的目标指向方向与目标零点方向，找到过渡零点方向的余弦值，根据这些方向的余弦值设计差分波束形成的权系数，使用该权系数对每个采样信号进行滤波，可以得到指向任意方向的差分波束，进而可以根据实际需求灵活调整指向方向，此外，整个过程是离线进行的，不会增加任何的算力负担。

此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有指向可变的差分波束形成程序，所述指向可变的差分波束形成程序被处理器执行时实现如上文所述的指向可变的差分波束形成方法的步骤。

参照图6，图6为本发明指向可变的差分波束形成装置第一实施例的结构框图。

如图6所示，本发明实施例提出的指向可变的差分波束形成装置包括：

系数设计模块10，用于获取目标指向方向与目标零点方向，根据所述目标指向方向的余弦值与所述目标零点方向的余弦值，确定过渡零点方向的余弦值。

所述系数设计模块10，还用于根据所述目标指向方向的余弦值、所述目标零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，确定阵列流型矩阵。

所述系数设计模块10，还用于根据所述阵列流型矩阵，确定所述滤波权系数。

波束生成模块20，用于接收麦克风线阵发出的采样信号，根据所述滤波权系数对所述采样信号进行滤波，输出所述采样信号对应的差分波束，所述差分波束的指向方向为所述目标指向方向，所述差分波束的零点方向为所述目标零点方向。

在本实施例中，通过获取目标指向方向与目标零点方向，根据目标指向方向的余弦值与目标零点方向的余弦值，确定过渡零点方向的余弦值，根据目标指向方向的余弦值、目标零点方向的余弦值以及过渡零点方向的余弦值，确定阵列流型矩阵，根据阵列流型矩阵，确定滤波权系数，接收麦克风线阵发出的采样信号，根据滤波权系数对采样信号进行滤波，输出目标差分波束，所述差分波束的指向方向为所述目标指向方向，所述差分波束的零点方向为所述目标零点方向。相较于差分波束在线阵中的指向方向必须是阵列的端射方向，不能灵活调整，本实施例利用代数多项式分解方法，设计差分波束形成的权系数，使用该权系数对每个采样信号进行滤波，可以得到指向任意方向的差分波束，进而可以根据实际需求灵活调整指向方向，此外，整个过程是离线进行的，不会增加任何的算力负担。

在一实施例中，所述目标零点方向包括第一零点方向与第二零点方向，所述系数设计模块10，还用于获取所述麦克风线阵中的麦克风数量；

根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值以及所述第二零点方向的余弦值，确定余弦向量；

获取所述余弦向量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值、所述麦克风数量与所述过渡零点方向的余弦值之间的对应关系；

根据所述余弦向量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值、所述麦克风数量以及所述余弦向量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值、所述麦克风数量与所述过渡零点方向的余弦值之间的对应关系，确定所述过渡零点方向的余弦值。

在一实施例中，所述系数设计模块10，还用于根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值以及所述第二零点方向的余弦值，分别生成所述目标指向方向、所述第一零点方向以及所述第二零点方向的过渡余弦向量；

根据所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量以及所述第二零点方向的过渡余弦向量，确定过渡余弦矩阵；

获取所述过渡余弦矩阵与所述余弦向量之间的对应关系；

根据所述过渡余弦矩阵以及所述过渡余弦矩阵与所述余弦向量之间的对应关系，确定所述余弦向量。

在一实施例中，所述系数设计模块10，还用于获取所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系；

根据所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值以及所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，确定所述目标指向方向的过渡余弦向量；

获取所述麦克风数量、所述目标零点方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系；

根据所述麦克风数量、所述第一零点方向的余弦值以及所述麦克风数量、所述第一零点方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，确定所述第一零点方向的过渡余弦向量；

根据所述麦克风数量、所述第二零点方向的余弦值以及所述麦克风数量、所述第二零点方向的余弦值与所述过渡余弦向量之间的对应关系，确定所述第二零点方向的过渡余弦向量。

在一实施例中，所述系数设计模块10，还用于获取所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量、所述第二零点方向的过渡余弦向量与所述过渡余弦矩阵之间的对应关系；

根据所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量、所述第二零点方向的过渡余弦向量以及所述目标指向方向的过渡余弦向量、所述第一零点方向的过渡余弦向量、所述第二零点方向的过渡余弦向量与所述过渡余弦矩阵之间的对应关系，确定所述过渡余弦矩阵。

在一实施例中，所述系数设计模块10，还用于根据所述目标指向方向的余弦值、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的余弦值，分别确定所述目标指向方向、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值以及所述过渡零点方向的导向矢量；

对所述目标指向方向的导向矢量、所述第一零点方向的导向矢量、所述第二零点方向的导向矢量以及所述过渡零点方向的导向矢量进行变形，得到所述阵列流型矩阵。

在一实施例中，所述系数设计模块10，还用于获取所述麦克风线阵的间距数据、频率数据以及声速数据；

获取所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系；

根据所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值以及所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标指向方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，确定所述目标指向方向的导向矢量；

获取所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系；

根据所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述第一零点方向的余弦值、所述第二零点方向的余弦值以及所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述目标零点方向与导向矢量之间的对应关系，确定所述第一零点方向的导向矢量与所述第二零点方向的导向矢量；

获取所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述过渡零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系；

根据所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述过渡零点方向的余弦值以及所述间距数据、所述频率数据、所述声速数据、所述麦克风数量、所述过渡零点方向的余弦值与导向矢量之间的对应关系，确定所述过渡零点方向的导向矢量。

应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。

需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。

另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的指向可变的差分波束形成方法，此处不再赘述。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

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，本发明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一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。