本發(fā)明涉及聲源模型構(gòu)建，具體涉及一種動(dòng)物雙耳聲源感知模型構(gòu)建方法、系統(tǒng)及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、目前的智慧養(yǎng)殖基于物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，通過(guò)智能無(wú)線(xiàn)傳感器24小時(shí)全天候在線(xiàn)采集養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、光照、有害氣體含量等，并無(wú)線(xiàn)傳輸至云數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理。工作人員可以通過(guò)計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)遠(yuǎn)程登錄管理平臺(tái)，查看養(yǎng)殖環(huán)境信息，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并遠(yuǎn)程控制相應(yīng)設(shè)備，以調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境至最佳狀態(tài)。

2、上述前兩種技術(shù)其本質(zhì)是遠(yuǎn)程獲取信息，尚未有成熟的技術(shù)能夠遠(yuǎn)程干預(yù)動(dòng)物的行為；要真正做到遠(yuǎn)程干預(yù)動(dòng)物的行為，則需要研究動(dòng)物的行為決策方式，以牦牛為研究對(duì)象的情況，經(jīng)過(guò)前期的實(shí)驗(yàn)表明，牦牛的行為主要受視覺(jué)信息和聲覺(jué)信息的影響。比如：母牛的叫聲可以把小牛吸引至身邊（聲覺(jué)）；牦牛群看到提著袋子的人會(huì)主動(dòng)向人靠近，牦牛會(huì)認(rèn)為這是來(lái)喂鹽的人（視覺(jué)）。從操作層面來(lái)說(shuō)，向動(dòng)物模擬視覺(jué)輸入信息的成本遠(yuǎn)高于向動(dòng)物模擬聽(tīng)覺(jué)輸入信息的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有的智慧養(yǎng)殖或智慧放牧技術(shù)中，主要集中于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、環(huán)境控制，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程干預(yù)動(dòng)物行為；本發(fā)明目的在于提供一種動(dòng)物雙耳聲源感知模型構(gòu)建方法及系統(tǒng)，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行方法上的改進(jìn)，建立某特定位置聲源信號(hào)與某特定動(dòng)物對(duì)象在特定位姿下的雙耳聲感知關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程干預(yù)動(dòng)物行為；同時(shí)本方案還提供了動(dòng)物雙耳聲源感知模型的應(yīng)用方法，基于雙耳虛擬聲音信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動(dòng)物行為的干預(yù)，為智慧養(yǎng)殖智慧放牧技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

2、本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本方案提供一種動(dòng)物雙耳聲源感知模型構(gòu)建方法，包括：

4、在目標(biāo)場(chǎng)景下進(jìn)行聲音模擬實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建出動(dòng)物頭部傳遞函數(shù)；所述動(dòng)物頭部傳遞函數(shù)包括左耳傳遞函數(shù)和右耳傳遞函數(shù)；

5、獲取目標(biāo)場(chǎng)景下的目標(biāo)動(dòng)物與聲源位置關(guān)系，并結(jié)合所述左耳傳遞函數(shù)和所述右耳傳遞函數(shù)求解出目標(biāo)場(chǎng)景下帶方位的雙耳虛擬聲音信號(hào)。

6、本方案工作原理：本發(fā)明目的在于提供一種動(dòng)物雙耳聲源感知模型構(gòu)建方法及系統(tǒng)，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行方法上的改進(jìn)，建立某特定位置聲源信號(hào)與某特定動(dòng)物對(duì)象在特定位姿下的雙耳聲感知關(guān)系模型；同時(shí)是本方案還提供了動(dòng)物雙耳聲源感知模型的應(yīng)用方法，基于雙耳虛擬聲音信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動(dòng)物行為的干預(yù)，為智慧養(yǎng)殖智慧放牧技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

7、進(jìn)一步優(yōu)化方案為，所述在目標(biāo)場(chǎng)景下進(jìn)行聲音模擬實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建出動(dòng)物頭部傳遞函數(shù)；包括方法：

8、在聲源位置播放預(yù)先錄制的動(dòng)物聲音信號(hào)；

9、隨機(jī)選擇目標(biāo)位置，并在目標(biāo)位置處采集基準(zhǔn)聲音信號(hào)；所述目標(biāo)位置與聲源位置之間距離為d；

10、預(yù)設(shè)動(dòng)物雙耳聲音模擬采集機(jī)制，并基于所述動(dòng)物雙耳聲音模擬采集機(jī)制，在動(dòng)物聲音信號(hào)刺激下，獲取不同模擬狀態(tài)下的左耳聲音信號(hào)和右耳聲音信號(hào)；所述模擬狀態(tài)包括動(dòng)物雙耳在不同角度方位的狀態(tài)；

11、基于左耳聲音信號(hào)和右耳聲音信號(hào)求解出雙耳時(shí)間差；

12、對(duì)基準(zhǔn)聲音信號(hào)、左耳聲音信號(hào)和右耳聲音信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換得到基準(zhǔn)聲音頻域信號(hào)、左耳聲音頻域信號(hào)和右耳聲音頻域信號(hào)；

13、基于基準(zhǔn)聲音頻域信號(hào)、左耳聲音頻域信號(hào)和右耳聲音頻域信號(hào)求解出左耳傳遞函數(shù)和右耳傳遞函數(shù)。

14、進(jìn)一步優(yōu)化方案為，所述預(yù)設(shè)動(dòng)物雙耳聲音模擬采集機(jī)制，并基于動(dòng)物雙耳聲音模擬采集機(jī)制獲取不同模擬狀態(tài)下的左耳聲音信號(hào)和右耳聲音信號(hào)；包括方法：

15、在動(dòng)物頭部模型的左耳道口和右耳道口中放置聲音傳感器采集左耳聲音信號(hào)和右耳聲音信號(hào)；

16、基于動(dòng)物頭部模型構(gòu)建三維坐標(biāo)系用于描述左耳聲音信號(hào)和右耳聲音信號(hào)的方位信息；以雙耳連線(xiàn)的中心為原點(diǎn)，雙耳連線(xiàn)方向且指向右耳方向?yàn)閤軸正方向，垂直于雙耳連線(xiàn)且指向頭部正前方為y軸正方向，垂直于雙耳連線(xiàn)且指向動(dòng)物頭頂方向?yàn)閦軸方向；定義繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)為俯仰角，繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)為方位角；

17、調(diào)整俯仰角和方位角得到不同相對(duì)位置關(guān)系的模擬狀態(tài)，獲取不同模擬狀態(tài)下的左耳聲音信號(hào)和右耳聲音信號(hào)。

18、進(jìn)一步優(yōu)化方案為，所述基于左耳聲音信號(hào)和右耳聲音信號(hào)求解出雙耳時(shí)間差；具體的根據(jù)下式求解出雙耳時(shí)間差：

19、基于左耳聲音信號(hào)和右耳聲音信號(hào)求解出雙耳時(shí)間差；包括方法：

20、根據(jù)下式求解出雙耳時(shí)間差：

21、配置 itd=0；

22、當(dāng)左耳先接收到聲音信號(hào)時(shí)：

23、

24、設(shè)置 itd= itd+1；

25、當(dāng)右耳先接收到聲音信號(hào)時(shí)：

26、

27、設(shè)置 itd= itd+1；

28、設(shè)置 itd= itd+1；其中， itd表示采樣信號(hào)個(gè)數(shù)；表示 t i時(shí)刻的左耳聲音信號(hào)；表示 t i時(shí)刻的右耳聲音信號(hào)。

29、進(jìn)一步優(yōu)化方案為，所述左耳傳遞函數(shù)和右耳傳遞函數(shù)的求解方法包括：

30、根據(jù)下式求解出左耳傳遞函數(shù) t l和右耳傳遞函數(shù) t r：

31、；

32、；

33、其中，表示左耳聲音頻域信號(hào)；表示基準(zhǔn)聲音頻域信號(hào)；表示右耳聲音頻域信號(hào)；表示基準(zhǔn)聲音時(shí)域信號(hào)；表示左耳聲音時(shí)域信號(hào)；表示右耳聲音時(shí)域信號(hào)； n表示信號(hào)個(gè)數(shù)；表示頻率； t表示時(shí)間（t∈1,2,…,n； n表示信號(hào)長(zhǎng)度）； j表示虛數(shù)單位； e表示自然對(duì)數(shù)的底數(shù)。

34、進(jìn)一步優(yōu)化方案為，所述獲取目標(biāo)場(chǎng)景下的目標(biāo)動(dòng)物與聲源位置關(guān)系，并基于所述左耳傳遞函數(shù)和所述右耳傳遞函數(shù)求解出帶方位的雙耳虛擬聲音信號(hào)；包括方法：

35、獲取距離聲源位置d處的計(jì)算聲音基準(zhǔn)信號(hào)：

36、；以及計(jì)算聲音基準(zhǔn)信號(hào)的頻域表示：

37、；其中，表示動(dòng)物聲音信號(hào)；

38、基于計(jì)算聲音基準(zhǔn)信號(hào)的頻域表示、左耳傳遞函數(shù)和右耳傳遞函數(shù)計(jì)算出左耳聲壓頻域信號(hào)和右耳聲壓頻域信號(hào)；

39、將左耳聲壓頻域信號(hào)和右耳聲壓頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換成左耳聲壓時(shí)域信號(hào)和右耳聲壓時(shí)域信號(hào)；

40、將時(shí)間差分別疊加入左耳聲壓時(shí)域信號(hào)和右耳聲壓時(shí)域信號(hào)中，得到左耳虛擬聲音信號(hào)和右耳虛擬聲音信號(hào)。

41、進(jìn)一步優(yōu)化方案為，所述基于計(jì)算聲音基準(zhǔn)信號(hào)的頻域表示、左耳傳遞函數(shù)和右耳傳遞函數(shù)計(jì)算出左耳聲壓頻域信號(hào)和右耳聲壓頻域信號(hào)；包括方法：

42、根據(jù)下式計(jì)算出左耳聲壓頻域信號(hào)和右耳聲壓頻域信號(hào)：

43、。

44、進(jìn)一步優(yōu)化方案為，所述將時(shí)間差分別疊加入左耳聲壓時(shí)域信號(hào)和右耳聲壓時(shí)域信號(hào)中，得到左耳虛擬聲音信號(hào)和右耳虛擬聲音信號(hào)；包括方法：

45、當(dāng)聲源位于左側(cè)時(shí)，左耳虛擬聲音信號(hào)保持不變，右耳虛擬聲音信號(hào)疊加時(shí)間差：

46、；

47、其中，表示疊加時(shí)間差后的右耳虛擬聲音信號(hào)；

48、當(dāng)聲源位于右側(cè)時(shí)，右側(cè)信號(hào)保持不變，左耳虛擬聲音信號(hào)疊加時(shí)間差：

49、；

50、其中，表示疊加時(shí)間差后的左耳虛擬聲音信號(hào)。

51、本方案還提供一種動(dòng)物雙耳聲源感知模型構(gòu)建系統(tǒng)，其特征在于，用于實(shí)現(xiàn)上述的一種動(dòng)物雙耳聲源感知模型構(gòu)建方法，所述系統(tǒng)包括：

52、構(gòu)建模塊，用于在目標(biāo)場(chǎng)景下進(jìn)行聲音模擬實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建出動(dòng)物頭部傳遞函數(shù)；所述動(dòng)物頭部傳遞函數(shù)包括左耳傳遞函數(shù)和右耳傳遞函數(shù)；

53、求解模塊，用于獲取目標(biāo)場(chǎng)景下的目標(biāo)動(dòng)物與聲源位置關(guān)系，并結(jié)合所述左耳傳遞函數(shù)和所述右耳傳遞函數(shù)求解出目標(biāo)場(chǎng)景下帶方位的雙耳虛擬聲音信號(hào)。

54、本方案還提供一種動(dòng)物雙耳聲源感知模型的應(yīng)用，包括方法：

55、預(yù)先設(shè)置動(dòng)物的活動(dòng)邊界區(qū)域；

56、基于上述一種動(dòng)物雙耳聲源感知模型構(gòu)建方法，獲取活動(dòng)邊界區(qū)域的帶方位的雙耳虛擬聲音信號(hào)；

57、當(dāng)動(dòng)物位于活動(dòng)邊界區(qū)域時(shí)，播放所述雙耳虛擬聲音信號(hào)。

58、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

59、本發(fā)明提供的一種動(dòng)物雙耳聲源感知模型構(gòu)建方法、系統(tǒng)及應(yīng)用；在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行方法上的改進(jìn)，建立某特定位置聲源信號(hào)與某特定動(dòng)物對(duì)象在特定位姿下的雙耳聲感知關(guān)系模型；同時(shí)是本方案還提供了動(dòng)物雙耳聲源感知模型的應(yīng)用方法，基于雙耳虛擬聲音信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程動(dòng)物行為的干預(yù)，為智慧養(yǎng)殖智慧放牧技術(shù)奠定基礎(chǔ)。