BF算法使用参考

1. 概述¶

1.1. 算法说明¶

BF（beamforming）波束形成是一种用于传感器阵列传输或接收的定向信号处理技术，通过空间滤波法搭配传感器阵列实现特定角度的信号强化，并压抑其他方向的信号。波束形成可用于发射端和接收端实现空间选择性。

1.2. 关键词说明¶

1.2.1. 噪音阀值¶

Noise Gate（dBFS），BF的滤波器只有在录制音量低于噪音阀值才会做为噪声部份进行更新。若设置太高，可能造成语音失真。若设置太低，BF无法更新滤波器，会使用过去的滤波器进行空间滤波。应小心处理此值设定。此参数必须考虑实际麦克风所录制的音量大小，若麦克风录制音量太小且此值设定较大，则该帧会当成噪声部分处理，此值范围为[-80,0]，建议值为-20，步长为1。

1.2.2. 对角负载¶

透过在矩阵的对角线元素增加对角负载(Diagonal loading)，可以保证反矩阵必定存在达成正则化，因而提升BF滤波器的强健性。应小心处理此值设定，若设置太高，会影响算法效果，若设置太低，容易造成语音失真，此值范围为[100,1]，建议值为10，步长为1。

1.3. 注意¶

1.3.1. 使用¶

为方便调试和确认算法效果，需要使用者应用自行实现替换算法参数和抓取音频数据的逻辑。

1.3.2. 搭配¶

此模块搭配音频处理链APC(Audio Process Chain)会有最佳的信号加强、压制干扰的效果。

1.3.3. 区分¶

不同通道数会对应到不同参考库。用户需要自行确认是否使用正确的通道数及对应的参考库。

2. 规格¶

麦克风个数必须至少两颗或以上。
必须使用同规格的麦克风。
麦克风增益必须相同。
在安静的背景环境，可以达到最好的效果。
使用音档作为声源时，必须确保音文件中没有发生信号剪裁，如图一所示：

图一信号剪裁示意图

3. 阵列系统及坐标系¶

3.1. 多麦克风阵列¶

多麦克风阵列相较于双麦克风阵列，拥有更好的带宽分辨率以及更多组麦克风权重，可以提升定位以及空间滤波的表现而达到更好的特定角度加强效果，其中特定角度即为声音方向的角度。常见的多麦克风阵列主要有两类，分别是均匀线性阵列以及均匀圆形阵列。以下皆为二维示意图(无高度差的影响)。

3.1.1. 均匀线性阵列及坐标系¶

均匀线性阵列为一直线排列，且相邻麦克风的间距皆相同，并且由于其具有对称性，加强角度仅考虑上半平面(-90度至90度)。图二为均匀线性阵列于空间坐标系的示意图。声音方向的角度定义为与阵列中心及x轴的夹角。逆时钟方向为正。间距单位为公分，建议至少大于 5cm 或 6cm。

图二均匀线性阵列及其坐标系

3.1.2. 均匀圆形阵列及坐标系¶

均匀圆形阵列为一圆形排列，且相邻麦克风与阵列中心的夹角皆相同，麦克风间距即为圆形的直径，由于不具对称性，加强角度可以为整个平面，图三为均匀圆形阵列于空间坐标系的示意图。声音方向的角度定义为与阵列中心及x轴的夹角。逆时钟方向为正。间距为圆形的直径。单位为公分。建议至少大于6cm。

图三均匀圆形阵列及其坐标系

4. API 参考¶

4.1. 功能模块API¶

API名	功能
IaaBf_GetBufferSize	获取Bf算法运行需要的内存大小
IaaBf_Init	初始化Bf算法
IaaBf_SetConfig	配置Bf算法
IaaBf_GetConfig	获取Bf算法当前的配置参数信息
IaaBf_SetShape	Bf指派麦克风阵列形状
IaaBf_Run	Bf算法处理
IaaBf_Reset	重新初始化Bf算法
IaaBf_Free	释放Bf算法资源
IaaBf_SetArbitraryShape	Bf指派任意麦克风阵列形状
IaaBf_GetArrayPosition	Bf获取设定的麦克风阵列位置
IaaBf_DynamicLoading	Bf指定带宽大小及对应对角负载强度
IaaBf_SetMode	Bf指定使用模式
IaaBf_SetAdaptiveIntensity	Bf指定模式0、模式3或模式4迭代的强度
IaaBf_SetCallbackFunction	Bf算法对Ikayaki芯片的授权管控
IaaBf_GetAPIVersion	返回当前Bf算法版号
IaaBf_SetPfFlow	Bf指定后滤波器应用位置
IaaBf_SetCalibration	Bf校正麦克风间音量差异

4.2. IaaBf_GetBufferSize¶

功能

获取Bf算法运行所需要的内存大小。

语法

unsigned int IaaBf_GetBufferSize(void);

返回值

返回值为Bf算法运行所需要的内存大小
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意

该接口仅返回需要的内存大小，申请和释放内存的动作需应用来处理。
举例

请参考IaaBf_Run举例部分。

4.3. IaaBf_Init¶

功能

初始化Bf算法。

语法

BF_HANDLE IaaBf_Init(char* working_buffer,AudioBfInit* bf_init);

形参

参数名称描述输入/输出

working_buffer Bf算法所使用的内存地址输入

bf_init Bf算法的初始化结构体指针输入
返回值

返回值结果

非NULL 成功

NULL 失败
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
举例

请参考IaaBf_Run举例部分。

4.4. IaaBf_SetConfig¶

功能

配置Bf算法。

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_SetConfig(BF_HANDLE handle,AudioBfConfig* bf_config);

形参

参数名称描述输入/输出

handle Bf算法handle 输入

bf_config Bf算法的配置结构体指针输入
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
举例

请参考IaaBf_Run举例部分。

4.5. IaaBf_GetConfig¶

功能

获取Bf算法当前的配置参数。

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_GetConfig(BF_HANDLE handle,AudioBfConfig* bf_config);

形参

参数名称描述输入/输出

handle Bf算法handle 输入

bf_config Bf算法的配置结构体指针输出
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
举例

请参考IaaBf_Run举例部分。

4.6. IaaBf_SetShape¶

功能

Bf指派麦克风阵列形状。

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_Setshape(BF_HANDLE handle,int shape);

形参

参数名称描述输入/输出

handle Bf算法handle 输入

shape 指派阵列形状。0:均匀线性阵列，1:均匀圆形阵列输入
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 仅提供均匀线性阵列及均匀圆型阵列(示意图请看图一及图二)，客户有特殊阵列需求，需告知修改
- 麦克风个数为2个时，只存在线性阵列，其间距即为所设定麦克风间距
- 阵列位置设定会强烈影响波束形成效果，因此设定的阵列位置必须与真实阵列位置相同
举例

请参考IaaBf_Run举例部分。

4.7. IaaBf_Run¶

功能

BF算法处理。

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_Run(BF_HANDLE handle, short* microphone_input, short* microphone_output,float* microphone_doa);

形参

参数名称	描述	输入/输出
handle	Bf算法handle	输入
microphone_input	待进行声源定位的数据指针	输入
microphone_output	经过算法后的数据输出指针	输出
microphone_doa	Beamforming处理的角度。此参数可由用户设定(较为直观)，也可由SSL计算(SSL会计算接收信号的时间差，还需要一个转换才能换至角度)。如果声音来自正前方，可输入0。如果声音来自左右两侧，可输入90或-90	输入

返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 对于两颗麦克风阵列(双声道音频可以负荷)，microphone_input指向的数据应以采样点为最小单位，按照左->右->左->右的格式摆放，数据长度必须和IaaBf_Init中设定的point_number(即多少个采样点进行一次beamforming处理)相对应。请参考范例一
- 对于多颗麦克风阵列(麦克风数多于两颗，双声道音频无法负荷)的情况，各个麦克风音频须为单声道，microphone_input指向的数据仍应已采样点为最小单位，并按照麦克风于阵列的相对位置，由左至右的格式摆放，例如4颗线性麦克风阵列，摆放的方式为 [左一→左二→右二→右一]，数据长度必须和IaaBf_Init中设定的point_number(即多少个采样点进行一次beamforming处理)相对应。请参考范例二
- microphone_output数据长度必须和IaaBf_Init中设定的Point_number相对应。
  
  若Point_number为128点，则4颗阵列的microphone_input长度为128x4=512点，输出microphone_output为128点。

举例

范例一：两颗麦克风阵列(麦克风输入为双声道音频)

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdlib.h>
#include "AudioBfProcess.h"

#define USE_MALLOC   (1)
typedef unsigned char               uint8;
typedef unsigned short              uint16;
typedef unsigned long               uint32;

float AVERAGE_RUN(int a)
{
    static unsigned int num = 0;
    static float avg = 0;
    if(num == 0) avg = 0;
    num++;
    avg = avg + ((float)a - avg) / ((float)num);
    return avg;
}
unsigned int _OsCounterGetMs(void)
{
    struct  timeval t1;
    gettimeofday(&t1,NULL);
    unsigned int T = ( (1000000 * t1.tv_sec)+ t1.tv_usec ) / 1000;
    return T;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    short input[256];
    short output[128];
    char infileName[512];
    char outfileName[512];

    FILE * fin, * fout;
    ALGO_BF_RET ret;
    int shape = 0;
    float direction = 0.0;
    int delay_sample = 0;
    float avg = 0;
    int counter = 0;
    unsigned int T0,T1;
    AudioBfInit bf_init;
    AudioBfConfig bf_config;
    BF_HANDLE handle;
    bf_init.mic_distance = 8.0;
    bf_init.point_number = 128;
    bf_init.sample_rate = 16000;
    bf_init.channel = 2;
    bf_config.noise_gate_dbfs = -20;
    bf_config.temperature = 20;
    bf_config.noise_estimation = 0;
    bf_config.output_gain = 0.7;
        bf_config.vad_enable = 0;
    bf_config.diagonal_loading = 10;
#if USE_MALLOC
    char *WorkingBuffer2;
    WorkingBuffer2 = (char*)malloc(IaaBf_GetBufferSize());
#endif
    handle = IaaBf_Init((char*)WorkingBuffer2, &bf_init);
    if (handle==NULL)
    {
        printf("BF init error\r\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("BF init succeed\r\n");
    }
    ret = IaaBf_SetConfig(handle,&bf_config);
    if (ret)
    {
        printf("Error occured in Config\n");
        return -1;
    }
    ret = IaaBf_SetShape(handle,shape);
    if (ret)
    {
        printf("Error occured in Array shape\n");
        return -1;
    }
    sprintf(infileName,"%s","./../sample/data/Chn-14.wav");
    sprintf(outfileName,"%s","./BFOut.pcm");

    fin = fopen(infileName, "rb");
    if(!fin)
    {       printf("the input file could not be open\n");
        return -1;
    }

    fout = fopen(outfileName, "wb");
    if(!fout)
    {
        printf("the output file could not be open\n");
        return -1;
    }

    fread(input, sizeof(char), 44, fin); // read header 44 bytes
    fwrite(input, sizeof(char),44, fout); // write 44 bytes output
    // int delay_sample = 0;
    while(fread(input, sizeof(short), bf_init.point_number*bf_init.channel, fin))
    {
        counter++;
        T0  = (long)_OsCounterGetMs();
        ret = IaaBf_Run(handle,input,output,&direction);
        T1  = (long)_OsCounterGetMs();
        avg += (T1 - T0);
        if(ret)
        {
            printf("Error occured in Run\n");
            return -1;
        }
        fwrite(output, sizeof(short), bf_init.point_number, fout);
    }
    avg /= counter;
    printf("AVG is %.2f ms\n",avg);
    IaaBf_Free(handle);
    fclose(fin);
    fclose(fout);
    free(WorkingBuffer2);
    printf("Done\n");
    return 0;
}

范例二：多颗麦克风阵列(麦克风输入为4个单声道音讯)

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <stdlib.h>
#include "AudioBfProcess.h"

#define MIC_NUM (4)
#define USE_MALLOC   (1)
typedef unsigned char               uint8;
typedef unsigned short              uint16;
typedef unsigned long               uint32;

float AVERAGE_RUN(int a)
{
    static unsigned int num = 0;
    static float avg = 0;
    if(num == 0) avg = 0;
    num++;
    avg = avg + ((float)a - avg) / ((float)num);
    return avg;
}
unsigned int _OsCounterGetMs(void)
{
    struct  timeval t1;
    gettimeofday(&t1,NULL);
    unsigned int T = ( (1000000 * t1.tv_sec)+ t1.tv_usec ) / 1000;
    return T;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    /*********Input file init*******/
    short input[512];
    short output[128];
    short input_tmp1[128],input_tmp2[128],input_tmp3[128],input_tmp4[128];
    FILE * fin0, * fin1, * fin2, * fin3, * fout;

    char infileName[MIC_NUM][512];
    char outfileName[512];
    ALGO_BF_RET ret;
    int k;
    float avg = 0;
    int counter = 0;
    unsigned int T0, T1;
    /********common setting between SSL and BF********/
    int point_number = 128;
    float microphone_distance = 4.0;
    int temperature = 20;
    int sample_rate = 16000;
    int shape =  0;
    // int delay_sample[MIC_NUM-1] = {0,0,0}; //channel-1
    float direction = 0.0;
    /*******BF data init*********/
#if USE_MALLOC
    char *WorkingBuffer_BF;
    WorkingBuffer_BF = (char*)malloc(IaaBf_GetBufferSize());
#endif

    AudioBfInit bf_init;
    AudioBfConfig bf_config;
    BF_HANDLE bf_handle;
    bf_init.mic_distance = microphone_distance;
    bf_init.point_number = point_number;
    bf_init.sample_rate = sample_rate;
    bf_init.channel = MIC_NUM;
    bf_config.noise_gate_dbfs = -20;
    bf_config.temperature = temperature;
    bf_config.noise_estimation = 0;
    bf_config.output_gain = 0.7;
    bf_config.vad_enable = 0;
    bf_config.diagonal_loading = 10;
    bf_handle = IaaBf_Init((char*)WorkingBuffer_BF, &bf_init);
    if (bf_handle==NULL)
    {
        printf("BF init error\r\n");
        return -1;
    }
    else
    {
        printf("BF init succeed\r\n");
    }
    ret = IaaBf_SetConfig(bf_handle,&bf_config);
    if (ret)
    {
        printf("Error occured in Config\n");
        return -1;
    }
    ret = IaaBf_SetShape(bf_handle,shape);
    if (ret)
    {
        printf("Error occured in Array shape\n");
        return -1;
    }
    /********open input file and output file*****/
    sprintf(infileName[0],"%s","./../sample/data/Chn-01.wav");
    sprintf(infileName[1],"%s","./../sample/data/Chn-02.wav");
    sprintf(infileName[2],"%s","./../sample/data/Chn-03.wav");
    sprintf(infileName[3],"%s","./../sample/data/Chn-04.wav");
    sprintf(outfileName,"%s","./BFOut.pcm");

    fin0 = fopen(infileName[0], "rb");
    if(!fin0)
    {
        printf("the input file 0 could not be open\n");
        return -1;
    }

    fin1 = fopen(infileName[1], "rb");
    if(!fin1)
    {
        printf("the input file 1 could not be open\n");
        return -1;
    }
    fin2 = fopen(infileName[2], "rb");
    if(!fin2)
    {
        printf("the input file 2 could not be open\n");
        return -1;
    }
    fin3 = fopen(infileName[3], "rb");
    if(!fin3)
    {
        printf("the input file 3 could not be open\n");
        return -1;
    }
    fout = fopen(outfileName, "wb");
    if(!fout)
    {
        printf("the output file could not be open\n");
        return -1;
    }
    fread(input, sizeof(char), 44, fin0);
    fread(input, sizeof(char), 44, fin1);
    fread(input, sizeof(char), 44, fin2);
    fread(input, sizeof(char), 44, fin3);
    fwrite(input, sizeof(char),44, fout);
    short * input_ptr;

    while(fread(input_tmp1, sizeof(short), bf_init.point_number, fin0))
    {
        fread(input_tmp2, sizeof(short), bf_init.point_number, fin1);
        fread(input_tmp3, sizeof(short), bf_init.point_number, fin2);
        fread(input_tmp4, sizeof(short), bf_init.point_number, fin3);
        input_ptr = input;
        for(k=0;k<point_number;k++)
        {
            *input_ptr =  input_tmp1[k];
            input_ptr++;
            *input_ptr =  input_tmp2[k];
            input_ptr++;
            *input_ptr =  input_tmp3[k];
            input_ptr++;
            *input_ptr =  input_tmp4[k];
            input_ptr++;
        }
        counter++;
        T0  = (long)_OsCounterGetMs();
        ret = IaaBf_Run(bf_handle,input,output,&direction);
        T1  = (long)_OsCounterGetMs();
        avg += (T1 - T0);
        if(ret)
        {
            printf("Error occured in Run\n");
            return -1;
        }
        fwrite(output, sizeof(short),point_number, fout);
    }
    avg /= counter;
    printf("AVG is %.2f ms\n",avg);
    IaaBf_Free(bf_handle);
    fclose(fin0);
    fclose(fin1);
    fclose(fin2);
    fclose(fin3);
    fclose(fout);
    free(WorkingBuffer_BF);
    printf("Done\n");

    return 0;
}

4.8. IaaBf_Reset¶

功能

重新初始化Bf算法。

语法

BF_HANDLE IaaBf_Reset(BF_HANDLE working_buffer,AudioBfInit* bf_init);

形参

参数名称描述输入/输出

working_buffer Bf算法运行的内存地址输入

bf_init Bf算法的初始化参数结构体指针输入
返回值

返回值结果

非NULL 成功

NULL 失败
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a

4.9. IaaBf_Free¶

功能

释放Bf算法资源。

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_Free(BF_HANDLE handle);

形参

参数名称描述输入/输出

handle Bf算法handle 输入
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
举例

请参考IaaBf_Run举例部分。

4.10. IaaBf_SetArbitraryShape¶

功能

Bf指派任意麦克风阵列形状

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_SetArbitraryShape(BF_HANDLE handle, float* array_pos);

形参

参数名称描述输入/输出

handle Bf算法handle 输入

array_pos 输入的阵列位置指针，单位:公分输入
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 此功能帮助用户设定任意的阵列形状。如果此功能于IaaBf_SetShape后呼叫，则会覆写原本IaaBf_SetShape定义的矩阵形状，反之亦然。
- 输入阵列为卡式坐标系下的[X,Y]坐标，因此必须包含(麦克风个数 * 2) 个元素，阵列中心定义为输入的麦克风阵列分别沿着 X及Y 轴的平均值。
- 各麦克风位置定义为阵列中心指向各麦克风位置的向量，声音方向的角度(microphone_doa)仍定义为与阵列中心及x轴的夹角。逆时钟方向为正。
- 以四颗麦克风为例，如果给定 array_pos:{-4,-2,-1,-3,2,3,4,2}，阵列中心[X=0.25,Y=0]， Mic1[X=-4.25,Y=-2]，Mic2 [X=-1.25,Y=-3]， Mic3 [X=1.75,Y=3]， Mic4 [X=3.75,Y=2].

4.11. IaaBf_GetArrayPosition¶

功能

Bf获取设定的麦克风阵列位置。

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_GetArrayPosition(BF_HANDLE handle,float* array_pos);

形参

参数名称描述输入/输出

handle Bf算法handle 输入

array_pos 输入的阵列位置指针，单位:公分输入/输出
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 输出为代表卡式坐标系的三维坐标，依序为X,Y,Z 坐标，其Z坐标皆为0，因此阵列必须要含有(麦克风个数 * 3)个元素
- 如果此功能在IaaBf_SetShape后呼叫，输出的麦克风顺序如章节3.1(由左至右)
- 如果此功能在IaaBf_SetArbitraryShape后呼叫，输出的麦克风顺序如同IaaBf_SetArbitraryShape的输入顺序
- 此功能仅作为辅助功能回传麦克风阵列位置，并不影响算法本身。

4.12. IaaBf_DynamicLoading¶

功能

Bf指定带宽大小及对应对角负载强度。

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_DynamicLoading(BF_HANDLE handle,int* band, int* dl_intensity, int* is_dynamic);

形参

参数名称	描述	输入/输出
handle	Bf算法handle	输入
band	频率范围指针，范围：[1,128]，步长：1	输入
dl_intensity	对角负载强度指针，范围：[1,1000]，步长：1	输入
is_dynamic	是否使用，范围：[0,1]，0:关闭 1:启用	输入

返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 使用此功能前必须先执行IaaBf_SetConfig才能使用，并且只有在is_dynamic为1时才会应用至算法中
- band为频率范围指针，只有前六个元素会被使用并且后一个元素必须大于等于前一个元素。
- 当前采样率对应的最高频率平均分成128份，频率范围则是对应多少份组成一个频带。
- 如：当前采样率为16K，对应的最大频率为8K，每一份为8000 / 128 ≈ 62.5Hz。如在{4,6,36, 49,50,51}的设定下，频率范围为{0~4 * 62.5Hz, 4~6 * 62.5Hz, 6~36 * 62.5Hz, 36~49 * 62.5Hz, 49~50 * 62.5Hz, 50~51 * 62.5Hz, 51-127 * 62.5Hz} = {0~250Hz, 250~375Hz, 375~2250Hz, 2250~3062.5Hz, 3062.5~3125Hz, 3125~3187.5Hz, 3187.5Hz~8000Hz}。因此会切出七个频带。
- dl_intensity为对角负载强度指针，只有前七个元素会被使用并且会在自己所属的各频带(由band所定义的频带)上对AudioBfConfig的对角负载做放大。
- 此功能并不一定要呼叫，预设为关闭。算法会根据设定的AudioBfConfig执行。

4.13. IaaBf_SetMode¶

功能

Bf指定使用模式。

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_SetMode(BF_HANDLE handle,float choose_doa, int mode);

形参

参数名称	描述	输入/输出
handle	Bf算法handle	输入
choose_doa	Beamforming处理的角度，如果声音来自正前方，可输入0。如果声音来自左右两侧，可输入90或-90	输入
mode	使用的BF模式，范围：[0,4]，步长：1	输入

返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 目前算法库支持模式 0~4。 0: 迭代式波束形成，1: 固定式波束形成，2: 广义旁瓣相消式波束形成，3: 强化型迭代波束形成，4: AI强化型波束形成。若无呼叫此功能，BF默认使用 0: 迭代式波束形成。
- 算法速度: Mode 1 > Mode 2 > Mode 0 > Mode 3 > Mode 4，降噪及空间滤波效果: Mode 4 > Mode 3 > Mode 0 > Mode 2 > Mode 1。
- Mode 3 降噪效果较佳但会有些微失真，可设定不同的欲加强方向。不同加强方向之间不具有可旋转的关系，与阵列的物理特性有关。
- 当Mode 3 或 Mode 4 与APC一起使用且AudioAnrConfig 的 anr_filter_mode 为 5(深度学习降噪)时，必须在APC使用以下的特定API: IaaApc_EnhanceNNBFMode。
- Mode 3 与 Mode 4 同为 Mode 0的后置滤波器，可透过 IaaBf_SetPfFlow 设定此滤波器于算法流程下之位置。目前可设定在音频流程图中的两个位置，(1):直接作用于BF输出，(2):搭配APC作用于APC输出。
- Mode 4 仅支持线性阵列及16KHz的取样率，并且不可设定角度(固定加强正前方)。半功率波束宽度设计为+-35度。对于在此波束宽度外的声源，会进行压抑。
- 当使用Mode 4时，最好使用间距5公分的线性阵列(不保证其他间距效果)。并且Mode 4仅提供LINUX静态库。

4.14. IaaBf_SetAdaptiveIntensity¶

功能

Bf指派模式0、模式3或模式4迭代的强度。

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_SetAdaptiveIntensity(BF_HANDLE handle,int intensity);

形参

参数名称描述输入/输出

handle Bf算法handle 输入

intensity 范围：[0,4]，步长：1。
0: 低强度; 1,2: 一般强度; 3,4: 高强度输入
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 此功能会指定迭代式波束形成(如：模式0、模式3、模式4) 的强度。设定的强度越强，方向性干扰抑制效果越好但可能伴随较多失真，尤其是强化型迭代波束形成以及AI强化型波束形成。
- 若未使用此功能，默认为使用一般强度。

4.15. IaaBf_SetCallbackFunction¶

功能

BF算法对Ikayaki芯片的授权管控

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_SetCallbackFunction(int(*log)(const char *szFmt, ...),int(*envSet)(char *key, char *par),int(*envGetString)(char *var, char *buf, unsigned int size),int(*envSave)(void),int(*readUuid)(unsigned long long *u64Uuid));

形参

参数名称	描述	输入/输出
log	打印debug 讯息的函式指针	输入
envSet	设置环境变量的函式指针(目前还没有实际作用)	输入
envGetString	获取环境变量中的授权信息的函式指针	输入
envsave	保存计算出来的授权码讯息至环境变量的函式指针(目前没有实际作用)	输入
readUuid	读取等待授权板子的Uuid 的函式指针	输入

返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 此为Bf对Ikayaki芯片的授权管控，其余芯片不受影响
- 若使用Ikayaki芯片，根据授权成功与否会有其对应的使用时间

4.16. IaaBf_GetAPIVersion¶

功能

返回当前Bf算法版号

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_GetAPIVersion(unsigned short* major, unsigned short* minor);

形参

参数名称描述输入/输出

major 主版号输入/输出

minor 副版号输入/输出
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a

4.17. IaaBf_SetPfFlow¶

功能

Bf指定后滤波器应用位置

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_SetPfFlow(BF_HANDLE handle, BF_WORKFLOW bf_workflow);

形参

参数名称描述输入/输出

handle Bf算法handle 输入

bf_workflow 后滤波器之使用位置输入
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 目前算法库支持后滤波器位置为 0~1。 0: 应用在APC输出，1: 应用在BF输出，若无呼叫此功能，默认使用 1。
- 当 bf_workflow 设置为0，后滤波器会应用在APC输出，此时BF内建的传统降噪会关闭由APC进行代替，可在APC端进行调整降噪的方法或强度。
- 当 bf_workflow 设置为1，后滤波器会应用在BF输出，此时BF内建的传统降噪会开启，后端APC的降噪部分建议关闭，避免过度压抑噪音导致失真。

4.18. IaaBf_SetCalibration¶

功能

Bf校正麦克风间音量差异

语法

ALGO_BF_RET IaaBf_SetCalibration(BF_HANDLE handle, BF_CALIBRATION calibration_flag);

形参

参数名称描述输入/输出

handle Bf算法handle 输入

calibration_flag 是否需要校正输入
返回值

返回值结果

0 成功

非0 失败，参照错误码
依赖
- 头文件: AudioBfProcess.h
- 库文件: libBF_2MIC_LINUX.so/ libBF_2MIC_LINUX.a/ libBF_4MIC_LINUX.so/libBF_4MIC_LINUX.a
注意
- 此算法为人工校正麦克风间的音量差异。 0: 无校正音量，1: 校正麦克风间音量差异，若无呼叫此功能，默认使用 0。

5. BF 数据类型¶

5.1. BF模块相关数据类型定义¶

数据类型	定义
AudioBfInit	Bf算法初始化参数结构体类型
AudioBfConfig	Bf算法配置参数结构体类型
BF_HANDLE	Bf算法句柄类型
BF_WORKFLOW	定义Bf算法后滤波器的位置
BF_CALIBRATION	Bf算法音量校正旗帜

5.2. AudioBfInit¶

说明

定义Bf算法的初始化参数类型。

定义

typedef struct

{

    unsigned int point_number;

    unsigned int sample_rate;

    float mic_distance;

    unsigned int channel;

}AudioBfInit;

成员

成员名称	描述
point_number	Bf算法处理一次的采样点数，仅支持128点
sample_rate	采样率，目前支持8k/16k/32k/48k
mic_distance	相邻麦克风的间的间距，单位为cm，建议为5cm 或6cm
channel	通道数。仅支持两颗或四颗麦克风

相关数据类型及接口

IaaBf_Init

IaaBf_Reset

5.3. AudioBfConfig¶

说明

定义BF算法的配置参数结构体类型。

定义

typedef struct

{

    unsigned int temperature;

    int noise_gate_dbfs;

    int noise_estimation;

    float output_gain;

    int vad_enable;

    int diagonal_loading;

}AudioBfConfig;

成员

成员名称	描述
temperature	环境温度（摄氏度）摄氏度＝(5/9)*(华氏度-32) 步长为1
noise_gate_dbfs	噪音阀值（dB）低于此值将会把该帧作为噪声部分处理。应小心处理此值。此参数必须考虑实际麦克风所录制的音量大小。若设置太高，容易造成语音失真。若设定置太低，会影响BF的效果。建议值为 -20，步长为1。
noise_estimation	噪声的估计模式，输入值为0或1。 0为自适应模式 1为平均模式一般状况下推荐使用0
output_gain	输出增益，范围[0,1]。设定为0.7为正常情况，设定为1，会增加4dB 建议值为0.7，不增加任何增益
vad_enable	语音活检测(VAD)模式是否开启，输入值为0或1。若开启此设定，则利用VAD来计算每帧是否进入噪音估计处理。若关闭此设定，则利用上述所设定的noise_gate_dbfs来决定是否视为噪音处理。
diagonal_loading	对角负载(Diagonal loading)，应小心处理此值设定若设置太高，会影响算法效果。若设置太低，容易造成语音失真。建议值为10 。

相关数据类型及接口

IaaBf_SetConfig

IaaBf_GetConfig

5.4. BF_HANDLE¶

说明

定义Bf算法的句柄类型。
定义
```
typedef void* BF_HANDLE;
```
相关数据类型及接口

IaaBf_Init

IaaBf_SetConfig

IaaBf_GetConfig

IaaBf_SetShape

IaaBf_Run

IaaBf_Reset

IaaBf_Free

IaaBf_SetArbitraryShape

IaaBf_GetArrayPosition

IaaBf_DynamicLoading

IaaBf_SetMode

IaaBf_SetAdaptiveIntensity

IaaBf_GetAPIVersion

IaaBf_SetPfFlow

IaaBf_SetCalibration

5.5. BF_WORKFLOW¶

说明

定义Bf算法后滤波器之位置。

定义

typedef enum {

    BF_WORKFLOW_AFTER_APC = 0,

    BF_WORKFLOW_AFTER_BF = 1,

}BF_WORKFLOW;

成员

成员名称描述

BF_WORKFLOW_AFTER_APC 在APC后应用后滤波器

BF_WORKFLOW_AFTER_BF 在BF后应用后滤波器
注意事项

无。
相关数据类型及接口

IaaBf_SetPfFlow

5.6. BF_CALIBRATION¶

说明

Bf算法音量校正旗帜。

定义

typedef enum {

    BF_CALIBRATION_DISABLE = 0,

    BF_CALIBRATION_ENABLE  = 1,

}BF_CALIBRATION;

成员

成员名称描述

BF_CALIBRATION_DISABLE 不校正音量直接进行Bf算法

BF_CALIBRATION_ENABLE 在进行Bf算法前校正音量
注意事项

无。
相关数据类型及接口

IaaBf_SetCalibration

6. 错误码¶

BF API 错误码如下表所示：

错误码	宏定义	描述
0x00000000	ALGO_BF_RET_SUCCESS	BF执行成功
0x10000301	ALGO_BF_RET_INIT_ERROR	BF初始化错误
0x10000302	ALGO_BF_RET_INVALID_CONFIG	BF Config无效
0x10000303	ALGO_BF_RET_INVALID_HANDLE	BF Handle无效
0x10000304	ALGO_BF_RET_INVALID_NOISE_ESTIMATION	BF噪音估计模式设置无效
0x10000305	ALGO_BF_RET_INVALID_VAD_ENABLE	BF VAD模式设置无效
0x10000306	ALGO_BF_RET_INVALID_OUTPUT_GAIN	BF 输出增益设置无效
0x10000307	ALGO_BF_RET_INVALID_INPUT_POINTER	BF输入指标无效
0x10000308	ALGO_BF_RET_INVALID_SAMPLERATE	BF采样率无效
0x10000309	ALGO_BF_RET_INVALID_POINTNUMBER	BF采样点数无效
0x10000310	ALGO_BF_RET_INVALID_CHANNEL	BF通道数无效
0x10000311	ALGO_BF_RET_INVALID_CALLING	BF呼叫API顺序错误
0x10000312	ALGO_BF_RET_API_CONFLICT	有其他API正在运行
0x10000313	ALGO_BF_RET_INVALID_GEOMETRY_TYPE	BF指派阵列形状错误
0x10000314	ALGO_BF_RET_INVALID_MIC_DISTANCE	BF指派麦克风间距错误
0x10000315	ALGO_BF_RET_INVALLD_DYNAMIC_BAND	BF指派动态带宽及对角加载强度错误
0x10000316	ALGO_BF_RET_INVALID_SETMODE	BF指派模式错误
0x10000317	ALGO_BF_RET_INVALID_GETPOSITION	BF获取阵列位置错误
0x10000318	ALGO_BF_RET_INVALID_SETINTENSITY	BF 指派迭代式波束形成强度错误
0x10000319	ALGO_BF_RET_INVALID_SETCALLBACK	警告:BF授权失败
0x10000320	ALGO_BF_RET_INVALID_SETPFFLOW	BF设定后滤波器位置失败
0x10000321	ALGO_BF_RET_INVALID_CALIBRATION	BF校正音量失败

7. 流程图¶

图四 Beamforming 流程图

8. 与APC之串接关系¶

图五 Beamforming-APC 流程图(有呼叫 IaaApc_EnhanceNNBFMode)

图六 Beamforming-APC 流程图(未呼叫 IaaApc_EnhanceNNBFMode)

参数名称	描述	输入/输出
working_buffer	Bf算法所使用的内存地址	输入
bf_init	Bf算法的初始化结构体指针	输入

参数名称	描述	输入/输出
working_buffer	Bf算法运行的内存地址	输入
bf_init	Bf算法的初始化参数结构体指针	输入

成员名称	描述
BF_WORKFLOW_AFTER_APC	在APC后应用后滤波器
BF_WORKFLOW_AFTER_BF	在BF后应用后滤波器

成员名称	描述
BF_CALIBRATION_DISABLE	不校正音量直接进行Bf算法
BF_CALIBRATION_ENABLE	在进行Bf算法前校正音量

返回值	结果
非NULL	成功
NULL	失败

返回值	结果
0	成功
非0	失败，参照错误码

返回值	结果
0	成功
非0	失败，参照错误码

返回值	结果
0	成功
非0	失败，参照错误码