基于改进时延估计的声源定位算法

针对强噪声和强混响条件下, 室内声源定位算法收敛速度慢和定位精度低等问题, 提出一种基于改进时延估计的声源定位方法. 该方法建立在单源多元混响模型下, 首先用四元十字型麦克风阵列估计时延; 然后在广义互相关时延估计算法的基础上, 引入二次相关法以削弱噪声干扰, 同时采用LMS(最小均方)自适应滤波算法弥补广义互相关方法的不足, 提高混响环境下的时延估计精度; 最后, 通过远场近似几何方法定位声源. 实验结果表明, 与相位变换加权广义互相关函数(GCC-PHAT)算法相比, 该方法具有较好的抗噪能力与抗混响能力, 能获得更准确的定位结果.     

基于广义互相关改进的麦克风阵列声源定位方法

基于麦克风阵列的声源定位技术因其安全性和隐蔽性,涉及军事和民用等诸多领域.其定位方法大体可以分为三类:基于到达时延估计(Time Difference of Arrival,TDOA)、基于最大输出功率的可控波束形成和高分辨率谱估计,其中基于广义互相关(Generalized Cross Correlation,GCC)的时延估计进行声源定位的算法因其运算量小、定位精度高而得到了广泛的应用.但在实际应用中,环境噪声的存在使传统的GCC加权算法的定位精度不高,所以有一定的局限性.针对这一问题,构建三元直角三角形麦克风阵列,利用时延估计进行声源定位,改进传统的PHAT相位加权算法,提出基于广义互相关的SCOT/PHAT联合加权时延估计算法.通过对不同加权函数的广义互相关时延估计算法进行Matlab仿真对比,结果表明:在小信噪比环境下,该算法较传统的广义互相关算法具有更强的抗噪能力.     

基于多路线性预测技术的时延估计

很多麦克风阵列时延估计算法在噪声和混响环境下性能都会下降。该文提出一种基于多路线性预测(multi-ple linear prediction,MLP)的时延估计算法。通过传递函数比估计来消除通道间传递函数的非对称性,提高信号相关程度;空间预测技术引入了阵列冗余信息,并以相关系数矩阵作为时延搜索的目标函数,提高时延估计的可靠性。实验结果显示了多路线性预测算法的估计准确率更高,性能更加稳健。与几种经典算法相比,在噪声和混响环境下MLP算法的估计正确率分别提高了5%和30%以上。     

麦克风阵列声源定位中时延估计的改进

时延估计是阵列信号处理中的关键技术,是麦克风阵列声源定位系统中常用的方法.影响麦克风阵列声源定位性能的因素有很多,混响就是其中之一.通常麦克风阵列定位系统多处于室内环境中,除了其他干扰噪声和环境噪声的影响外,声源本身经过环境反射造成的混响也会对其性能造成较大的影响.本文在互相关原理的基础上,综合两种不同的频域加权算法,PATH加权和ML加权进行改进,弥补了原算法不能同时稳健噪声和混响的不足,并得到多种环境下的最优q值,降低了多径效应对估计阵元间的相对时间延迟的影响,提高了时延估计的准确率和声源定位精度.实验结果证实了新方法的时延估计准确率高和最优q值的有效性.     

一种采用旁瓣增强的麦克风阵列抗混响算法

在音频/视频会议、人机交互、语音识别等领域,严重的混响干扰导致麦克风阵列语音处理性能急剧下降.针对现有逆滤波等抗混响方法需要获得准确的房间传输响应,而波束形成方法抗混响性能有限的问题,基于广义旁瓣抵消器(generalized sidelobe canceller,GSC)结构提出一种采用旁瓣增强的麦克风阵列抗混响算法(Sidelobeenhanceing reverberation mitigation algorithm for microphone array,SERM).该算法首先进行波束形成,初步获得增强的直达语音信号,并对旁瓣获取的混响分量进行自适应迭代增强,再将旁瓣迭代增强的误差信号作为参考噪声进行自适应噪声抵消,最终输出抗混响语音.实验结果表明,在混响环境下该方法能有效改善麦克风阵列的语音信号质量.     

基于自适应频率选择的鲁棒时延估计算法

为了增强相位变换加权广义互相关方法(GCC-PHAT)这一常用时延估计方法对噪声的鲁棒性,提出了一种基于频率自适应选择的改进算法.该算法利用较短的语音数据(32ms)估计出每个频率的协方差矩阵,从而计算出每个频率的信噪比(SNR),然后自适应地选择SNR较大的频率用于时延估计.仿真实验结果表明,不论是在中等混响(混响时间T60=0.3s)还是在强混响(T60=0.6s)条件下,相对于GCC-PHAT方法,该算法对噪声的鲁棒性更强.     

基于正则化粒子滤波的说话人跟踪方法

针对噪声与混响环境下的说话人跟踪问题,提出一种基于正则化粒子滤波(RPF)的麦克风阵列声源定位与跟踪方法.该方法在正则化粒子滤波框架下,采用适应性较强的布朗运动模型,通过计算麦克风阵列波束形成器的输出能量来构建似然函数.实验结果表明,本文方法优于标准粒子滤波,有效提高了说话人声源跟踪系统的抗噪声与抗混响能力,即使在低信噪比(SNR=-5dB)情况下,也能有效跟踪.     

基于麦克风阵列的不一致性的校正

基于麦克风阵列的声源定位技术目前在很多领域得到利用,其中时延估计算法是经常使用的一种算法,但是麦克风阵列的不一致性会影响时延估计的结果,造成声源定位的准确度不够.为了使麦克风阵列得到的定位结果不会因一致性的问题造成不必要的误差,影响声源定位的准确度.本文提出一种对麦克风阵列的校正方法,首先对房间冲击响应进行处理,尽可能去除由房间混响等因素对麦克风阵列的影响,并为了使校正的结果更加精确,对不同麦克风得到的房间冲击响应分别添加不同时延的分数级别的FIR滤波器,以改善由麦克风阵列的不一致性造成的时延误差,达到对麦克风阵列校正的效果.通过该方法,可有效改善时延估计的结果.通过实验可知,该方法计算量小,并且可作为不同声源定位方法的前置步骤,有效改善了声源估计的准确度,为后续校正麦克风阵列提供了实际的使用价值.     

基于稀疏过零点信息的抗幅值失真时延估计方法

基于时延估计的TDOA方法广泛地应用于声学定位技术中,应用时引入的干扰会导致一定程度的幅值失真,从而影响时延估计的准确与稳定性.文中分析了不同干扰因素带来的影响,进而针对幅值失真问题,提出了一种新的基于信号过零点信息进行时延估计方法.该方法对需要进行时延估计的两路信号进行幅值归一化处理,得到仅含0、1两种特征值的稀疏化信号,在一定范围内将稀疏化信号错位相减得到误差系数函数,通过索引误差系数函数的最小值求得通道时延估计值.为了验证该方法的有效性,分别进行了数值模拟、耦合腔实验与室内混响定位实验,实验中采用广义互相关(GCC)时延估计方法作为对比,结果表明:对于模拟信号和耦合腔标准声源生成信号,该方法均有较好的抗干扰能力,在信噪比为-5 dB时依然可以准确进行时延估计计算;与GCC方法相比,可用于极端条件如信号削波时的时延估计;在低采样率实验中,该方法较GCC方法受采样率降低影响小,在低采样率的条件下依然保留一定时延估计能力;在室内混响条件下的近距离声源定位实验中,该方法受声源距离、混响影响小,并且较GCC方法具备更强的抗突发干扰能力.文中所提出的方法能很好地抑制信号削波、低采样率、混响干...     

基于麦克风阵列的声源定位算法研究及DSP实现

基于时延估计的声源定位技术是目前出现的定位方法中计算量最小、最易于实时应用的方法。时延估计的精度和鲁棒性是实现麦克风阵列声源定位系统精确与稳定的关键要素。然而在实际环境中大多存在较大的环境噪声和比较强的反射,影响了时延估计的准确性,进而影响对声源位置的准确估计。为了提高定位的精度,本文采用结合多帧加权平滑方法的GCC-PHAT-进行时延估计,仿真证明这种时延估计的方法在有噪声和混响存在的条件下仍然有比较高的准确性和比较好的实时性。搭建了一个四通道声源实时定位系统,对该系统的性能进行了测试。实验结果表明,在实验室的有噪音和反射的环境中,该系统的角度定位精度基本上能够控制在一个较小的范围内,具有比较强的应用性和稳定性。