[發明專利]基于端點檢測的無線音頻傳感器網絡音頻媒體的同步方法

無效

• 申請號: 201010109204.0
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN101820310A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 羅紅;趙國濤;馬華東;孫巖
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B7/26
• 分類號: H04B7/26;H04L7/00;G10L19/00;H04W84/18
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 夏憲富

1.一種基于端點檢測的無線音頻傳感器網絡音頻媒體的同步方法，其特征在于：各個音頻采集節點分別采用端點檢測方法，檢測和確定所采集的音頻流中的起始時間后，再在各自音頻流的起始時間點觸發和加入設定參數的載波；再由作為每個簇內的數據處理中心的簇頭節點，對接收到的、來自各個采集節點的音頻信號進行濾波，然后對各路載波進行交叉相關性運算，獲得各路載波間的延時差，并根據該延時差對原始音頻流進行調整，最終在簇頭節點實現各個音頻流的同步；所述方法包括下列操作步驟：

（1）初始化參數：設置采樣頻率，采樣位數，幀長，幀間重疊，以及載波的初始相位、幅值和頻率；

（2）各音頻采集節點檢測音頻流端點，加入載波信號：每個音頻采集節點按照設置的采樣頻率采集音頻信息，并緩存得到的音頻流；先采用帶通濾波器濾除音頻流中位于設定頻率范圍以外的信號，再根據包括能量和過零率的音頻流特征，按照設置的幀長和幀間重疊參數，對濾波后的音頻流進行逐幀分析，檢測音頻流的端點；當檢測到新的音頻流端點時，就向該音頻流的音頻信號中加入相位重置為初始相位的設定參數的載波，并向簇頭節點發送通知消息;

（3）簇頭節點接收來自各采集節點的音頻流，調整各路音頻流的時鐘偏差：簇頭節點向上報通知消息的各個音頻采集節點組播同步消息；各個音頻采集節點收到該同步消息后，立即記錄本地時鐘，并向簇頭節點發送加入載波后的音頻流及其記錄的本地時鐘；簇頭節點根據上報的本地時鐘，計算各采集節點的時鐘偏差；再從上報數據的各音頻采集節點中隨機選擇一個作為參考節點，根據該參考節點的時鐘對所有上報的音頻流調整時鐘偏差；

（4）簇頭節點進行濾波處理，對其中載波信號進行延時評估：簇頭節點先對接收到的經過時鐘調整后信號進行濾波，然后對其中的載波信號的延時進行評估：對各路載波信號進行快速傅里葉變換和交叉相關性運算，估算各載波信號間的延時差；?

（5）簇頭節點調整各路音頻流達到同步：簇頭節點利用載波信號計算得到的音頻傳播延時差，從時間軸上對音頻流進行調整，獲得各音頻流間的同步。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述采樣頻率要大于4Khz；所述采樣位數是每個采樣點所占的比特數，其取值范圍是:[8,12];所述幀長是每幀的采樣點數，其取值范圍是：[100,1024]；所述幀間重疊是相鄰兩幀之間重疊的采樣點數，其數值取決于同步精度，計算公式為：幀長－采樣頻率×預期的同步精度；所述載波的初始相位及其幅值均為任意值；所述載波的頻率要小于所述帶通濾波器中的設定頻率，以區別于音頻信號頻率。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述帶通濾波器中的設定頻率范圍為音頻帶寬，即300～3400Hz。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟（3）進一步包括下列計算操作內容：

（31）設采集節點i在第j個周期采集到的音頻信號為：?其中，?和?分別是在第j周期里聲音信號從聲源到采集節點i的衰減系數、傳播延遲和引入的噪聲，?是該采集節點i在第j周期里本地時鐘的相對偏移；然后，在該經過帶通濾波器濾除其中噪聲的音頻信號?上疊加載波?則被簇頭節點接收到的信號為：?式中，?為采集節點i在第j個周期加入的載波信號，其表達式為：?其中A、b、c分別為該載波信號的幅值、頻率與初始相位；

（32）設采集節點r為參考節點，采集節點i和采集節點r在第j周期上報的、各自記錄的本地時鐘分別為?和?則計算得到該兩個采集節點i與r的時鐘偏差為：?式中，?表示節點r在第j周期里本地時鐘的相對偏移；

（33）根據參考節點的時鐘對所有上報的音頻流調整時鐘偏差：其中，采集節點i在第j個周期按照下述公式對采集到的音頻信號進行時鐘調整：?同樣地，再按照下述公式對載波信號進行時鐘調整：?

（34）經過時鐘調整后的簇頭節點接收到的信號為：?

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟（4）進一步包括下列計算操作內容：

（41）對時鐘調整后的采集節點i在第j個周期的信號?進行濾波，以便簇頭節點對其中載波信號?與所采集的音頻信號?分別進行處理；

（42）此時簇頭節點接收到的、來自兩個采集節點i和r的第j周期的載波信號分別為和再設聲音信號從聲源到該兩個采集節點i與r的傳播延時差為：?采用下述步驟對?進行評估：

先將載波信號轉換到頻域進行處理，即對載波信號?和?進行快速傅里葉變換：?式中，F為離散傅里葉變換運算操作；

再對該兩個頻域信號?和?進行交叉相關性運算：?式中，*為復數共軛運算；

最后，計算?的最大似然估計值，得到音頻傳播評估的延時差?