[發明專利]一種利用麥克風陣列進行聲源定位的方法

在審

• 申請號: 201710540106.4
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN109212481A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 張夢巧;王潔瑩;張喜明
• 申請（專利權）人: 北京航天長峰科技工業集團有限公司
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種利用麥克風陣列進行聲源定位的方法，包括時延估計和聲源定位，首先，通過算法估計聲源信號到達陣列中麥克風陣元的相對時間差；第二步則利用估計時間差來計算出聲源到達各陣元的距離差，然后結合陣列拓撲結構用幾何算法或搜索確定聲源位置。

技術領域

本發明涉及計算機信號處理領域，具體涉及一種用麥克風陣列時延估計定位聲源的方法。

背景技術

20世紀80年代以來，麥克風陣列信號處理技術得到迅猛的發展，并在雷達、聲納及通信中得到廣泛的應用。這種陣列信號處理的思想后來應用到語音信號處理中。在國際上將麥克風陣列系統用于語音信號處理的研究源于1970年。1976年，Gabfid將雷達和聲納中的自適應波束形成技術直接應用于簡單的聲音獲取問題。1985年，美國AT&T/Bell實驗室的Flanagan采用21個麥克風組成現行陣列，首次用電子控制的方式實現了聲源信號的獲取，該系統采用簡單的波束形成方法，通過計算預先設定位置的能量，找到具有最大能量的方向。同年，Flanagan等人又將二維麥克風陣列應用于大型房間內的聲音拾取，以抑制混響和噪聲對聲源信號的影響。由于當時技術的制約，使得該算法還不能夠借助于數字信號處理技術以數字的方式實現，而主要采用了模擬器件實現，1991年，Kellermann借助于數字信號處理技術，用全數字的方式實現了這一算法，進一步改善了算法的性能，降低了硬件成本，提高了系統的靈活性。隨后，麥克風陣列系統已經應用于許多場合，包括視頻會議、語音識別、說話人識別、汽車環境語音獲取、混響環境聲音拾取、聲源定位和助聽裝置等。目前，基于麥克風陣列的語音處理技術正成為一個新的研究熱點，但相關應用技術還不成熟。

發明內容

鑒于麥克風陣列的聲源定位方法具有廣泛的應用前景和潛在的經濟效益，本發明旨在提供一種利用麥克風陣列進行聲源定位的方法，以期應用在包括語音識別、強噪聲環境下的語音獲取、大型場所的會議記錄、聲音檢測和助聽裝置等領域。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種利用麥克風陣列進行聲源定位的方法，包括時延估計和聲源定位，其特征在于：首先，通過算法估計聲源信號到達陣列中麥克風陣元的相對時間差；第二步則利用估計時間差來計算出聲源到達各陣元的距離差，然后結合陣列拓撲結構用幾何算法或搜索確定聲源位置。

所述時延估計的具體方法是：假設只有唯一的聲源，麥克風陣列為均勻直線形陣列的情況，遠場環境中有一個待定位的聲源信號s(k)，選擇第一個麥克風陣元為參考點，第n個陣元在k時刻接收到的信號表示為：

y_n(k)＝α_ns(k-t-τ_n1)+v_n(k)

＝α_ns[k-t-F_n(τ)]+v_n(k)

＝x_n(k)+v_n(k),n＝1,2,…,N

其中α_n(n＝l，2，…，N)為信號在傳播過程中的衰減，其值介于[0，1]之間；t表示信號從s(k)傳播到1號陣元之間的傳播時間；v_n(k)表示在第n個陣元上接收到的加性噪聲；τ表示l號麥克風陣元與2號麥克風陣元所接收到的信號時延差；F_n(τ)函數表示第n個陣元與第一個陣元之間的信號時延。

所述聲源定位的具體方法是：根據聲源和陣列之間的幾何關系確定出聲源方向角與距離。