[發(fā)明專利]基于聲學(xué)鏡像模型的室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810405623.5
• 申請(qǐng)日: 2018-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN108872939B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋浠瑜;王玫;仇洪冰;羅麗燕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/22
• 分類號(hào): G01S5/22
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標(biāo)事務(wù)所有限責(zé)任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

本發(fā)明公開了一種基于聲學(xué)鏡像模型的室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)方法，包括聲接收裝置、相位變換廣義互相關(guān)分析模塊、聲源定位模塊、平面參數(shù)分析模塊、以及聲學(xué)鏡像模型等，采用語音信號(hào)作為聲源信號(hào)，以可移動(dòng)的M陣元星形陣列作為聲接收裝置；首先，基于可控響應(yīng)功率相位變換和區(qū)域收縮法進(jìn)行聲源定位；其次，基于聲學(xué)鏡像模型，通過聲收發(fā)信號(hào)的互相關(guān)分析，獲取說話人單步移動(dòng)前后其距離室內(nèi)各反射面的距離估值；最后，結(jié)合室內(nèi)空間的形狀先驗(yàn)，將空間幾何輪廓重構(gòu)問題轉(zhuǎn)化為聲源定位問題，通過對(duì)鏡像聲源位置的求解，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)。該方法可提高室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)的準(zhǔn)確度，同時(shí)，兼顧聲源通用性，能夠獲得魯棒的輪廓重構(gòu)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聲場環(huán)境辨識(shí)的研究領(lǐng)域，涉及室內(nèi)空間幾何輪廓的重構(gòu)，具體是一種基于聲學(xué)鏡像模型，采用可控響應(yīng)功率相位變換結(jié)合區(qū)域收縮法(SRP-PHAT-SRC)進(jìn)行聲源定位的室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)方法，在合成脈沖響應(yīng)、聽覺分析、聲場重構(gòu)等場景中有重要的應(yīng)用價(jià)值。

背景技術(shù)

聲波(20Hz-20KHz)在室內(nèi)環(huán)境中，通常室溫下(150C)的傳播速度是340m/s，具有相對(duì)電磁波較低的傳播速度，使得其在傳播過程中能夾帶著房間布局信息。通過聲收發(fā)信號(hào)間互相關(guān)分析，恢復(fù)接收聲信號(hào)中攜帶的布局信息，是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)的有效方法。

已有一些通過采用聲多徑傳播逆映射實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)的方法，包括采用單聲源與麥克風(fēng)陣列，虛擬多聲源與麥克風(fēng)陣列，單聲源與單麥克風(fēng)等聲收發(fā)裝置組合，進(jìn)行直達(dá)聲識(shí)別實(shí)現(xiàn)重構(gòu)的方案。但此類互相關(guān)分析方式，在有混響和噪聲的環(huán)境中精度得不到保證，且反射墻面參數(shù)的反演過程通過較為復(fù)雜，影響了輪廓重構(gòu)的準(zhǔn)確性與實(shí)時(shí)性。通過室內(nèi)脈沖響應(yīng)分析，提取低階反射聲時(shí)延，恢復(fù)距離信息，也是實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)的有效方法。

已有采用單個(gè)室內(nèi)脈沖響應(yīng)分析實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)的方法，但是需要室內(nèi)各反射面對(duì)聲傳播的一階反射與二階反射的時(shí)延先驗(yàn)，而這些先驗(yàn)，在真實(shí)的聲場環(huán)境中，由于受混響與噪聲影響，是非常難獲取的。

此外，在采用多個(gè)室內(nèi)脈沖響應(yīng)的分析研究中，需要在視距信號(hào)可獲取的情況下，分析麥克風(fēng)陣列各陣元與鏡像聲源之間的歐氏矩陣秩的關(guān)系，并以此識(shí)別各反射面對(duì)聲傳播的一階反射與二階反射的時(shí)延。然而，歐氏矩陣秩的判斷方法，會(huì)在非視距的情況下失效。解決這類問題的最佳選擇是基于子空間的復(fù)雜搜索算法，代價(jià)是重構(gòu)方案的實(shí)時(shí)性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)室內(nèi)復(fù)雜聲場環(huán)境中，噪聲干擾大、混響影響嚴(yán)重，導(dǎo)致室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)方法在惡劣環(huán)境下重構(gòu)效果差的問題，提出了一種基于聲學(xué)鏡像模型實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)的方法。更好地解決室內(nèi)復(fù)雜聲場環(huán)境中，強(qiáng)混響與噪聲對(duì)接收聲信號(hào)時(shí)延估計(jì)精度的影響，提高室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)的準(zhǔn)確度，同時(shí)兼顧聲源通用性，能夠獲得魯棒的輪廓重構(gòu)效果。

根據(jù)平面幾何原理，當(dāng)平面上的一點(diǎn)及該平面的外指向法向量己知的情況下，該平面是唯一確定的。因此，可以在室內(nèi)反射墻面的中心位置，放置可移動(dòng)的M陣元星型陣列作為聲接收裝置，室內(nèi)單個(gè)說話人的語音信號(hào)為聲源信號(hào)。

本發(fā)明基于聲學(xué)鏡像模型實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空間幾何輪廓重構(gòu)的方法，包括聲接收裝置、相位變換廣義互相關(guān)分析模塊、聲源定位模塊、平面參數(shù)分析模塊、中垂面構(gòu)造模塊、以及聲學(xué)鏡像模型，具體步驟如下：

(1)在室內(nèi)反射墻面的中心位置，放置可移動(dòng)的M陣元星型陣列作為聲接收裝置，采用室內(nèi)單個(gè)說話人的語音信號(hào)為聲源信號(hào)，

(2)基于可控響應(yīng)功率相位變換和區(qū)域收縮法進(jìn)行聲源定位；

具體是，通過相位變換廣義互相關(guān)分析模塊，獲得M陣元所接收聲信號(hào)在直達(dá)路徑上的聲達(dá)時(shí)間TOA，經(jīng)過SRP-PHAT-SRC聲源定位模塊的SRP-PHA-SRC算法，并對(duì)SRP-PHA進(jìn)行了優(yōu)化，迭代給出說話人位置坐標(biāo)s；