[發明專利]基于聽覺場景分析的室內環境區域定位系統及方法

有效

• 申請號: 201810560147.4
• 申請日: 2018-06-03
• 公開（公告）號: CN109031202B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 宋浠瑜;王玫;仇洪冰;周陬;昂晨;李凱華
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01S5/18
• 分類號: G01S5/18
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 楊雪梅

本發明公開了一種基于聽覺場景分析的室內環境區域級定位系統及方法，系統包括通過無線網絡連接服務器端和客戶端；首先生成室內房間級的定位結果，然后根據該結果，計算該房間內的區域級定位，最終給出準確的區域內定位結果。該定位方法，包括離線階段建立位置聲紋數據庫和在線階段進行聲信號的匹配兩個步驟。只需要在在線階段錄制所處位置的10s音頻，將音頻文件轉化為位置聲紋，上傳ABS結果，下載服務器端篩選的房間地圖信息，就可以在客戶端快速準確的解算出位置信息。由于ABS結果與房間地圖信息，都是輕量級的數據，因此，該方法解決了現有室內區域級定位精度低，運算量龐大的問題，同時借助聯覺現象，輔以CRP色彩聲圖呈現方式，提升用戶定位體驗。

技術領域

本發明涉及室內定位方法，具體是一種基于聽覺場景分析(ASA)的室內環境區域定位系統及方法，在人機交互、聽覺感知與應用、位置感知與服務等場景中有重要的應用價值。

背景技術

環境聲是除語音聲和音樂聲之外的所有可聽聲的總稱。從信號分析的角度看，環境聲信號是非結構化數據，其特性相比語聲和樂聲要復雜得多，從其中提取有效特征也更加困難。然而，環境聲是物理聲源自然產生的，具有反映聲源特征的復雜聲學結構，由于室內環境的物理結構不同，室內布局的不同，室內不同區域的環境聲信號具有不同的時頻域特性。針對這一難題，結合環境聲的特性，我們基于聽覺場景分析結論，提出一種室內環境多維聲紋的構建方法，用以實現室內區域定位。

常用聲信號特征可分為兩類：時域特征(如：短時能量、短時平均過零率等)和頻域特征(如：MFCC、LPCC等)。己有大量通過環境聲信號時頻域特征提取與結合，進行聲信號識別、建筑物結構監控、室內房間級定位的研究，但是，許多環境聲極其相似，因此，利用環境聲信號作為位置指紋，實現室內區域定位的精度通常較低。目前，解決這類問題的最佳選擇是在定位系統的離線階段，通過群智感知獲取大量環境音頻源數據，結合聚類算法，實現區域定位，但引入數據多樣性及數據冗余問題，影響了定位系統性能。

發明內容

為了降低室內環境中，環境聲信號特征對聲紋匹配度的影響，提高室內環境區域定位精度，同時，兼顧定位終端通用性的考慮；并針對同一室內環境中環境聲極其相似，導致現有室內環境區域定位方法在復雜室內環境中定位精度差的問題。本發明提出了一種基于聽覺場景分析實現室內環境區域定位系統及方法，該方法以通用的智能手機作為環境聲感知裝置，只需要在定位階段錄制所處位置的10s環境音頻，通過離線階段建立位置聲紋數據庫和在線階段進行聲信號的匹配兩個步驟，實現低時耗、高精度的室內環境區域定位。

本發明基于聽覺場景分析的室內環境區域定位系統，包括服務器端和客戶端，服務器端與客戶端通過無線網絡連接；

所述服務器端包括依次連接的智能手機、聽覺場景分析模塊(ASA)、聲學背景譜模塊(ABS)、色彩聲圖模塊(CRP)；還包括連接聽覺場景分析模塊(ASA)和色彩聲圖模塊(CRP)的皮爾遜系數提簇模塊；通過智能手機的麥克風錄制所處位置的10s環境音頻輸入聽覺場景分析模塊(ASA)，再經聲學背景譜模塊(ABS)處理，處理ABS的算法為RNN，用來獲取房間級的定位結果；

所述客戶端包括從服務器端下載并篩選的室內環境地圖(包括房間號,區域號，CRP色彩聲圖)、VAR算法、ASA和ABS、以及測試音頻；將測試音頻在客戶端經ASA和ABS提取測試音頻的多維聲紋，通過無線網絡上傳ABS的結果至服務器，由服務器端下載匹配的室內環境地圖與VAR算法連接，VAR算法根室內環境地圖據解算出多維聲紋所處物理位置信息；

所述室內環境區域定位系統，首先生成室內房間級的定位結果，然后根據該結果，計算該房間內的區域級定位，最終給出準確的區域內定位結果。

所述的聽覺場景分析模塊(ASA)、聲學背景譜模塊(ABS)、色彩聲圖模塊(CRP)、皮爾遜系數提簇模塊為現有技術。

應用上述基于聽覺場景分析的室內環境區域定位系統，進行室內環境區域定位的方法，包括離線階段建立位置聲紋數據庫和在線階段進行聲信號的匹配兩個步驟。