基于麦克风阵列的声源方位估计算法研究

发布时间：2017-05-19 20:24

  本文关键词：基于麦克风阵列的声源方位估计算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统的单一麦克风,对语音信号的采集范围十分有限,且易受环境噪声和室内混响等因素的影响,导致采集到的信号有较大的失真。随着多媒体会议、助听器等阵列技术产品的出现,人们不仅需要有效获取期望的语音信号,还需准确定位该语音信号,而传统的单一麦克风语音信号处理技术已经不能满足这些要求。本论文利用麦克风阵列实现声源方位的有效估计,从算法理论和计算机仿真两个方面验证了基于麦克风阵列实现声源方位估计的可行性。在声源定位的三大类方法中,本文对基于时延估计的方法和空间谱估计的方法进行了重点研究,通过计算机仿真和各种算法的分析对比实验,分别在估计精度、算法收敛速度、运算量等方面,检验、验证了文中各算法的性能。首先,本文对理想环境下广义互相关算法中常见的几类加权函数进行仿真分析。针对PHAT加权函数易受噪声和混响影响的缺陷,本文通过修正PHAT加权函数结构,使其在低信噪比和有混响的条件下也取得了较高的估计精度。其次,本文对LMS算法进行分析研究,并通过在步长因子和稳态误差两者间建立非线性函数,形成变步长LMS算法,消除了不相关噪声对算法的影响,并克服了步长因子和稳态误差两者之间所存在的矛盾。然后,本文分析研究了MUSIC算法、ROOT-MUSIC算法以及ESPRIT算法,从算法原理、估计精度、分辨率等方面进行了仿真对比。针对平面阵固有的缺陷,通过设计、优化阵列结构,有效解决了空间声源的镜像估计问题。接着,针对MUSIC算法无法估计相干声源信号的问题,本文分析研究了几种解相干算法,实现了空间相干声源的角度估计。最后,本文结合TDOA方法和空间谱搜索方法,实现空间声源DOA的有效估计。该方法既避免了时延估计方法误差二次累加的缺陷,又弥补了空间谱搜索方法运算量庞大的不足。
【关键词】：麦克风阵列 时延估计 广义互相关 波达方向 多重信号分类法
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN912.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 本课题研究目的及意义11-12
• 1.2 国内外现状分析12-14
• 1.2.1 阵列技术研究现状12
• 1.2.2 DOA估计研究现状12-13
• 1.2.3 TDOA技术研究现状13-14
• 1.3 论文主要工作与结构安排14-16
• 1.3.1 论文主要工作14
• 1.3.2 论文结构安排14-16
• 第2章 预处理及麦克风阵列模型16-25
• 2.1 语音信号的模型16-17
• 2.1.1 理想模型16
• 2.1.2 实际模型16-17
• 2.2 语音信号的特征17-19
• 2.2.1 时频特征17
• 2.2.2 语谱图17-19
• 2.3 语音信号的预处理19-21
• 2.3.1 带通滤波19-20
• 2.3.2 加窗分帧20-21
• 2.3.3 预加重21
• 2.3.4 归一化21
• 2.4 麦克风阵列模型21-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 时延估计技术25-41
• 3.1 广义互相关时延估计25-28
• 3.1.1 算法描述25-27
• 3.1.2 仿真及讨论27-28
• 3.2 改进加权函数的广义互相关时延估计28-33
• 3.2.1 算法描述28-29
• 3.2.2 仿真及讨论29-33
• 3.3 LMS自适应时延估计33-35
• 3.4 变步长LMS自适应时延估计35-40
• 3.4.1 算法描述35-36
• 3.4.2 算法性能分析36-37
• 3.4.3 仿真及讨论37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 子空间估计技术41-61
• 4.1 MUSIC算法及其修正算法41-50
• 4.1.1 经典MUSIC算法及仿真41-45
• 4.1.2 ROOT-MUSIC算法及仿真45-48
• 4.1.3 消除相位模糊的MUSIC算法48-50
• 4.2 ESPRIT算法及仿真50-53
• 4.3 解相干声源定位算法及仿真53-57
• 4.3.1 相干信号模型及去相干原理53-54
• 4.3.2 空间平滑算法54-55
• 4.3.3 IMUSIC算法55-56
• 4.3.4 仿真及讨论56-57
• 4.4 基于时延预估计的子空间搜索方法57-60
• 4.5 本章小结60-61
• 结论与展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 钱世锷;;声学照相机——让我们的社区更安静[J];国外电子测量技术;2009年02期

2 钟林波;吉建华;文小军;王艳芬;伍守豪;;基于角度预估计的声源定位MUSIC算法实验研究[J];计算机工程与应用;2015年02期

3 强建龙;蔡灿辉;;一种改进的低复杂度变步长LMS算法[J];通信技术;2014年03期

4 张中华;张端金;;一种新的变步长LMS自适应滤波算法及性能分析[J];系统工程与电子技术;2009年09期

5 杨珂;;泛华测控噪声源定位分析系统国内首款“声音照相机”[J];信息与电子工程;2007年05期

  本文关键词：基于麦克风阵列的声源方位估计算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：379780