数字助听器中声源定位算法的研究

发布时间：2017-06-06 22:17

  本文关键词：数字助听器中声源定位算法的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数字助听器能够有效改善听损患者的听力水平,声源定位是数字助听器中的核心算法之一。本文重点研究数字助听器中的声源定位算法,并提出了改进算法。论文的主要工作包括:(1)研究了数字助听器的基本工作原理,详细阐述了语音增强、响度补偿以及回声消除等数字助听器中的关键技术。对当前常用的声源定位算法进行分析和比较,最终选择运算量低、实时性好的基于时延估计的声源定位算法作为本文重点研究的定位方法。详细介绍了语音信号数字模型、房间脉冲响应模型,并分别建立麦克风接收信号的理想模型和实际模型。(2)重点研究了当前广泛应用的广义互相关(Generalized Cross Correlation,GCC)时延估计算法,讨论了其各种加权函数的性能特点,并进行仿真实验分析。针对GCC法的缺点,结合相关峰精确插值算法(Fine Interpolation of Correlation Peak,FICP),提出了基于二次相关改进的广义互相关时延估计算法。仿真实验表明,与传统GCC法相比,改进算法具有更高的抗噪声性能和时延估计精度。(3)深入研究了互功率谱相位(Cross-power Spectral Phase,CSP)时延估计算法。针对CSP法在强噪声和混响条件下性能下降严重的缺点,提出了改进的CSP法。改进算法引入语音端点检测(Voice Activity Detection,VAD)来去除非语音帧,减少运算量的同时降低了噪声和混响的干扰,并引入一个非线性白化参数来对加权函数进行改进,然后通过多帧累加互功率谱相位来得到估计时延,进一步锐化相关函数的峰值,提高时延估计的精度。(4)对定位方法进行了系统的研究并进行设计实现。简单介绍了几何定位法和目标函数空间搜索定位法的原理和特点,然后设计了一个四元麦克风阵列的定位模型。该模型时延估计模块采用基于二次相关改进的广义互相关时延估计算法,而定位模块采用的是空间几何关系定位法。仿真实验表明,该系统模型实现简单,运算量低,具有一定的可行性。
【关键词】：数字助听器 声源定位 时延估计 广义互相关 互功率谱相位 麦克风阵列
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R764.5;TN912.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 助听器发展历史8-11
• 1.3 国内外研究现状11
• 1.4 数字助听器基本原理11-12
• 1.5 本文主要研究内容12-14
• 第二章 数字助听器中的关键算法14-22
• 2.1 声源定位14-17
• 2.1.1 声源定位方法的分类14-16
• 2.1.2 声源定位方法的比较16-17
• 2.2 语音增强17-19
• 2.3 响度补偿19-20
• 2.4 回声消除20-21
• 2.5 本章总结21-22
• 第三章 声源信号模型的建立22-31
• 3.1 语音信号基础知识22-23
• 3.2 语音信号数字模型23-27
• 3.2.1 激励模型24-25
• 3.2.2 声道模型25-26
• 3.2.3 辐射模型26-27
• 3.3 房间脉冲响应模型27-28
• 3.4 麦克风阵列的信号模型28-30
• 3.4.1 理想模型29
• 3.4.2 实际模型29-30
• 3.5 本章总结30-31
• 第四章 时延估计算法的研究与改进31-48
• 4.1 广义互相关时延估计算法31-35
• 4.1.1 基本互相关法31-32
• 4.1.2 广义互相关法32-33
• 4.1.3 实验仿真与分析33-35
• 4.2 改进的广义互相关时延估计算法35-41
• 4.2.1 二次相关时延估计算法35-36
• 4.2.2 相关峰精确插值算法36-38
• 4.2.3 改进的广义互相关时延估计算法38-39
• 4.2.4 实验仿真与分析39-41
• 4.3 互功率谱相位时延估计算法41-42
• 4.4 改进的互功率谱相位时延估计算法42-47
• 4.4.1 语音端点检测42-43
• 4.4.2 CSP加权函数的改进43-44
• 4.4.3 多帧累加CSP44
• 4.4.4 改进的互功率谱相位时延估计算法44-45
• 4.4.5 实验仿真与分析45-47
• 4.5 本章总结47-48
• 第五章 基于时延估计的定位方法的设计与实现48-57
• 5.1 声源定位的几何模型48-49
• 5.2 麦克风阵列拓扑结构和远近场模型49-51
• 5.2.1 麦克风的阵列拓扑结构49-50
• 5.2.2 远近场模型50-51
• 5.3 球型插值法51-53
• 5.4 基于搜索的最大似然法53-54
• 5.5 角度距离定位法54-55
• 5.6 实验仿真与分析55-56
• 5.7 本章总结56-57
• 第六章 总结与展望57-59
• 6.1 工作总结57-58
• 6.2 研究展望58-59
• 参考文献59-62
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文62-63
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目63-64
• 致谢64

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本文编号：427632