基于麦克风阵列的室内语音定位算法研究

发布时间：2017-10-06 22:38

  本文关键词：基于麦克风阵列的室内语音定位算法研究

  更多相关文章： 麦克风阵列 声源定位系统 相位变换加权广义互相关 圆形集成互功率谱 一致聚焦变换

【摘要】：随着多媒体技术的进一步发展,阵列信号处理技术已经被广泛应用于各领域。基于麦克风阵列的声源定位技术是阵列信号处理中的关键技术之一,是语音信号处理领域一个新的研究热点。本论文运用麦克风阵列技术对室内语音定位展开研究,主要做了以下几个方面的工作：1、对基于麦克风阵列的声源定位技术的研究背景、研究现状、研究意义、研究难点和影响因素进行深入研究,并给出语音信号预处理的方法。2、在分析了传统的的定位算法存在定位精度低、实时性差等问题的基础上,提出了一种基于PHAT的三维七元麦克风阵列声源定位算法。通过到达时差方法计算声源的方位角、俯仰角、距离,最后通过几何方法结合角度与距离计算声源位置,并与传统的四元十字形阵列进行对比。3、针对波达方向估计中,传统互功率谱相位的声源定位方位被存在估计准确性差、方位模糊的问题,提出了一种基于圆形集成互功率谱的声源定位算法,在该算法中,通过在互功率谱中引入相位旋转因子,得到圆形集成互功率谱,结合十二元麦克风阵列,进行声源方位估计,能有效提高方位估计性能。4、针对现有的多声源定位方法中定位结果不准确、稳定性不好等问题,提出了一种基于一致聚焦变换最小二乘法的麦克风阵列双声源定位算法,运用基于一致聚焦变换最小二乘法的宽带信号MUSIC算法,对室内近场双声源进行定位。定义中心频率点,然后通过一致聚焦变换,结合最小二乘法,求得每个中心频率点所对应的信号空间谱,利用频率点均值和时间快拍估计的方法求得信号空间谱平均估计值,进而估计求得声源方位,提高了定位的精确性。5、分析前面提出的声源定位算法,并对第四、五章的算法进行语音定位系统实现。实测实验结果表明,本文提出的语音定位算法定位精度高,能满足实际定位需求。最后,总结本文所做工作,对可能的改进之处做出展望。
【关键词】：麦克风阵列 声源定位系统 相位变换加权广义互相关 圆形集成互功率谱 一致聚焦变换
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN912.3
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 符号及缩写含义清单9-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-14
• 1.2 麦克风阵列声源定位技术的研究现状14-17
• 1.2.1 基于时延估计的声源定位技术14-15
• 1.2.2 基于高分辨率谱估计技术的声源定位技术15
• 1.2.3 基于可控波束形成的声源定位技术15-16
• 1.2.4 基于粒子滤波的声源定位技术16-17
• 1.3 麦克风阵列声源定位技术的研究难点与影响因素17-18
• 1.3.1 研究难点17
• 1.3.2 影响因素17-18
• 1.4 本文研究内容与组织结构18-20
• 第二章 信号模型与预处理20-32
• 2.1 语音信号模型20-24
• 2.1.1 语音信号20-23
• 2.1.2 近场信号与远场信号模型23-24
• 2.2 麦克风阵列语音信号模型24-27
• 2.2.1 带噪语音与室内混响24-26
• 2.2.2 麦克风阵列语音信号模型26-27
• 2.3 语音信号的预处理27-31
• 2.3.1 预滤波27-28
• 2.3.2 分帧加窗处理28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 基于PHAT的三维七元麦克风阵列声源定位算法32-46
• 3.1 传统四元十字麦克风阵列声源定位算法32-33
• 3.2 基于相位变换加权的广义互相关七元麦克风阵列声源定位算法33-39
• 3.2.1 相位变换加权的广义互相关算法33-35
• 3.2.2 基于PHAT的三维七元麦克风阵列声源定位算法35-37
• 3.2.3 语音信号处理37-39
• 3.3 仿真实验对比39-45
• 3.3.1 四元与七元麦克风阵列定位性能比较39-42
• 3.3.2 声源处于不同位置时七元麦克风在阵列定位结果42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 基于圆形集成互功率谱的麦克风阵列声源定位算法46-54
• 4.1 传统的互功率谱相位的声源定位算法46-48
• 4.2 基于圆形集成互功率谱的麦克风阵列声源定位算法48-51
• 4.2.1 圆形麦克风阵列设计48-49
• 4.2.2 基于圆形集成互功率谱的麦克风阵列声源定位算法49-50
• 4.2.3 误差分析50-51
• 4.3 仿真实验对比51-53
• 4.3.1 声源位置不变时定位性能51-52
• 4.3.2 声源位置变化时定位性能52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 基于一致聚焦变换最小二乘法的麦克风阵列双声源定位算法54-69
• 5.1 多声源定位算法54-56
• 5.1.1 传统的多信号分类的声源定位算法54-55
• 5.1.2 盲源分离-声达时差方法的声源定位算法55-56
• 5.2 基于一致聚焦变换最小二乘法的麦克风阵列双声源定位算法56-63
• 5.2.1 圆形麦克风阵列设计与信号模型建立56-58
• 5.2.2 基于一致聚焦变换最小二乘法的多信号分类方法58-63
• 5.3 仿真实验对比63-67
• 5.3.1 声源定位性能分析64-66
• 5.3.2 声源定位对比分析66-67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 语音定位系统实现69-81
• 6.1 系统的硬件准备69-72
• 6.2 系统的软件实现72-73
• 6.3 室内麦克风阵列配置73-75
• 6.4 仿真与实测实验对比75-79
• 6.4.1 基于圆形集成互功率谱的麦克风阵列声源定位算法实测实验75-78
• 6.4.2 基于一致聚焦变换最小二乘法的麦克风阵列双声源定位算法实验78-79
• 6.5 本章小结79-81
• 第七章 总结和展望81-84
• 7.1 总结81-82
• 7.2 展望82-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间主要科研成果89

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本文编号：985449