基于麦克风阵列的声源定位技术的研究

论文摘要

麦克风阵列已广泛应用于音/视频会议、语音识别及增强等领域。声源定位技术是基于麦克风阵列的阵列信号处理的关键技术之一,是语音信号处理领域的一个新的研究热点。本论文针对基于麦克风阵列的声源定位技术展开研究,主要做了以下几方面工作:总结归纳了目前基于麦克风阵列的声源定位技术的几类基本方法的原理及优缺点,并利用声线跟踪法建立了混响环境下的房间脉冲响应模型。由于语音信号及室内声场环境的特殊性,提出了语音信号的预处理,包括预滤波、加窗分帧处理、语音端点检测等。在实际应用中,语音信号有可能位于近场,也可能位于远场,所以分别对近场、远场这两种情况下的声源定位技术进行了研究。在近场的情况下研究了近场可控波束定位算法和基于高阶统计量的近场声源定位算法两类。对于近场可控波束定位算法,在传统定点约束波束形成的基础上,推导出了近场定点波束新的表达式,把基于自校正的稳健的自适应波束形成应用于近场。对于基于高阶统计量的近场声源定位算法,把传统的近场源定位方法和3-D类ESPRIT算法用于研究声源定位问题,都得到了很好的定位效果。在远场的情况下研究了基于子空间的声源定位算法。基于子空间的远场声源定位分为两个步骤:估计语音信号的二维角度和确定语音信号的位置。2-D MUSIC算法能够精确的估计基于任意阵列的语音信号的二维角度——俯仰角和方位角,然后把基于子空间的测向算法和定位算法结合起来,提出了新的基于麦克风阵列的远场定位算法——垂心定位法。该方法与传统的测向交叉定位法相比精度更高,抗噪性更好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 麦克风阵列声源定位技术概述
• 1.2.1 基于到达时延的定位技术
• 1.2.2 基于可控波束形成的定位技术
• 1.2.3 基于子空间的定位技术
• 1.3 基于麦克风阵列的声源定位技术的难点
• 1.4 影响麦克风阵列定位性能的因素
• 1.5 本文主要工作
• 第二章 室内声场混响模型及语音信号预处理
• 2.1 引言
• 2.2 室内混响模型
• 2.2.1 声线跟踪法的基本原理
• 2.2.2 声线跟踪法计算房间脉冲响应
• 2.2.3 仿真实验
• 2.3 语音信号预处理
• 2.3.1 预滤波
• 2.3.2 加窗分帧处理
• 2.3.3 语音端点检测
• 2.4 小结
• 第三章 近场可控波束定位算法
• 3.1 引言
• 3.2 近场可控波束定位原理
• 3.3 定点近场波束形成新的表达式
• 3.4 基于自校正的稳健近场波束形成
• 3.4.1 算法原理
• 3.4.2 算法总结
• 3.5 仿真实验
• 3.5.1 波束形成方向图和距离图仿真
• 3.5.2 定位精度仿真
• 3.6 小结
• 第四章 基于高阶统计量的近场声源定位算法
• 4.1 引言
• 4.2 基于高阶统计量的近场声源定位原理
• 4.3 近场声源的三维空间模型
• 4.4 传统的近场声源三维空间定位算法
• 4.4.1 传统的近场声源三维空间定位算法原理
• 4.4.2 参数配对方法
• 4.5 3-D 类ESPRIT 算法
• 4.5.1 3-D 类ESPRIT 算法原理
• 4.5.2 参数配对方法
• 4.6 仿真实验
• 4.7 小结
• 第五章 基于子空间的远场声源定位算法
• 5.1 引言
• 5.2 基于子空间的远场声源定位原理
• 5.3 MUSIC 算法
• 5.3.1 经典的MUSIC 算法
• 5.3.2 2D-MUSIC 算法
• 5.3.3 仿真实验
• 5.4 基于子空间的定位算法
• 5.4.1 测向交叉定位法
• 5.4.2 垂心定位法
• 5.4.3 仿真实验
• 5.5 声源定位算法的性能比较
• 5.6 小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间的研究成果
• 个人简历