圆谐域伪声强声源定位方法研究

摘要

麦克风阵列声源定位一直是语音信号处理领域研究的热点之一。阵元域经典的声源定位方法会随着噪声和混响恶化而性能下降，精度无法满足实际需要，且算法的时间复杂度较高，不利于实时实现。因此，如何有效实现混响噪声环境下的声源定位是麦克风阵列处理领域中有待进一步解决的关键问题。而随着谐域理论的不断发展，圆谐域声源定位方法为实现混响噪声环境下的声源定位提供了一条重要且有效的技术途径，其中以伪声强声源定位方法为主要代表。本文以圆形麦克风阵列为研究对象，以伪声强声源定位方法作为主要定位手段，从单声源角度进行讨论，并在此基础上对基本方法进行改进，从而实现声源方位的准确定位。 本文具体的工作如下： 首先介绍了麦克风阵列圆谐域分析基础，然后详细阐述了圆谐域经典定位方法——可控响应功率方法（Steered Response Power,SRP）的基本原理，并对其性能进行仿真分析。结果表明，圆谐域可控响应功率方法定位精度不高，定位性能易受噪声和混响的影响。针对圆谐域可控响应功率方法在低信噪比和高混响下性能变差的缺陷，本文基于声强的基本概念，将基本伪声强声源定位方法拓展至圆谐域中，提出圆谐域基本伪声强定位方法。仿真结果表明，此方法相比于圆谐域可控响应功率方法整体定位性能有一定的提升，且各方位角的定位性能的差异性有所降低，但是在低信噪比和高混响下提升效果并不明显。 为了克服圆谐域基本伪声强声源定位方法的性能缺陷，本文提出了相位变换（Phase Transform,PHAT）加权的处理方法。在具体PHAT加权过程中，有两种加权方式：一是阵元域对声压信号进行PHAT加权，二是圆谐域对特征波束进行PHAT加权。仿真结果表明阵元域PHAT加权性能优于圆谐域PHAT加权。该方法从时频域角度进行了改进，定位精度得到提升。此外，本文还从空域角度进行了算法改进，提出了基于波束指向性加权的方法，初步结果表明，此方法有效地提高了声源定位的性能。最后，本文结合时频域和空域改进方法的优点，提出了基于时频域——空域联合处理的方法，仿真和实测数据结果表明，该方法要优于只在时频域或空域处理的方法。

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