[发明专利]基于声学镜像模型的室内空间几何轮廓重构方法

权利要求书

1.基于声学镜像模型实现室内空间几何轮廓重构的方法，其特征在于，包括声接收装置、相位变换广义互相关分析模块、声源定位模块、平面参数分析模块、中垂面构造模块、以及声学镜像模型，具体步骤如下：

(1)在室内反射墙面的中心位置，放置可移动的M阵元星型阵列作为声接收装置，室内单个说话人的语音信号为声源信号；

(2)基于可控响应功率相位变换和区域收缩法进行声源定位；

具体是，通过相位变换广义互相关分析模块，获得M阵元所接收声信号在直达路径上的声达时间TOA，经过SRP-PHAT-SRC声源定位模块的SRP-PHA-SRC算法，并对SRP-PHA进行了优化，迭代给出说话人位置坐标s；

所述的优化，具体步骤如下：

(2.1)声源空间参数初始化

s是声源位置，是声源空间可能的声源位置，是相位变换加权的可控响应功率，

因此，声源位置

设置空间初始搜索矩形区域体V₀，区域内随机点数J₀，令∈₀＝E(J₀)，则有

其中，N₀是用于下一搜索区域体的有效点数；

(2.2)声源搜索区域收缩

对目标函数在当前搜索区域体V_i内进行随机搜索，获取随机样点J_i，并计算有效点N_i，N_i＜＜J_i，由N_i分布确定新的搜索区域体V_i+1，及其边界

(2.3)收缩参数评估

设置阈值：

①最小搜索区域的体积：V_u；

②当前搜索区域计算量FE_i的最大值：Φ；

③最大迭代步数：I；

当V_i+1≤V_u时，表示下一步的搜索空间体积小于最小搜索区域的体积V_u，此时算法停止搜索，并保存结果；

当V_i+1＞V_u时，表示下一步的搜索空间体积大于最小搜索区域的体积V_u，此时，考虑计算资源损耗对算法效率的影响，需对V_i+1作进一步的范围判断；

设T是一个正整数，将V_i+1＞V_u划分为两部分：V_u＜V_i+1≤TV_u和TV_u＜V_i+1，V_u＜V_i+1≤TV_u表示下一步的搜索空间己经非常接近最小搜索空间，并在此两部分区域内分别引入第二个收缩参数，即当前搜索区域计算量FE_i的最大值Φ，对算法的执行进行评估：

当V_u＜V_i+1＜TV_u时，如果FE_i＞Φ成立，这说明算法在此段接近最小搜索空间的搜索范围内，为寻得最优解而产生了过多的计算资源损耗，因此，算法应停止搜索，并保存结果，否则，算法运行；

当TV_u＜V_i+1时，如果FE_i＜Φ成立，这说明算法未收敛，算法继续运行，否则，算法停止搜索，并保存结果；

如果FE_i＜Φ，V_i+1＞V_u，从当前有效点集N_i中提取子集G_i

G_i＝{g|g_i＞E(N_i)} (5)

(2.4)决策停止或继续至全局最优点

如果子集G_i可以有效提取，则说明V_i+1有效，从V_i+1中计算新的随机样子J_i+1，并使得以提取最佳的N_i+1

重复以上过程，可以得到每一迭代步的均值数列∈₀≤∈₁≤…≤∈_i≤∈_i+1≤…，呈单调上升势，

其中，成为全局最优值的充分必要条件是当i→∞时，当前搜索域有效点集N_i的值

m_i+1→∈_i+1

(3)基于声学镜像模型，通过声收发信号的互相关分析，获取说话人单步移动前后其距离室内各反射面的距离估值；

具体是，移动接收阵列至不同反射面的中心位置，取M阵元的TOA最小值，作为声源到该反射面的直接距离估计，作为平面参数分析模块的输入，以获得该反射面的反射参数p_l，l＝1，2，...，6；将声源位置坐标s、反射面参数p_l及反射面法向量n_l，l＝1，2，...，6作为声学镜像模型的输入，估计各一阶镜像声源位置

(4)结合室内空间的形状先验，将空间几何轮廓重构问题转化为声源定位问题，通过对镜像声源位置的求解，快速有效地实现室内空间几何轮廓重构；

具体是，通过中垂面构造模块，构造声源位置s与各一阶镜像声源位置的中垂面，得到室内几何轮廓重构结果。