[发明专利]一种用于麦克风方阵的MVDR目标声源定向拾音方法有效

专利信息
申请号: 201911406837.5 申请日: 2019-12-31
公开(公告)号: CN111044973B 公开(公告)日: 2021-06-01
发明(设计)人: 刘若伦;张亮;朱颖 申请(专利权)人: 山东大学
主分类号: G01S5/20 分类号: G01S5/20
代理公司: 北京头头知识产权代理有限公司 11729 代理人: 白芳仿
地址: 250100 *** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 麦克风 方阵 mvdr 目标 声源 定向 方法
【权利要求书】:

1.一种用于麦克风方阵的MVDR目标声源定向拾音方法,所述麦克风方阵包括四个呈正方形布置的阵元,其特征在于,所述目标声源定向拾音方法包括以下步骤:

步骤一,采集各所述阵元所有声强级在预设声强级范围内的声源信号,获得所述麦克风方阵接收到的声源信号观测矩阵;

步骤二,对所述声源信号观测矩阵进行滤波、归一化、预加重、去噪、加窗分帧处理并计算短时谱;

步骤三,利用TDOA估计法,确定互相关曲线上延迟最小的峰值位置所对应的目标声源大致方位;

步骤四,在所述目标声源的大致方位范围内,利用MVDR估计法,确定所述目标声源的准确位置;

步骤五,由所述麦克风方阵根据所述目标声源的准确位置,定向采集所述目标声源信号;

步骤六,当待采集的所述目标声源数量为两个或多个时,在原互相关曲线其余峰值位置重复步骤三至步骤五,直至完成对所有所述目标声源的定向拾音。

2.根据权利要求1所述的用于麦克风方阵的MVDR目标声源定向拾音方法,其特征在于,所述步骤一包括:

(1)获取各所述阵元所有声强级在所述预设声强级范围内的所述声源信号以其中一个所述阵元作为参考阵元,那么第m个所述阵元到参考阵元的距离矢量表达为rm,则第m个所述阵元接收的所述声源信号xm(t)表示为:

其中,s(t)为声源信号,k为波数矢量;

(2)求取近场导向矢量

①计算每个所述声源信号到各个所述阵元的距离矢量dms

其中,Ψ为各个声源信号对参考阵元的入射角,d为两个相邻阵元间的距离,m代表阵元下标,rs为各个声源信号到参考阵元的距离矢量,rm为第m个阵元到参考阵元的距离矢量;

②计算近场导向矢量anear

其中,k为波数矢量,rs为各个声源信号到参考阵元的距离矢量,[·]T代表转置;

(3)合并四个所述阵元获得的所述声源信号,获得所述麦克风方阵接收到的所述声源信号观测矩阵;

由xm(t),anear计算获得所述麦克风方阵流行矩阵

Anear(θ)=[anear1)anear2)...anearI)]

以及所述麦克风方阵接收到的所述声源信号观测矩阵

Xnear(t)=Anear(θ)S(t)+N(t)。

3.根据权利要求2所述的用于麦克风方阵的MVDR目标声源定向拾音方法于,其特征在于:所述波数矢量k由波速v和频率f共同决定,所述波速v为声速,v=331.5+0.6Tc米/秒,Tc为干燥空气的温度。

4.根据权利要求2或3所述的用于麦克风方阵的MVDR目标声源定向拾音方法,其特征在于:所述步骤二中计算短时谱步骤是将Xnear(t)中的麦克风信号按时间分帧,对每一帧中的麦克风信号进行傅里叶变换,获得每一个麦克风信号的短时谱。

5.根据权利要求4所述的用于麦克风方阵的MVDR目标声源定向拾音方法,其特征在于,所述步骤三包括:

(1)求所述声源信号观测矩阵的互功率谱

利用求取所述声源信号观测矩阵的所述互功率谱,其中Ψ12(w)为PHAT加权函数;

(2)对所述互功率谱进行加权和傅里叶反变换处理,求出函数峰值;

(3)根据所述函数峰值所在位置得出各个所述阵元的时延估计;

(4)根据两两阵元的所述时延估计,拟合出双曲线,计算共同交点,得到互相关曲线上延迟最小的峰值位置所对应的所述目标声源大致方位。

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