[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

说明书

本发明涉及声学信号处理领域，目的是提供一种用于麦克风方阵的MVDR目标声源定向拾音方法。此法运算量小、定位精度高，能实现多目标声源的定向采集。该方法包括：一，采集所有预设声强级范围内的声源信号，获得声源信号观测矩阵；二，对声源观测矩阵进行滤波、分帧等处理并计算短时谱；三，利用TDOA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；四，在目标声源大致方位范围内，利用MVDR法确定目标声源准确位置；五，根据目标声源准确位置定向采集目标声源信号；六，当目标声源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五，直至完成所有目标声源定向拾音。本发明解决了多目标声信号采集的实际需求。

技术领域

本发明涉及声学信号处理技术领域，特别是涉及一种用于麦克风方阵的MVDR目标声源定向拾音方法。

背景技术

麦克风阵列(Microphone Array)是指麦克风的排列，也就是说由一定数目的声学传感器(一般是麦克风)组成的，用于对声场的空间特性进行采样并处理的系统。麦克风阵列中的每个麦克风被称为阵元。

麦克风阵列在语音信号的处理中起到了非常重要的作用，它具有许多单个麦克风无法实现的优势：首先，麦克风阵列拥有更加广阔的拾音范围；第二，麦克风阵列的出现使得语音信号的处理不再局限于时域和频域，还可以根据空间坐标对语音信号进行处理，促进声源定位算法的进一步发展；第三，麦克风阵列能采集更多的语音信号并对其进行数据分析，可以得出更多关于声源或者说信源的信息。正是因为麦克风阵列的种种优点，才使得它能够在语音信号处理技术中得到广泛的使用，例如大型会议现场、视频会议、智能安防辅助监控、机器人听觉系统等，当然也包括生活中常用的智能手机。

麦克风阵列在采集声音的时候是全方位采集，各种声音混在一起，当需要提取某个或某几个声音时，需要利用声源定位算法来获取。目前，常用的声源定位算法包括基于到达时间差(TDOA，Time Different of Arrival)估计法、达波方向(DOA，Direction ofarrival)估计法和可控波束形成技术(MVDR，Minimum variance distortionlessresponse)。

其中，TDOA估计法是先以一个算法估计计算声源到阵列各阵元的时延，再通过定位算法获得声源位置，这种估计方法原理相对简单，计算量也相对较小，但其得到的声源位置的精度取决于时延估计的精度，而时延估计受环境影响较大，使得其最终估计的声源位置误差会较大。DOA估计法虽然有良好的精度，但是运算量较大，想要在系统中实现比较困难。MVDR也可以称为基于峰值功率响应(SRP，Steered Response Power)的DOA估计法，其基本原理是通过一定处理(如加权、延迟、求和)，使阵列的总输出对某一指定方向的入射信号的响应最大，该方法综合考虑了各个阵元的接收信息，因此具有较好的抗混响和抗噪声性能，但是采用这种估计法进行360°的扫描定位，数据运算量很大，在系统应用中难以实现。

因此，当前的声源定位算法存在着各自的缺陷，不能满足日益提高的声源定位需求。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术的声源定位算法存在着各自的缺陷，不能满足日益提高的声源定位需求，而提供一种运算量相对较小、定位精确度高的用于麦克风方阵的MVDR目标声源定向拾音方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

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，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；