[发明专利]一种分布式麦克风阵列中麦克风位置估计系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种麦克风阵列的位置估计技术，特别是一种分布式麦克风阵列中麦克风位置估计系统。

背景技术

麦克风阵列由多个麦克风排列组成，各麦克风同时采集信号并对信号进行联合处理，不仅可以有效抑制噪声和混响，获得良好的音质，还能够获得声音的方位信息，所以麦克风阵列在语音增强、声源定位、声源分离等应用中起着重要作用。近年来，随着集成电路技术的进步与网络通信、移动计算技术的发展，涌现出了一批通常配有Wi-Fi、蓝牙、音频接口等的便携设备（如笔记本电脑、智能手机等），并在日常工作生活中不断普及应用。利用这些便携设备，可以构成ad hoc分布式麦克风阵列。

与规则麦克风阵列不同，分布式麦克阵列没有预先确定的几何结构和尺寸等信息，并且每个麦克风可能由独自的处理器控制，独立采集和处理数据。由于分布式麦克风阵列的几何结构、尺寸等信息无法预知，而进行分布式麦克风阵列信号处理又需要这些信息，因此，如何确定分布式麦克风阵列中的麦克风位置是一个必须解决的技术难题。

陈涤等于2011年在公开号为CN102123495A的专利中公开了《一种基于RSSI校正的无线传感器网络质心定位算法》。该方法通过校正的RSSI测距技术，测量节点间点到点的距离，之后采用三角形质心算法进行节点定位。该方法计算量小，易于实现，具有较好的实用价值。但对于分布式麦克风阵列，由于声音信号功率随时间变化，且起伏较大，所以采用信号能量进行测距，精度往往不够高。

成都电子科技大学肖华在2008年发表的《麦克风阵列的校正方法研究》中采用三个不同位置的校正声源来校正麦克风阵列中麦克风位置。该方案将一个声源先后放置于三个位置，分三次进行信号的采集与计算，最后将三次计算结果融合得到麦克风位置。但该方法的信号采集操作较繁琐，效率较低，只能离线计算，无法实现麦克风位置的在线估计。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既具有较高精度、又具有较小计算复杂度、并可实现在线估计的分布式麦克风阵列中麦克风位置估计系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种分布式麦克风阵列中麦克风位置估计系统，包括声源信号产生模块、扬声器、参考麦克风、多个待定位麦克风以及多个麦克风位置估计模块；所述的声源信号产生模块输出端输出信号经扬声器转换为声音在分布式麦克风阵列的工作场地中播放；该声音被参考麦克风和待定位麦克风所接收；参考麦克风和待定位麦克风接收的信号同时传递至与待定位麦克风对应的麦克风位置估计模块；所述的麦克风位置估计模块的输出端输出待定位麦克风的坐标；所述的待定位麦克风与麦克风位置估计模块一一对应；

所述的声源信号产生模块的工作方法包括以下步骤：

所述的声源信号产生模块包括白噪声发生器和带通滤波器，白噪声发生器产生白噪声信号，所述的白噪声信号通过三个通带不同的带通滤波器，产生三个不同频带的带通信号，作为三个声源的发声信号，分别输入置于分布式麦克风阵列工作场地中3个扬声器；设三个带通滤波器的单位脉冲响应分别为h_j(n)，j=1、2、3，分别对白噪声发生器产生的白噪声信号x(n)进行滤波，得到三个不同频带的带通信号s_j(n)，j=1、2、3，

s_j(n)＝x(n)*h_j(n)，j＝1、2、3

其中，符号“*”表示数字信号处理领域中的卷积运算；n表示信号x、单位脉冲响应h₁、h₂、h₃的各采样值的序号;

所述的麦克风位置估计模块数量与待定位麦克风的数量相同，每个麦克风位置估计模块的工作方式方法完全相同；设第i个麦克风位置估计模块对应于第i个待定位麦克风，该模块包括信号有效性检测子模块、参考麦克风声源信号分离子模块、参考麦克风子频带背景噪声估计子模块、待定位麦克风声源信号分离子模块、待定位麦克风子频带背景噪声估计子模块、距离粗估计子模块、距离精估计子模块和三角形质心计算子模块；

所述的信号有效性检测子模块检测输入信号是否有效，并计算参考麦克风接收到的信号s_r(n)每帧的短时能量E_r