[发明专利]一种用于麦克风阵列的解析式空间解混叠方法

权利要求书

1.一种用于麦克风阵列的解析式空间解混叠方法，包括：

步骤1)、麦克风阵列接收声源信号，所述声源信号转换成数字声音信号；

步骤2)、提取所述数字声音信号的频谱，得到麦克风阵列中每个麦克风的数字声音信号的频谱；

步骤3)、根据步骤2)得到的每个麦克风的数字声音信号的频谱，估计每一个频点上的空间相关矩阵；

步骤4)、对步骤3)所得到的每一个频点上的空间相关矩阵进行分解，得到主特征向量，所述主特征向量的每个分量对应一个麦克风的采集信号；

步骤5)、根据每个频点上的主特征向量，求取任意两个麦克风间的时间相位差；

步骤6)、根据麦克风之间的时间相位差，通过解混叠公式求取周期数组合，进而从中找出最优的周期值；

所述步骤5)包括：

步骤5-1)、计算每对麦克风之间的时间延迟；其计算公式为：

其中，∠表示求取复数相位的操作，l_m,t,f表示可能产生的相位混叠，表示角频率，表示这一频率上的时间周期，表示对应的时间相位，u_p,t,f和u_q,t,f分别为第p个麦克风和第q个麦克风的采集信号；

步骤5-2)、在(t,f)频点上，根据每对麦克风的距离r_m约束，结合步骤5-1)所得到的每对麦克风之间的时间延迟，决定可能的波达时间集合：

其中，c表示声速；

步骤5-3)、重复执行步骤5-2)，直至计算出M＝K(K-1)/2对麦克风在各个频点上的时间相位差，形成时间相位差阵列；其中，每对麦克风在每个频点上对应一个集合B_m,t,f，K为麦克风的个数；

所述步骤6)包括：

步骤6-1)、基于步骤5)所得到的若干对麦克风的时间差相位阵列求取混叠组合的代价函数，其表达式为：

其中：g′_m表示第m对麦克风连线的空间方向三维坐标中的第一和第二维构成的二维向量，假设所有麦克风位于一个平面之内，且它们的第三维度相同，那么方向向量的第三维为零；Z是与阵列拓扑结构有关的矩阵，定义为：

步骤6-2)、对步骤6-1)得到的代价函数求取导数，并使之为零，得到周期数组合的最优解

其中

γ_t,f＝[Υ_1,t,f,Υ_2,t,f,…,Υ_M,t,f]^T；

步骤6-3)、从集合B_m,t,f中选取与最优解接近的整数，作为周期数的整数解：

2.根据权利要求1所述的用于麦克风阵列的解析式空间解混叠方法，其特征在于，所述步骤2)包括：

步骤2-1)、缓存数字声音信号；

步骤2-2)、将数字声音信号中的各个帧都补零到N点，N＝2^j，j为整数，且j≥8；

步骤2-3)、对数字声音信号中补零到N点的各个帧做N点的快速傅里叶变换，得到一帧的数字化声音信号的离散频谱。

3.根据权利要求2所述的用于麦克风阵列的解析式空间解混叠方法，其特征在于，在步骤2-2)和步骤2-3)之间还包括对每一帧的数字声音信号进行预处理的步骤，所述的预处理包括：加窗和/或预加重处理。

4.根据权利要求1所述的用于麦克风阵列的解析式空间解混叠方法，其特征在于，所述步骤3)包括：

步骤3-1)、根据所有麦克风的数字化声音在各个频点上的傅里叶系数形成一复数向量，该复数向量的维度为麦克风的个数；

步骤3-2)、求取每个频点上的复数向量的复数自相关矩阵的均值估计。

5.根据权利要求1所述的用于麦克风阵列的解析式空间解混叠方法，其特征在于，在所述步骤4)中，若所述空间相关矩阵为奇异矩阵，在对空间相关矩阵做分解时采用奇异值分解的方法；否则，采用特征值分解的方法。