[发明专利]一种利用麦克风阵列进行声源定位的方法

说明书

本发明提供一种利用麦克风阵列进行声源定位的方法，包括时延估计和声源定位，首先，通过算法估计声源信号到达阵列中麦克风阵元的相对时间差；第二步则利用估计时间差来计算出声源到达各阵元的距离差，然后结合阵列拓扑结构用几何算法或搜索确定声源位置。

技术领域

本发明涉及计算机信号处理领域，具体涉及一种用麦克风阵列时延估计定位声源的方法。

背景技术

20世纪80年代以来，麦克风阵列信号处理技术得到迅猛的发展，并在雷达、声纳及通信中得到广泛的应用。这种阵列信号处理的思想后来应用到语音信号处理中。在国际上将麦克风阵列系统用于语音信号处理的研究源于1970年。1976年，Gabfid将雷达和声纳中的自适应波束形成技术直接应用于简单的声音获取问题。1985年，美国AT&T/Bell实验室的Flanagan采用21个麦克风组成现行阵列，首次用电子控制的方式实现了声源信号的获取，该系统采用简单的波束形成方法，通过计算预先设定位置的能量，找到具有最大能量的方向。同年，Flanagan等人又将二维麦克风阵列应用于大型房间内的声音拾取，以抑制混响和噪声对声源信号的影响。由于当时技术的制约，使得该算法还不能够借助于数字信号处理技术以数字的方式实现，而主要采用了模拟器件实现，1991年，Kellermann借助于数字信号处理技术，用全数字的方式实现了这一算法，进一步改善了算法的性能，降低了硬件成本，提高了系统的灵活性。随后，麦克风阵列系统已经应用于许多场合，包括视频会议、语音识别、说话人识别、汽车环境语音获取、混响环境声音拾取、声源定位和助听装置等。目前，基于麦克风阵列的语音处理技术正成为一个新的研究热点，但相关应用技术还不成熟。

发明内容

鉴于麦克风阵列的声源定位方法具有广泛的应用前景和潜在的经济效益，本发明旨在提供一种利用麦克风阵列进行声源定位的方法，以期应用在包括语音识别、强噪声环境下的语音获取、大型场所的会议记录、声音检测和助听装置等领域。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用麦克风阵列进行声源定位的方法，包括时延估计和声源定位，其特征在于：首先，通过算法估计声源信号到达阵列中麦克风阵元的相对时间差；第二步则利用估计时间差来计算出声源到达各阵元的距离差，然后结合阵列拓扑结构用几何算法或搜索确定声源位置。

所述时延估计的具体方法是：假设只有唯一的声源，麦克风阵列为均匀直线形阵列的情况，远场环境中有一个待定位的声源信号s(k)，选择第一个麦克风阵元为参考点，第n个阵元在k时刻接收到的信号表示为：

y_n(k)＝α_ns(k-t-τ_n1)+v_n(k)

＝α_ns[k-t-F_n(τ)]+v_n(k)

＝x_n(k)+v_n(k),n＝1,2,…,N

其中α_n(n＝l，2，…，N)为信号在传播过程中的衰减，其值介于[0，1]之间；t表示信号从s(k)传播到1号阵元之间的传播时间；v_n(k)表示在第n个阵元上接收到的加性噪声；τ表示l号麦克风阵元与2号麦克风阵元所接收到的信号时延差；F_n(τ)函数表示第n个阵元与第一个阵元之间的信号时延。

所述声源定位的具体方法是：根据声源和阵列之间的几何关系确定出声源方向角与距离。