[发明专利]一种异常声音定位方法及定位装置

说明书

本发明涉及一种异常声音定位方法及定位装置，主要解决现有HB加权的广义相关时延方法(HB‑GCC)在计算传声器之间的时延差(TDOA)时没有充分考虑环境噪声特性，从而难以得到正确时延估计结果的问题，异常声音定位方法包括如下步骤：步骤1、传声器采集声音信号；步骤2、声音信号预处理；步骤3、标记为异常声音；步骤4、采用基于反正切变换的HB加权广义互相关算法计算传声器阵列中任意两传声器之间的时延差；5)计算声源的方位角俯仰角θ以及距离r。同时，本发明还提供一种基于上述方法的装置，该装置包括平面四元传声器阵列模块、信号采集模块、信号预处理模块和异常声音定位模块。

技术领域

本发明涉及声音信号处理技术，具体涉及一种异常声音定位方法及定位装置。

背景技术

公共场合异常声音是指某种特定正常环境下所不应该发生的声音，通常包括枪声、爆炸声、玻璃破碎声、尖叫声等。异常声音的产生表明异常事件已发生或预示异常事件即将发生。因此，对异常声音进行分析和定位对维护公共安全、防范安全事故事态扩大具有十分重要的意义。

目前，异常声音定位主要采用基于传声器阵列的时延估计(time delayestimation，TDE)定位方法，该方法利用一定的算法获得不同传声器接收到同源信号之间由于传输距离不同而引起的时间差来估算定位声源。该方法大致可以分为两步：第一步，估计出声源到每对传声器之间的时延差(time delay of arrival，TDOA)；第二步，根据这些时延差和传声器阵列的几何位置计算出声源的方位。在第一步中，通常采用的时延估计方法是广义互相关方法(generalized cross correlation，GCC)，但在实际环境中，由于脉冲噪声以及混响的影响，GCC方法的时延估计性能会急剧衰减。为此出现了对互相关函数加权、锐化互相关函数峰值的各种改进方法，根据其加权形式和准则的不同，有ROTH(rothfilter)、SCOT(smoothed coherence transform)、ECKART(eckart filter)、ML(maximumlikelihood)、PHAT(phase transform)、WP(Wiener filters)和HB(Hassab-Boucher)等广义相关时延估计方法。

在以上加权方法中，HB加权的广义互相关时延方法(HB-GCC)在提高TDOA精度以及在未知信号噪声先验知识前提下，动态跟踪时延变化等方面有较好的性能。但是由于公共场合噪声大致符合分数低阶α稳定分布，使得采用HB-GCC方法的相关函数峰值会出现伪峰，有时会呈现出类似异常声音的特征，使得难以得到正确的时延估计结果。因此，HB-GCC时延估计方法应用在公共场合环境下效果欠佳。在第二步中，传统的传声器阵列模型多采用空间分布的传感器阵列，以大尺寸阵列为主，但该方法阵列尺寸偏大，使用该阵列模型的异常声音定位系统不方便集成，也不方便运输携带。

发明内容

本发明的目的一是解决现有HB加权的广义相关时延方法(HB-GCC)在计算传声器之间的时延差(TDOA)时没有充分考虑环境噪声特性，从而难以得到正确时延估计结果的问题，二是解决传统的传声器阵列模型尺寸偏大的问题，提供一种异常声音定位方法及定位装置，该方法通过基于反正切变换的改进HB加权广义互相关(IHB-GCC)方法来估算TDOA，以增强广义互相关算法处理公共场所异常声音定位的抗噪能力。

本发明的技术解决方案是：

一种异常声音定位方法，包括如下步骤：

步骤1、传声器采集声音信号，所述传声器至少为四个，且分布在同一平面上；

步骤2、声音信号预处理；

2.1)将传声器采集的声音信号去除直流分量和趋势项；

2.2)对步骤2.1处理后的声音信号滤出高频杂波；

2.3)将步骤2.2处理后的声音信号采用谱减法去除工频干扰及谐波，然后对声音信号进行归一化处理，得到处理后的信号x(n)；