[发明专利]一种基于矩阵变换的欠定盲分离方法

摘要

本发明公开一种基于矩阵变换的欠定盲分离方法。本发明通过对混合矩阵进行逐级变换得到变换矩阵，然后将变换矩阵作用于观测信号来逐步消去各个源信号；并由各观测信号中新产生的零值点来构造多级二值掩蔽模板，将源信号进行逐级分离。本发明降低了对源信号稀疏性的要求，可以解决最多M-1路源信号的混叠（其中M为传感器个数），并且确切知道每个时频点由哪些源信号混合而成，解决了音乐信号和噪声信号的欠定分离问题。对源信号的统计特性要求不高，解决了高斯信号和相关信号的欠定分离问题。根据对分离精度的要求来调整处理级数，处理级数越多，得到的分离结果越好。分离过程借助于矩阵变换实现，运算复杂度较低。

主权项

1.一种基于矩阵变换的欠定盲分离方法，包括以下步骤：步骤100：利用传感器检测瞬时混合的观测信号，表示为：(1)式(1)中表示由传感器接收到的维观测信号向量，表示维的混合矩阵，表示维未知的源信号；步骤200；将瞬时混合的观测信号送入正交变换模块进行短时傅里叶变换，得到时频域观测信号；并将该时频域观测信号送入时频点分类模块；步骤300：利用时频点分类模块将时频域观测信号中的时频点进行分类；首先判定每个时频点所在级数，然后在各级中进一步判定该时频点所属的类别；具体包括子步骤310,320,330；步骤310：首先处理第一级，该级上的时频点只是一个源信号作用的结果；包括子步骤311,312,313：步骤311：利用第一级变换矩阵模块构造第一级变换矩阵；利用混合矩阵中的元素，构造如式(2)所示的M×M阶第一级变换矩阵：(2)其中为混合矩阵的第列元素；步骤312：利用第一级二值掩蔽模板模块构造第一级二值掩蔽模板，用于标记只含有第个源信号分量的时频点，所述第一级二值掩蔽模板为：(3)中值为1的时频点，只含有第个源信号分量，其中(4)式(4)中如式(2)所示；步骤313：利用第一级二值屏蔽模板模块构造第一级二值屏蔽模板；第一级的时频点划分到各个类之后，需要处理更高级的时频点，为了避免重复划分，需要标记已经处理过的点；所述第一级二值屏蔽模板如式(5)所示：(5)其中，如式(3)所示；模板中，值为1的点表示已经处理过了，在以后各级的时频点划分及源信号的分离过程中，这些点将不再参与；步骤320：其次处理第二级，该级每个时频点是两个源信号叠加的结果；包括子步骤221,222,223：步骤321：在第一级的基础上，利用第二级变换矩阵模块构造第二级变换矩阵，如式(6)所示：(6)其中为的第列元素，而此处的；步骤322：利用第二级二值掩蔽模板模块构造第二级二值掩蔽模板，用于标记只含有第个和第个源信号分量的时频点，所述第二级二值掩蔽模板为：(7)中值为1的时频点，只含有第个和第个源信号分量，其中，(8)其中如式(6)所示，如式(4)所示；步骤323：结合上一级的屏蔽模板，利用第二级二值屏蔽模板模块构造第二级二值屏蔽模板如式(9)所示：(9)模板中值为1的时频点表示已经处理过了，在以后各级的时频点划分及源信号的分离过程中，这些点将不再参与；步骤330：处理更高级，第级；包括子步骤331,332,333：步骤331：在前面各级的基础上，利用第k级变换矩阵模块构造第k级变换矩阵，所述第k级变换矩阵，如式(10)所示：(10)其中，为第级的混合矩阵的第列元素；步骤332：利用第k级二值掩蔽模板模块构造第k级二值掩蔽模板，用于标记含有第源信号分量的时频点，所述第k级二值掩蔽模板为：(11)为第级屏蔽模板，其中，(12)式(12)中如式(10)所示，为第k-1级处理结果；步骤333：结合上一级处理所得屏蔽模板，利用第k级二值屏蔽模板模块构造第k级二值屏蔽模板；所述第k级二值屏蔽模板如式(13)：(13)如式(11)所示，为第级屏蔽模板；步骤400：利用时域分离模块在时频域对源信号进行分离，包括子步骤410,420,430,440；步骤410；利用第一级分离模块进行第一级时频点的源信号分离：第一级时频点分离出的第个源信号为：(14)其中为的元素，如式(3)所示；步骤420：利用第二级分离模块进行第二级时频点的源信号分离；(15)其中(16)式(16)中为的元素，如式(3)所示；步骤430：利用第级分离模块进行第级时频点源信号分离：第级时频点分离出的第个源信号为：(17)其中(18)式(18)中为的元素，如式(11)所示；步骤440：利用时频域计算模块计算各路源信号的时频域表示：将同一个源信号在各级时频点上分离的结果进行综合累加处理，得到各个源信号最终的分离结果为：(19)步骤500：利用源信号估计模块获得各路源信号的估计，并输出：将分离结果通过短时傅里叶反变换，得到各路源信号的估计为：(20)。