一种麦克风阵列声源定位方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种麦克风阵列声源定位方法、装置及存储介质，所述方法包括获取测试信号；将所述测试信号进行预处理，得到单帧测试信号；提取所述单帧测试信号的空间定位线索，将其作为测试样本；将所述测试样本输入预先构建并训练完成的CRN模型中进行测试，获取测试信号属于每个方位角的概率，其中，取概率最大的方位作为该帧信号的方位角估计值，本发明专利技术具有较强的鲁棒性和空间信息表征能力，采用卷积残差网络构建空间定位线索和声源方位之间的映射关系，该定位模型可加速流通网络中的特征，减少了特征丢失，降低训练难度，本发明专利技术算法显著提高了复杂声学环境下的定位性能，并且对声源空间结构、混响和噪声都具有较好的泛化能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种麦克风阵列声源定位方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及一种麦克风阵列声源定位方法、装置及存储介质，属于声源定位


技术介绍

[0002]基于麦克风阵列的声源定位技术在语音识别、说话人识别系统的前端处理中，以及视频会议、智能机器人、智能家居等方面有着广泛的应用前景和潜在的经济价值。基于时延差的定位算法和基于SRP
‑
PHAT(Steered Response Power
‑
Phase Transform)的定位算法是两种典型的传统定位方法，这两种算法虽然易于实现，但对混响和噪声的鲁棒性较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种麦克风阵列声源定位方法、装置及存储介质，显著提高定位性能，并且对未知的噪声和混响环境都具有较好的泛化能力。
[0004]为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种麦克风阵列声源定位方法，包括：
[0006]获取测试信号；
[0007]将所述测试信号进行预处理，得到单帧测试信号；
[0008]提取所述单帧测试信号的空间定位线索，将其作为测试样本；
[0009]将所述测试样本输入预先构建并训练完成的CRN模型中进行测试，获取测试信号属于每个方位角的概率，其中，取概率最大的方位作为该帧信号的方位角估计值。
[0010]进一步的，所述CRN模型的构建和训练方法，包括：
[0011]将纯净语音信号与不同方位角的房间脉冲响应卷积，并加上不同程度的噪声和混响，生成多个麦克风阵列信号；
[0012]对所述多个麦克风阵列信号进行预处理，获得多个单帧信号；
[0013]提取多个单帧信号的空间定位线索，将其作为CRN模型的训练样本，同时标记每个样本的对应方位，将其作为样本的类别标签；
[0014]构建CRN模型，将所述训练样本和类别标签作为CRN模型的训练数据集进行训练。
[0015]进一步的，所述将纯净语音信号与不同方位角的房间脉冲响应卷积，并加上不同程度的噪声和混响，生成多个麦克风阵列信号，公式如下：
[0016]x
m
(t)＝h
m
(t)*s(t)+v
m
(t),m＝1,2,...,M
[0017]其中，x
m
(t)表示第m个麦克风接收到的指定方位的语音信号，m为麦克风阵元的序号，m＝1,2,
…
,M，M为麦克风阵元的数目,s(t)为纯净语音，h
m
(t)表示从指定声源方位到第m个麦克风的房间脉冲响应，h
m
(t)与声源方位、房间混响有关，v
m
(t)表示噪声。
[0018]进一步的，所述对所述多个麦克风阵列信号进行预处理，获得多个单帧信号，包括：
[0019]预处理包括分帧和加窗，其中：
[0020]分帧方法为：采用预设分帧长度和帧移，将第m个阵元的时域信号x
m
(t)划分为多个单帧信号x
m
(iN+n)，其中i为帧序号，n表示一帧内采样序号0≤n＜N，N为帧长；
[0021]加窗方法为：x
m
(i,n)＝w
H
(n)x
m
(iN+n)
[0022]其中，x
m
(i,n)为加窗处理后的第m个阵元的第i帧的信号，
[0023]为汉明窗。
[0024]进一步的，所述提取多个单帧信号的空间定位线索，包括：
[0025]对每个单帧信号进行离散傅里叶变换，将时域信号转换至频域信号；
[0026]离散傅里叶变换计算公式为：
[0027][0028]其中X
m
(i,k)是x
m
(i,n)的离散傅里叶变换，表示第m个阵元第i帧的频域信号，k为频率点，K为离散傅里叶变换的长度，K＝2N，DFT(
·
)表示离散傅里叶变换；
[0029]设计Gammatone滤波器组，g
j
(t)为第j个Gammatone滤波器的脉冲响应函数，其表达式为：
[0030][0031]其中，j代表滤波器的序号；C是滤波器增益；t表示连续时间；a为滤波器的阶数；表示相位；f
j
表示第j个滤波器的中心频率；b
j
表示滤波器衰减因子，b
j
计算公式为：
[0032]b
j
＝1.109ERB(f
j
)
[0033]ERB(f
j
)＝24.7(4.37f
j
/1000+1)
[0034]对每个Gammatone滤波器进行离散傅里叶变换，得到其频域表达式：
[0035][0036]计算每帧信号的子带广义互相关函数，其计算公式如下：
[0037][0038]其中，R
mn
(i,j,τ)表示第m个阵元和第n个阵元在第i帧第j个子带的广义互相关函数；
[0039]求取每帧信号的子带时延差，其表达式如下：
[0040][0041]其中，T
mn
(i,j)表示第m个阵元和第n个阵元在第i帧第j个子带的时延差；
[0042]计算每帧信号的子带SRP
‑
PHAT函数，计算公式如下：
[0043][0044]其中，P(i,j,r)表示阵列的波束方向为r时，第i帧信号第j个子带的SRP
‑
PHAT功率
值；τ
mn
(r)表示声波从波束方向r传播到第m个麦克风和第n个麦克风的时间差，其计算公式为：
[0045][0046]其中r表示波束方向的坐标，r
m
表示第m个麦克风的位置坐标，c为空气中的声速，f
s
为信号采样率；
[0047]设定声源与麦克风阵列处于同一水平面，声源位于阵列的远场，则τ
mn
(r)的等价计算公式为：
[0048][0049]其中，ξ＝[cosθ,sinθ]T
,θ为波束方向r的方位角，τ
mn
(r)与接收信号无关，因而可以离线计算后保存于内存中；
[0050]对子带SRP
‑
PHAT函数进行归一化处理，计算公式如下：
[0051][0052]将同一帧内所有子带的时延差和SRP
‑
PHAT函数组成一个特征矩阵，得到混合特征的空间线索，表达式如下：
[0053][0054]其中y
train
(i)表示第i帧信号的空间定位线索，J为子带个数。
[0055]进一步的，所述将所述测试信号进行预处理，得到单帧测试信号的方法，与所述对所述多个麦克风阵列信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，包括：获取测试信号；将所述测试信号进行预处理，得到单帧测试信号；提取所述单帧测试信号的空间定位线索，将其作为测试样本；将所述测试样本输入预先构建并训练完成的CRN模型中进行测试，获取测试信号属于每个方位角的概率，其中，取概率最大的方位作为该帧信号的方位角估计值。2.根据权利要求1所述的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述CRN模型的构建和训练方法，包括：将纯净语音信号与不同方位角的房间脉冲响应卷积，并加上不同程度的噪声和混响，生成多个麦克风阵列信号；对所述多个麦克风阵列信号进行预处理，获得多个单帧信号；提取多个单帧信号的空间定位线索，将其作为CRN模型的训练样本，同时标记每个样本的对应方位，将其作为样本的类别标签；构建CRN模型，将所述训练样本和类别标签作为CRN模型的训练数据集进行训练。3.根据权利要求2所述的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述将纯净语音信号与不同方位角的房间脉冲响应卷积，并加上不同程度的噪声和混响，生成多个麦克风阵列信号，公式如下：x
m
(t)＝h
m
(t)*s(t)+v
m
(t),m＝1,2,...,M其中，x
m
(t)表示第m个麦克风接收到的指定方位的语音信号，m为麦克风阵元的序号，m＝1,2,
…
,M，M为麦克风阵元的数目,s(t)为纯净语音，h
m
(t)表示从指定声源方位到第m个麦克风的房间脉冲响应，h
m
(t)与声源方位、房间混响有关，v
m
(t)表示噪声。4.根据权利要求2所述的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述对所述多个麦克风阵列信号进行预处理，获得多个单帧信号，包括：预处理包括分帧和加窗，其中：分帧方法为：采用预设分帧长度和帧移，将第m个阵元的时域信号x
m
(t)划分为多个单帧信号x
m
(iN+n)，其中i为帧序号，n表示一帧内采样序号0≤n＜N，N为帧长；加窗方法为：x
m
(i,n)＝w
H
(n)x
m
(iN+n)其中，x
m
(i,n)为加窗处理后的第m个阵元的第i帧的信号，为汉明窗。5.根据权利要求2所述的麦克风阵列声源定位方法，其特征在于，所述提取多个单帧信号的空间定位线索，包括：对每个单帧信号进行离散傅里叶变换，将时域信号转换至频域信号；离散傅里叶变换计算公式为：其中X
m
(i,k)是x
m
(i,n)的离散傅里叶变换，表示第m个阵元第i帧的频域信号，k为频率点，K为离散傅里叶变换的长度，K＝2N，DFT(
·
)表示离散傅里叶变换；
设计Gammatone滤波器组，g
j
(t)为第j个Gammatone滤波器的脉冲响应函数，其表达式为：其中，j代表滤波器的序号；C是滤波器增益；t表示连续时间；a为滤波器的阶数；表示相位；f
j
表示第j个滤波器的中心频率；b
j
表示滤波器衰减因子，b
j
计算公式为：b
j
＝1.109E...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子怡，赵小燕，戎洪军，童莹，芮雄丽，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：