声源定位算法及实现
多通道声源定位算法研究
多通道声源定位算法研究近年来，随着智能音箱、语音助手和智能手机等设备的普及，声源定位算法成为了一个备受关注的研究领域。
多通道声源定位算法是在多个麦克风阵列的基础上定位声源位置的技术。
本文将从基本原理、常见算法和应用领域三个方面，介绍多通道声源定位算法的研究进展。
多通道声源定位算法的基本原理是利用麦克风阵列接收到的声音信号，通过信号处理技术计算出声源的位置。
该算法的核心思想是多通道信号的差异分析。
多个麦克风接收到的声音经过差分运算，可以得到相位差、时延差等特征值，根据这些特征值进行计算和分析，可以确定声源的位置。
通过增加麦克风的数量和改变麦克风的布局，可以提高定位算法的准确性和稳定性。
在多通道声源定位算法的研究中，常见的算法主要包括泛波束形成算法、延迟和和平差算法、最大似然估计算法等。
泛波束形成算法是通过麦克风阵列的几何布局和信号处理技术，构造泛波束来定位声源位置。
延迟和和平差算法是通过计算麦克风阵列接收到的信号之间的时延和幅度差，来确定声源的位置。
最大似然估计算法是利用概率统计的方法，通过最大似然准则来估计声源位置。
这些算法各有优势和适用场景，在实际应用中可以根据需求进行选择。
多通道声源定位算法广泛应用于语音识别、会议录音、智能音箱等领域。
在语音识别中，准确地定位声源可以提高语音识别的准确率和性能。
在会议录音中，多通道声源定位算法可以自动选择接收到最清晰声音的麦克风，减少背景噪声的干扰，提高录音质量。
在智能音箱中，多通道声源定位算法可以实现人机对话的方向感知，使得智能音箱能够准确聆听用户的指令。
然而，多通道声源定位算法仍然面临一些挑战。
首先，麦克风阵列的布局和数量会对算法的性能产生影响，如何选择合适的麦克风布局和数量是一个难题。
其次，信号处理过程中存在信号质量下降的问题，需要采取合适的降噪和增强方法来提高定位算法的准确性。
此外，不同环境下的声音特性不同，算法的适应性和鲁棒性也是亟待解决的问题。
对于这些挑战，未来的研究可以从算法改进、硬件优化和数据集收集等方面进行探索。
环境声学中声源定位技术研究
环境声学中声源定位技术研究随着工业化的进程，人们对生态环境的保护越来越重视，而环境声学技术在环境保护中发挥着非常重要的作用。
环境声学技术有很多方面，其中之一就是声源定位技术。
声源定位技术可以定位出某个环境中的声源位置，是环境声学中应用最广泛的技术之一。
一、声源定位算法声源定位算法的主要目标是确定声源位置，其实现方法很多。
算法大致分为两类：单点定位法和多点定位法。
单点定位法是指只利用单个传感器进行声源定位的算法。
这种算法由于只能测量到来波方向，因此无法实现三维测量，但在精度方面却有很高的要求。
多点定位法是指利用多个传感器对声源进行测量求取声波到达时间差的算法。
这种算法可以实现三维测量，但要求传感器摆设合理，传感器之间的传输和同步要求高。
常见的单点定位算法有：Time-Difference-of-Arrival algorithm（TDOA）、Angle-of-Arrival algorithm（AOA）、Energy Distributed algorithm（EDA）等。
而常见的多点定位算法有：阵列算法、卡尔曼滤波算法、粒子群优化算法等。
在不同的实际应用中，根据测量范围、环境、精度等不同，可以选择合适的声源定位算法。
二、声源定位应用声源定位技术在很多领域中应用广泛。
其中，船只定位和潜水器定位是应用于海洋领域的两大重要领域。
当然，它在室内定位和外场定位等领域也有很多应用。
（一）船舶定位利用声源定位技术对船只进行位置定位，在海上搜索和救援等方面具有重要意义。
为了达到高精度的位置检测，通常使用多方位定位系统来实现声源定位，比如阵列算法，同时将超声波测距、惯性测量单元和GPS结合起来实现位置监测。
在船只靠近海底时，由于声传播方式的变化，船只的定位精度可能会降低。
但是，在逆声定位中，从声源位置反过来确定声源定位，可以提高定位精度。
（二）潜水器定位海洋深度的精确测量是海洋研究的关键之一。
定位船只或在水下进行探测等作业，也需要潜水器。
声源定位算法及实现
首先，端点检测是语音预处理中关键的一环。避免对无声的信号段的处理， 不仅大大降低了运算量，而且提高了有声信号的利用率，最终提高后续定位的精 度。利用噪声近似服从高斯分布以及语音和噪声相互统计独立的假设，引入了四 阶累积量对语音端点进行检测，抑制了背景噪声的影响。其次，基于到达时间差 的声源定位算法是当前最为流行的算法，它由时延估计和定位估计两部分组成。 对于时延估计，本文在前人提出的互功率谱相位算法（ＣＳＰ）算法的基础上提出了 一种改进算法，通过滤除语音范围之外无贡献的互功率谱，达到增加语音主要频 段内的幅度权重的目的，抑制了非期望峰值，提高了估计精度；对于定位估计， 本文以已有的球形插值算法（ｓｏ得到的定位估计作为初值，利用ＬＭＳ算法进行迭 代搜索得到最小方差意义下的空间最优解，克服了原ＳＩ算法中存在的误差度量 函数非最优和迭代更新定位收敛不确定的问题。定位实验结果表明，本文所提出 的算法使定位精度得到了较大提高，是一种行之有效的算法。
第一章绪论
减少了手工操作。 ３）麦克风阵列系统能够识别监控同时发生的多个声源，在一些多人会话等
场合有重要应用。 ４）麦克风阵列系统可以用于近场测距，这是单麦克风无法实现的。 基于上述的优点，麦克风阵列定位技术目前已经在多种场合得到广泛的应 用。如视频电话会议（Ｆｌ雒ａｇａｎ’１９８５）嘲中话者定向，控制摄像头指向说话者，并 自动根据距离调焦；利用定位信息在混响环境中获取特定语音（Ｆｌａｎａｇａｎ，１９９３）ｔ７ｌ， 实现自动监控系统（０Ｉｎｏｌｏｇｏ，１９９３）【８】（室内防盗监控，交通监控），车载系统 （Ｇｒｅｎｉｅｒ，１９９２）ｔ９１，语音助听器装置（Ｇ∞即ｂｅｒ岛１９９２）【１０ｌ等。
混响环境下基于双耳信号的声源定位算法研究
混响环境下基于双耳信号的声源定位算法研究在混响环境下，声音波动会反射和散射，导致声源定位变得更加困难。
然而，基于双耳信号的声源定位算法可以利用人耳的双耳定位能力，通过比较两耳接收到的声音特征来估计声源的位置。
双耳信号的声源定位算法主要分为时间差和强度差两个方法。
时间差方法是通过估计声波从声源到达两耳之间的延迟时间来确定声源位置。
这种方法的基本原理是在声波到达两耳之间的时间差越大，声源离听者越远。
利用该方法进行声源定位时，可以使用互相关函数来计算两个耳道信号之间的时间差，然后根据时间差来确定声源位置。
然而，在混响环境下，反射声波和多径效应会导致时间差的估计不准确。
因此，需要使用适应性滤波器来除去混响信号和噪声对时间差估计的影响。
强度差方法是通过比较两耳接收到的声音强度来确定声源位置。
这种方法的基本原理是声源离耳朵越远，声音的强度衰减越大。
在利用强度差方法进行声源定位时，可以使用加权交叉关联函数来计算两个耳道信号之间的相对强度差，然后根据强度差来确定声源位置。
然而，在混响环境下，散射声波和反射信号会引起声音的强度衰减不均匀，从而导致强度差的估计不准确。
因此，需要根据混响环境的特征对强度差进行修正。
除了时间差和强度差方法，还可以使用波束形成技术来改善混响环境下的声源定位。
波束形成技术是通过在微型麦克风阵列上应用加权因子来聚焦声波的传播方向，从而提高声源定位的准确性。
在利用波束形成技术进行声源定位时，可以使用自适应滤波算法来计算加权因子。
自适应滤波算法可以根据声音的传播路径和混响环境的特征来调整加权因子，从而提高声源定位的性能。
总之，混响环境下基于双耳信号的声源定位算法是一个复杂且具有挑战性的问题。
需要根据具体环境的特征和人耳的感知机制来设计合适的算法。
未来的研究可以进一步探索混响环境下的声源定位算法，并结合机器学习和深度学习的方法来改进声源定位的准确性和鲁棒性。
声源定位的算法原理
声源定位的算法原理声源定位是指通过分析声音信号，确定声音源的位置的技术。
声源定位在很多领域都有应用，如语音识别、语音跟踪、音频会议等。
声源定位的算法原理主要包括多麦克风阵列、波束形成和时间延迟估计等。
1. 多麦克风阵列（Microphone Array）：多麦克风阵列是指将多个麦克风均匀地布置在空间中，以便同时接收不同位置的声音信号。
麦克风阵列可以通过增加麦克风数量来提高声源定位的精度。
通常，麦克风阵列的形状可以是线性的、圆形的或者其他形状的，不同的阵列形状会对声源定位的效果产生影响。
2. 波束形成（Beamforming）：波束形成是一种通过对麦克风阵列中的麦克风信号进行加权和叠加，以增强来自目标声源的信号，并抑制背景噪音和干扰声音的技术。
波束形成的目的是使得阵列信号中来自目标声源的能量最大化。
常见的波束形成算法包括被动波束形成、激发波束形成和自适应波束形成等。
- 被动波束形成（Passive Beamforming）：被动波束形成是指通过简单的叠加麦克风阵列的信号，以增强来自目标声源的信号。
被动波束形成不需要估计声源的方向，因此算法相对简单，但精度较低。
- 激发波束形成（Adaptive Beamforming）：激发波束形成是指根据估计的声源方向，调整麦克风阵列信号的加权系数，以实现抑制背景噪音和干扰声音的目的。
激发波束形成由于需要估计声源的方向，因此算法复杂度较高，但精度较高。
- 自适应波束形成（Adaptive Beamforming）：自适应波束形成是指根据实时接收的信号和背景噪音的统计特性，自适应地调整麦克风阵列的加权系数，以实现最优波束形成。
自适应波束形成利用信号处理算法来估计加权系数，从而抑制干扰声音和背景噪音。
3. 时间延迟估计（Time Delay Estimation）：时间延迟估计是指通过分析麦克风阵列中不同麦克风接收到的信号之间的时间差，来估计声源的方向。
常见的时间延迟估计算法包括互相关法、基于延迟和和互相关法、最大似然估计法等。
音频源定位的制作方法
音频源定位的制作方法音频源定位是指将音频信号分别成不同的声源或方向，并确定它们的位置和方向。
这项技术已被广泛应用于语音识别、音乐处理和视频后期制作等领域。
本文将介绍音频源定位的制作方法。
1. 策划在制作过程中，策划是必不可少的一步。
它确定了项目的目标、预算、时间表以及需要的工具和设备。
通过认真的策划，可以确保项目在不挥霍时间和资源的情况下取得最好的效果。
2. 声音采集声音采集是制作音频源定位的关键步骤。
为了在后续处理中获得高质量的音频，需要使用高质量的扩音器，并保证适当的采样率和位深度。
一般来说，采纳定向扩音器进行录制会更加有效。
在录制过程中，应确保四周环境安静，避开外来噪音的干扰。
3. 处理录音一旦音频源记录完成，就需要处理录音，以准备源定位过程。
这意味着采纳一些技术，例如降噪、均衡和去混响等方法，使录音更加清楚，并去除一些不必要的杂音。
还可以对音频信号进行音量掌控，以确保源定位过程的精准性。
4. 求解定位方程要进行音频源定位，必需求解一些定位方程。
定位方程是一种数学模型，用于将声源定位到某个方向或位置。
通过确定声源的时间、距离和角度等参数，可以使用三角测量法或其他方法进行源定位。
5. 开发源定位算法开发源定位算法是一种关键技术，它可以通过处理音频信号来识别声源位置。
源定位算法包括基于波束形成、基于交叉相关性和基于虚拟阵列的方法。
它们都可以在不同的条件下进行有效的源定位，并具有不同的优点和缺点。
6. 实现源定位在完成全部准备工作后，可以开始实现源定位。
这通常包括对音频信号进行采样、处理和分析等步骤。
在实现过程中，可以通过一系列方法检查源定位的精准性，并对结果进行调整以充足要求。
总结音频源定位是一种特别有用的技术，可以广泛应用于各种领域。
在正确的策划和准备下，可以实现高质量的源定位，并取得很好的效果。
我们需要在整个过程中注意保持高质量的音频和精准的精度，并结合不同的算法和策略进行源定位。
声源定位的算法原理
声源定位的算法原理声源定位算法是通过分析和处理音频信号，确定声源的位置或方向。
常见的声源定位算法包括交叉相关法、泛音法、多麦克风阵列法等。
下面将详细介绍这些算法的原理。
1.交叉相关法：交叉相关法是一种经典的声源定位算法。
它基于两个麦克风之间的时间差（Time Difference of Arrival，简称TDOA）来确定声源的位置。
首先，通过两个麦克风接收到的声音信号计算出它们的自相关函数。
然后，两个自相关函数进行互相关运算，得到互相关函数。
根据互相关函数的峰值位置，可以通过时间差来确定声源的方向。
具体步骤如下：-麦克风接收到的声音信号进行滤波和采样。
-计算出两个麦克风的自相关函数。
-对两个自相关函数进行互相关运算，得到互相关函数。
-找到互相关函数的峰值位置，根据时间差计算声源的方向。
2.泛音法：泛音法是一种利用声音的频率特征来确定声源方向的算法。
声音在传播过程中会发生多次反射，形成泛音。
这些泛音在不同位置的麦克风上的相对振幅会发生变化。
通过分析不同麦克风上的频率响应，可以确定声源的位置。
具体步骤如下：-通过多个麦克风接收到的声音信号计算频谱。
-分析不同麦克风上的频谱，在频域上找到波峰位置。
3.多麦克风阵列法：多麦克风阵列法是一种基于信号处理技术的声源定位算法。
它利用多个麦克风接收到的声音信号之间的差异来确定声源的方位。
通过利用阵列中的多个麦克风之间的时延差、振幅差和相位差等信息，可以实现高精度的声源定位。
-设置一个具有多个麦克风的阵列。
-同时接收到来自不同麦克风的声音信号，并利用信号处理技术进行预处理。
-通过计算麦克风之间的时延差、振幅差和相位差等信息，确定声源的位置。
声源定位算法在很多领域都有广泛的应用，如语音识别、视频会议、智能家居等。
通过对声音信号的分析和处理，可以准确地确定声源的位置和方位，为人们提供更多便利和服务。
声源定位原理范文
声源定位原理范文声源定位是指通过声音的时间延迟和声音强度差异来确定声源的位置。
在人类的听觉系统中，我们可以凭借耳朵的位置差异和声音传播速度的特性来分辨声源的方向。
声源定位原理涉及到声音的时间定位和强度定位两个方面。
1.声音的时间定位原理：人的听觉系统通过两只耳朵接收到的声音的时间差来判断声源的方向。
当声源位于一个方向上时，声音首先到达离声源较近的耳朵，并稍后到达离声源较远的耳朵。
根据时间差，人的大脑能够计算出声源的方向。
时间差原理的实现依赖于以下几个因素：-音频信号的持续时间：如果声源发出的声音相对较长，人的听觉系统能够更容易地检测到时间差。
较短的声音信号可能无法提供足够的时间信息来定位声源。
-声音频率：不同频率的声音在传播过程中会有不同的衰减和反射，可能会改变时间差的感知。
对于高频声音，时间差可以更容易地检测到。
-声音强度：声音的强度对时间差的检测也有一定影响。
声音强度过低可能导致时间差无法准确地被感知到。
2.声音的强度定位原理：人的听觉系统通过两只耳朵接收到的声音的强度差异来判断声源的方向。
当声源位于一个方向上时，声音在传播过程中会发生折射、反射等现象，导致声音到达两只耳朵上的强度差异。
声音强度差异原理的实现依赖于以下几个因素：-音频信号的频率：不同频率的声音在传播过程中会有不同的衰减和反射，可能会改变声音强度的感知。
对于高频声音，在声音传播过程中其强度衰减较快，声音源的位置可以根据声音强度差异来判断。
-声源的距离：声源距离耳朵越近，声音强度也会相对较大，从而使声音强度差异更加明显。
-耳朵的形状和位置：人的耳朵形状和位置的差异会导致声音在抵达耳朵时发生衰减和反射，从而影响声音的强度差异。
总结起来，声源定位原理基于声音传播速度的特性和人的听觉系统的双耳差异来实现。
通过研究声音的时间延迟和声音强度差异，人类可以准确地判断声源的方向。
这项技术在音频处理、虚拟现实、机器人导航等领域有广泛的应用，可以提高人们对环境的感知和理解能力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
置处获取目标信号，并且抑制其它方向的干扰信号，其效果明显优于良 好瞄准的、高方向性的单麦克风。 ２）麦克风阵列系统能够应用于自动跟踪识别声源，当声源移动时，麦克风 阵列并不需要发生物理上的调整， 只需系统改变其电子波束指向即可，
Ⅱ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｆｉｍｃｔｉｏｎ ｕｓｅｄ ｉｓ ｏｐｔｉｍａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｌｒａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ａｎｄ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｓｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ，ｃｒｏｓｓｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｐｈａｓｅ，ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ，ＬＭＳ
１．２研究历史及现状
基于麦克风阵列的声源定位，就是基于一组已知几何位置的阵列并利用阵元 接收信号的相关性来确定声源方向或者空间位置。
根据声源、麦克风阵列、背景环境的不同情况，目前的声源定位研究主要可 分为以下几类：
１）二维空间定位与三维空间定位 ２）近场定位与远场定位 ３）方向定位与距离定位 ４）理想环境下的声源定位与低信噪比，强混响环境下的声源定位 随着声源定位应用背景的不断拓展，定位技术的理论研究也取得了长足的进 步．由于工程应用的需求，在二维空间及理想环境下的理论研究已经不能满足要 求，更多的研究致力于真实声场下的三维空间。在无线通信、雷达、声纳领域中， 室外远距离的声源方向测定是焦点。在远场情况下，声源与参考传声器之间的 距离大于材２／五。。，五。。是声源的最小波长，ｄ是阵列孔径，即相邻传声器之间的 距离。此时认为声源信号为平面波，到达各个阵列的方向是近乎相同的，均匀线 性阵列在这种环境中得到了广泛应用。然而在室内环境中，近场声源的研究则是 热点，信号波前认为是球面，不仅可以定向，估计声源到阵列的距离也成为可能。 在真实的声场中，声音除了通过空气媒介直接到达传声器以外，还通过各种障碍 物（如墙壁、地板、天花板、室内物品）反射、衍射到达，这样传声器接收到的是
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｆｍｒｔｈｅｌ＂ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｉｓ ｓｔｉｌｌ ａ ｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇ ｔａｓｋ，ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｉｎｔｅｒｅｓｔ．
Ｔｈｉｓｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｏｕｉｌｄ ｓｏｕｒｃｅ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｌ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ａ ｍｏｄｉｆｉｅｄ
２
第一章绪论
原始直达声和经过延迟和衰减的声音的混合信号，这种导致音质变差的现象叫做 多径效应（ｏｍｏｌｏｇｏ，１９９８）ｔｚｌｌ。多径效应将使麦克风获取的语音质量下降、声源定 位的精度降低。从理论上讲，可用反滤波或反卷积的方法来消除混响，但这要求 已知精确的混响冲击函数，而实际上环境的声学特性一般是很难获得的，因此这 种方法不容易实现。抗混响的其他方法有子带（ｓｕｂ－ｂａｎｄ）处理法、自适应滤波 （ａｄａｐｔｉｖｅ ｐｏｓｔ－ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）法和基于倒谱（ｃｃｐｓｍⅡｎ－ｂａｓｃｄ）处理的方法等 （Ｂｒａｎｄｓｔｅｉｎ，１９９５）［埘。
Ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａｌｌ，ｅｎｄｐｏｉｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｃｒｕｃｉａｌ ｓｔｅｐ ｉｎ ｓｐｅｅｃｈ ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ
ｇｅｔｓ ｒｉｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｐｅｅｃｈｌｅｓｓ ｓｉｇｎａｌｓ，ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｍｔｉｏｎａｌ ｃｏｓｔ，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖ船ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｓ￥ｕｌｎｐｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｎｏｉｓｅ ｉｓ ｒｏｕｇｈｌｙ Ｏａ惦ｓｉａｎ ａｎｄ∞ｕｒｃｅ ｓｉｇｎａｌｓ ａｒｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ｓｉｇｎａｌｓ，
ｆｏｕｒｔｈ－ｏｒｄｅｒ ｃｕｍｌｄａｎｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｃｄ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｔｈｅ ｅｎｄｐｏｉｎｔ．，ｗｈｉｃｈ ｇｒｅａｔｌｙ ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｎｏｉｓｅ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ（ＴＤＯＡ）ｂａｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ
Ｉｌｌ
第一章绪论
第一章绪论
１．１ 研究背景
阵列信号处理是数字信号处理领域的一大热点，它克服了单个传感器信息量 少的缺点，利用各阵元信号之间存在的相关性对输入数据进行融合处理以实现对 待测参数的估计。所述的融合处理可以在时域、频域或空域进行。在统计学的意 义上，由阵列信号处理所得到的估计结果具有更高的精度。该技术已经在无线通 信、雷达、声纳、医学成像、工业自动监控和故障诊断Ⅸａｒｉｍ，１９９６）ｎｌ等场合得 到了广泛的应用。随着计算机技术的发展和人机交互需求的不断增加，其中如何 在真实的房间场景中定位声源这个课题日益凸现其重要性，基于麦克风阵列的声 源定位研究从上世纪八十年代开始就在国际上受到研究者越来越多的关注，而我 国则起步较晚。
第一章绪论
减少了手工操作。 ３）麦克风阵列系统能够识别监控同时发生的多个声源，在一些多人会话等
场合有重要应用。 ４）麦克风阵列系统可以用于近场测距，这是单麦克风无法实现的。 基于上述的优点，麦克风阵列定位技术目前已经在多种场合得到广泛的应 用。如视频电话会议（Ｆｌ雒ａｇａｎ’１９８５）嘲中话者定向，控制摄像头指向说话者，并 自动根据距离调焦；利用定位信息在混响环境中获取特定语音（Ｆｌａｎａｇａｎ，１９９３）ｔ７ｌ， 实现自动监控系统（０Ｉｎｏｌｏｇｏ，１９９３）【８】（室内防盗监控，交通监控），车载系统 （Ｇｒｅｎｉｅｒ，１９９２）ｔ９１，语音助听器装置（Ｇ∞即ｂｅｒ岛１９９２）【１０ｌ等。
阵列的使用在我们现实生活中其实非常普遍。“听声辨位”，人的双耳就是一 个很好的例子。听觉是一种重要的感觉手段，尤其是在光线昏暗、视物不明和有 障碍物阻挡的情况下更是视觉的有益补充。由于耳朵具有特殊的生理结构，能够 捕获声源到达双耳的相位差和声压差信息，通过复杂的信息处理，使得我们能够 准确地进行辨位，并估计出声源的距离。这是一个心理和生理感知的过程。仿生 学在移动机器人领域得到了较多的应用【２１调，这些机器人模仿人的双耳，通过在 相应位置放置一对麦克风，实现对声源的初步定位。由于模型和算法的准确度均 不能与入耳相比，对于复杂声场下的定位效果并不理想。所以，现在更多的目光 投向了多麦克风阵列，通过利用冗余麦克风提供的有效信息，从信号处理的角度 解决定位问题。
关键词：声源定位互功率谱相位球形插值随机梯度下降
ＡｂＩ竹■ｃＩ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｓｏｕｎｄ ＳＯｔＵ＇∞ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅ ａｒｒａｙ ｈａｓ ｒｅｃｅｎｔｌｙ ｂｅｅｎ ａｎ ａｃｔｉｖｅ
ａｒｅａ ｉｎ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ丽ｄｅｌｙ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｅｌｅｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｒｏｂｏｔ，ｓｐｅｅｃｈ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，ｅｔｏ． Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｈｏｗ ｔｏ ｌｏｃａｔｅ ａ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐｏｉｎｔ ＳＯｔｌｌ＇∞ｉｎ ａ ｒｅａｌ ａｃｏｕｓｔｉｃ
ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ Ｏｉｌ ｔｈｅ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｏｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ，ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｕｎｅｘｐｅｃｔｅｄ ｆａｌｓｅ ｐｅａｋｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ
ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｆｏｒ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｃｌｏｓｅｄ－ｆｏｒｍ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ（ｓｏ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｒｅｇａｒｄｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｖａｌｕｅ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ＬＳＭ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ－ｓｑｕａｒｅｓ ｓｅｎｓｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｔｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｓｏｌｖｅｓ ｓｏｍｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ＳＩ ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔ ｇｕａｒａｎｔｅｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ
ｐｍｖａｌｅｍ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｓｏｕｎｄ￥ｏｕｒｔ∞ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ｔｗｏ ｓｔｅｐｓ，ｔｈａｔ ｉｓ， ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．Ｆｏｒ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ａ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃｒｏｓｓｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｐｈａｓｅ（ＣＳＰ）ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｆｉｌｔｅｒｓ ＯＵｔ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｐｏｗｃｒ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｏｕｔｓｉｄｅ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｖｏｉｃｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｔｈａｔ ｍａｋｅｓ ｌｉｔｔｌｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
中国科学技术大学 硕士学位论文
声源定位算法及实现 姓名：杨祥清
申请学位级别：硕士 专业：模式识别与智能系统
指导教师：汪增福 20070501
摘要
基于麦克风阵列的声源定位是近年来语音信号处理领域的一大研究热点。随 着研究的不断深入，目前该项技术已经在视频电话会议、智能机器人、语音增强 等场合中得到了广泛的应用。尽管如此，如何在真实的声场环境中定位三维空间 的点声源，并进一步提高定位的精度和鲁棒性，仍然是一项有挑战性的课题，也 因此受到了研究者越来越多的关注。