[发明专利]在室内声场环境中对移动声源进行实时跟踪定位的方法

说明书

本发明在室内声场环境中对移动声源进行实时跟踪定位的方法,通过读取手机内置传感器信息，估计移动声源连续步态间的距离与转向值，分析连续步态下真实声源点及其跟随变化的镜像声源点的空间位置，构建连续步态下源点几何关系。然后，通过移动声源步态分析模块将一阶回波识别出来，并在RIR上提取其时延估值，最后基于此时延，计算镜像声源点到接收麦克风之间的声达时间差，基于非线性加权最小二乘分析模型，迭代出移动声源的空间三维坐标信息。该方法仅以室内空间几何为先验的同时，在不增加系统硬件复杂度且不依赖基础设施的情况下，有效利用多传感信息，提高移动声源在室内复杂声场环境下的跟踪定位性能，因此具有较低的复杂度和灵活的可移植性。

技术领域

本发明涉及声学领域中对移动声源进行跟踪定位的方法，具体是一种基于声学镜像模型采用非线性加权最小二乘原理，实现在室内声场环境中对移动声源进行实时跟踪定位的方法。

背景技术

室内混响环境下声源的跟踪定位技术在视频会议、语音增强与识别等场景中有重要的应用价值，是声学领域的热点问题。

室内环境是一个复杂的强噪声、强混响声场环境，高阶反射声可能早于低阶反射声到达接收麦克风，甚至在能量上与直接声信号接近。针对室内声场环境中，混响、噪声影响声达时间差的估计精度，导致移动声源跟踪定位能力不足的问题，多通道声源定位技术是提高目标声源跟踪定位性能的一种有效途径。然而，跟踪定位的精度会随着混响、噪声增大而降低，且受某些真实场景对小尺寸麦克风阵列需求的影响，麦克风阵列声源定位系统的实际应用仍然有限。单通道声源定位技术，是提高目标声源定位精度的另一有效途径。但是单通道声源定位技术在位置信息对比库缺失或不完善的情况下，由于实时定位阶段所采集到的信息与库存信息不一致性，定位系统的准确性将得不到保证。即使不采用库对比的定位方式，在实时跟踪定位过程，时域单通道降噪问题仍然是对定位系统时效性与准确性的极大考验。

已有一些针对环境声信号特征提取实现单通道声源定位的方法，包括提取声功率、声密度等特征结合神经网络算法进行房间级定位的方案，但此类方法需要在离线阶段采集环境声纹作为先验信息，且神经网络算法的复杂性与时耗都会对声源的实时跟踪定位带来新的问题。为了消除室内混响、噪声对声传播时延估计的误判，尤其是对一阶回波时延的误判，也有一些采用单通道声获取方式，通过时域、频域的降噪处理，实现声源定位的方法，但此类方法的计算复杂度都较高，且依赖于专用设备。

发明内容

为了更好地解决室内声场环境中，混响与噪声对声达时间差的影响，提高目标声源精准定位效果与实时跟踪性能，同时，兼顾声源定位系统简洁性和实用性，

本发明提供一种基于声学镜像模型采用非线性加权最小二乘原理，实现在室内声场环境中对移动声源进行实时跟踪定位的方法。

本发明在室内声场环境中对移动声源进行实时跟踪定位的方法，包括移动声源步态分析模块、一阶回波识别提取模块和非线性加权最小二乘分析模型，具体步骤如下：

(1)采用内置了多个传感器(如加速度计、磁力计、陀螺仪等)的智能手机作为声收发装置，移动声源即智能手机扬声器，通过设置在智能手机上的声波测距APP，让手机以单步时间间隔作为发声间隔，并选择chirp声信号作为发射信号，而声接收信号可由手机麦克风直接获得；

(2)读取手机内置传感器信息，估计移动声源连续步态间的距离与转向值，建立室内坐标系，并基于声学镜像模型，建立移动声源连续步态下真实源点及其镜像源点之间的几何关系模型；

(3)以室内空间几何信息为先验，通过声收发信号的互相关分析，设置一阶回波时延的搜索阈值；通过连续步态下声源点及其各一阶镜像源点在空间上所构成的几何关系，获取每一步态下声源点与其一阶镜像源点的空间距离，换算成时间估值；通过对空间脉冲响应时延点的搜索，在空间脉冲响应信号上，找到各时间估值的最佳匹配样点位置，从空间几何的层面上提高时延估计受混响、噪声的影响，提高估计精度；