[发明专利]一种麦克风阵列声源定位信号处理方法

说明书

本发明提出一种麦克风阵列声源定位方法，包括：步骤1)在测量空间内将估计声源位置划分为Q个网格点，每个网格点三维坐标为对M个麦克风信号进行采样，计算网格点到两个不同麦克风信号的时延差；步骤2)采集M个麦克风通道的当前帧数据，计算麦克风对的时延值；基于该时延值和步骤1)的时延差计算第q个网格点的加权值w_q；然后计算第q个网格点的SRP‑PHAT值p_q，在Q个网格点中找到w_qp_q的最大值对应的网格点从而得出该帧数据对应估计声源位置的网格点坐标本发明能够解决现有技术中SRP‑PHAT方法的定位精度受环境噪声和混响条件的影响严重、急剧下降的问题。

技术领域

本发明属于音频信号处理和阵列信号处理技术领域，具体而言，涉及一种麦克风阵列声源定位信号处理方法。

背景技术

目前麦克风阵列定位算法大致分为三大类，即基于到达时间差(TDOA)定位、可控响应功率(SRP)和基于高分辨率谱估计的算法。基于高分辨率谱估计的算法最初被应用于窄带源的定位，后来逐渐被众多学者变换引用到宽带源定位问题中。拓展到宽带信号估计时，需要在频域将信号频率划分为多个子带，或者进行频率聚焦以转化为窄带信号处理的方式。该类算法定位分辨率很高，但由于要进行宽带到窄带的转化，使得算法运算量大大增加，实际中更是因为声源个数未知以及噪声环境不满足理想的高斯白噪声条件而性能急剧下降。

基于到达时间差(TDOA)定位算法的核心在于对声传播时延的准确估计，一般通过对麦克风间信号做互相关或者广义互相关处理得到。最后通过对于几何算法的应用将声源的位置加以确定。基于到达时间差的定向算法运算量相对较小，实时性较好，硬件成本较低，因而倍受关注，成为声源定向中广泛采用的方法。该方法中时延估计值是否精确决定了声源定位是否精确，环境噪声与室内混响会对其准确度产生一定的影响。

SRP方法将空间划分成一个一个网格，每个网格都有一个假设的声源，可以算出每个假想声源到一对指定位置麦克风的时延差，将所有麦克风对在其时延差对应的互相关值求和，就可以得到响应功率，使得响应功率取得最大值对应的假想声源位置即为真实声源位置的估计值。联合可控响应功率和相位变换的声源定位方法(SRP-PHAT)将可控响应功率方法固有的鲁棒性、短时分析特征与时延估计中相位变换方法对信号周围环境的不敏感性相结合，使声源定位系统具有一定的抗噪性、抗混响性。但是，SRP-PHAT方法在恶劣环境下(噪声干扰大、混响影响严重)性能急剧下降。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中SRP-PHAT方法的定位精度受环境噪声和混响条件的影响严重、急剧下降的问题。

为实现上述目的，本发明公开一种麦克风阵列声源定位信号处理方法，包括：

步骤1)在测量空间内将估计声源位置划分为Q个网格点，每个网格点三维坐标为对M个麦克风信号进行采样，计算网格点到两个不同麦克风信号的时延差；

步骤2)采集M个麦克风通道的当前帧数据，计算麦克风对的时延值；基于该时延值和步骤1)的时延差计算第q个网格点的加权值w_q；然后计算第q个网格点的SRP-PHAT值p_q，在Q个网格点中找到w_qp_q的最大值对应的网格点从而得出该帧数据对应估计声源位置的网格点坐标

作为上述方法的一种改进，所述步骤1)包括：

步骤1-1)设M个麦克风组成的麦克风阵列分布在三维空间中，各麦克风坐标为

步骤1-2)在测量空间内将声源所有可能位置划分为Q个网格点，其三维坐标为

步骤1-3)每个麦克风对应一个通道，设信号的采样频率为f_s，每帧每通道采样长度为L，每通道采样信号为x_i1(n),i1＝1,…,M,n＝1,…,L；傅里叶变换点数等于2L-1；