[发明专利]一种利用声源间稀疏成分均衡的多声源定位方法

权利要求书

1.一种利用声源间稀疏成分均衡的多声源定位方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，对采集信号进行分帧处理，利用短时傅里叶变换对声场麦克风采集信号进行时-频变换，获得信号的频域系数；

步骤2，将频域系数按频率划分为若干子带，计算每帧信号同一频率范围子带内声场麦克风各通道间的采集信号归一化互相关系数；

步骤3，根据归一化互相关系数检测单声源子带，计算单声源子带内的各时-频点的角度估计值；

步骤4，利用子带内时-频点信息，计算得到单声源子带的角度粗估计值；

单声源子带的角度粗估计值计算方法如下：若子带Ω_nm为单声源子带，则该子带的角度粗估计值由下式计算：

其中，Re代表取实部运算，*代表共轭运算；

步骤5，根据帧内各个单声源子带的角度粗估计值计算本帧内每个声源的帧稀疏度，依赖帧稀疏度来确定帧内强稀疏性声源；

所述的帧内强稀疏性声源判别方法如下：

5.1)根据角度粗估计值将单声源子带映射到若干个声源上，具体为：将一帧内所有单声源子带对应的角度粗估计值按升序排列，设θ为预设的角度阈值，若相邻粗估计角度值的差值大于θ，则表示两个角度粗估计值分属两个声源，否则表示属于同一声源，从而得到一帧内映射到各个声源的角度粗估计个数；

5.2)计算所有声源在第n帧的帧稀疏度，其中第p个声源在第n帧的帧稀疏度Γ_np由下式计算：

其中，p＝1,2,…,P，G_np为第n帧内映射到第p个声源的角度粗估计个数；

5.3)判断帧内强稀疏性声源，判断条件为：若Γ_np大于阈值σ，则认为第p个声源在第n帧内具有较多的单声源子带，即第p个声源是第n帧的帧内强稀疏性声源；

5.4)计算帧内强稀疏性声源角度，具体为：对于判断得到的帧内强稀疏性声源，将映射到该帧内强稀疏性声源的各个角度粗估计值的平均值作为其角度粗估计值;

步骤6，设定均衡处理区间，在处理区间内，利用各帧信号的帧内强稀疏性声源的角度估计信息计算各个帧内强稀疏性声源的区间稀疏度，并以此确定区间强稀疏性声源，具体如下，6.1)设定均衡处理区间，该处理区间以帧为单位，每个处理区间包含Δ_e帧信号，且相邻处理区间不包含重叠帧；其中，当前区间为第Q个均衡处理区间，则区间内包含第n,n-1,n-2,...,n-Δ_e+1帧信号，判断每一帧的帧内强稀疏性声源并计算其角度，则第Q个均衡处理区间内所有的帧内强稀疏性声源可由集合Ψ′_Q表示

其中P′_n-δ为第n-δ帧的帧内强稀疏性声源个数，表示第n-δ帧的第p′_n-δ个帧内强稀疏性声源角度，p′_n-δ＝1,2,…,P′_n-δ；

6.2)根据角度粗估计值将当前区间帧内强稀疏性声源映射到若干个声源上，具体为：将Ψ′_Q中的所有角度按升序排列，若相邻的帧内强稀疏性声源角度的角度差小于预设阈值θ，则表示两个帧内强稀疏性声源属于同一个声源，否则表示属于不同声源；

6.3)根据映射到各个声源的帧内强稀疏性声源的个数，计算各声源在当前均衡区间内的区间稀疏度，其中第p个声源在第Q个均衡区间内的区间稀疏度Γ′_Qp可由下式计算：

其中，p＝1,2,…,P，G′_Qp为第Q个均衡区间内映射到第p个声源的帧内强稀疏性声源的个数；

6.4)判断区间强稀疏性声源，判断条件为：若Γ′_Qp大于预设阈值ξ则认为第p个声源为第Q个均衡处理区间的区间强稀疏性声源；

6.5)计算区间强稀疏性声源角度，具体为：对于判断得到的区间强稀疏性声源，将映射到该区间强稀疏性声源的各个帧内强稀疏性声源角度的平均值作为该区间强稀疏性声源角度；第Q个均衡区间内所有的区间强稀疏性声源可由集合Ψ″_Q表示，其中P_Q表示第Q个均衡处理区间内的区间强稀疏性声源总数，表示第Q个均衡区间内第p_Q个区间强稀疏性声源角度，p_Q＝1,2,…,P_Q；

步骤7，选择H个经均衡处理后的均衡处理区间，根据这些区间中的时频点角度估计值属于各个区间强稀疏性声源的数量计算各个区间强稀疏性声源的全局稀疏度，根据全局稀疏度对区间强稀疏性声源进行筛选并最终确定全局强稀疏性声源，其中H个均衡处理区间中的时频点角度估计值可由集合Π_Q表达，其中h＝1,2,…,H，Φ_Q-h代表第Q-h个处理区域经均衡处理后的时-频点角度估计值集合；

所述的各个区间强稀疏性声源的全局稀疏度的计算方法如下：

1)判断时-频点角度估计值是否属于第Q个均衡处理区间的第p_Q个区间强稀疏性声源，并统计第Q个均衡处理区间的第p_Q个区间强稀疏性声源的时-频点角度估计值的数量，其中判决条件为：

其中h′＝Δ_e,Δ_e+1,…,(H+1)Δ_e-1,为预设阈值；

2)利用Π_Q计算区间强稀疏性声源的全局稀疏度，其中，第Q个均衡处理区间的第p_Q个区间强稀疏性声源在整体信号中的全局稀疏度为则可由下式计算：

其中B为Π_Q中时-频点角度估计值总数量，为Π_Q中属于第Q个均衡处理区间的第p_Q个区间强稀疏性声源的时-频点角度估计值的数量；

所述的全局强稀疏性声源的判断方法为：若大于预设阈值λ，则第Q个均衡处理区间的第p_Q个区间强稀疏性声源确定为全局强稀疏性声源，即最终确定的强稀疏性优势声源；对Ψ″_Q内所有区间强稀疏性声源进行判断，保留满足判决条件的声源角度，则这些保留的声源角度即为全局强稀疏性声源角度；

所述的均衡处理包括：

1)设定角度移除范围，其中第Q个均衡处理区域有D_Q个全局强稀疏性声源，则第Q个均衡处理区域的角度移除范围由下式得到：

其中，为第Q个均衡处理区间的第d_Q个全局强稀疏性声源的角度，d_Q＝1,2,…,D_Q，D_Q为第Q个均衡处理区间的全局强稀疏性声源的总个数；

2)对于每个处理区间，删除角度估计值落入角度移除范围的各个时-频点；

步骤8对若干个经均衡处理后的区间内保留的时-频点的角度估计值进行后处理以获得声源角度估计。