一種聲源定位方法和裝置及其時(shí)延估計(jì)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及聲源定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聲源定位方法和裝置及其時(shí)延估計(jì) 方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 麥克風(fēng)聲源定位技術(shù)是利用麥克風(fēng)拾取聲音信號，并用數(shù)字信號處理技術(shù)對其進(jìn) 行分析和處理，繼而確定和跟蹤聲源的空間位置。針對室內(nèi)復(fù)雜場景，能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確的估 計(jì)出聲源的位置，以此作為機(jī)器人本體進(jìn)行位姿調(diào)整的依據(jù)，使得機(jī)器人本體能夠根據(jù)聲 源位置對位姿進(jìn)行主動(dòng)調(diào)整，將本體朝向聲源位置。如果存在多個(gè)聲源，能夠智能的選擇主 要聲源，抑制次要聲源的影響，使機(jī)器人的交互功能更加準(zhǔn)確、智能、友好。
[0003] 目前，基于時(shí)延估計(jì)的聲源定位中，主要利用時(shí)延估計(jì)技術(shù)得到聲源到達(dá)各個(gè)麥 克風(fēng)的時(shí)間差，然后利用時(shí)間差結(jié)合麥克風(fēng)陣列的幾何位置計(jì)算出聲源的位置。
[0004] 然而，現(xiàn)有基于時(shí)延估計(jì)的聲源定位方法中，由于非空間相關(guān)高斯噪聲和聲音信 號周期性的影響，常用的估計(jì)方法，例如時(shí)域高階統(tǒng)計(jì)量的方法得到的時(shí)延沖擊響應(yīng)函數(shù) 容易被源信號頻譜延展，在信號時(shí)延周圍產(chǎn)生混淆峰值，因此具有較大的時(shí)延估計(jì)誤差。再 例如廣義互相關(guān)-譜加權(quán)的方法，會(huì)隨著信噪比的逐漸減小而出現(xiàn)噪聲時(shí)延處的峰值能量 越來越大，導(dǎo)致錯(cuò)誤的時(shí)延估計(jì)。時(shí)延估計(jì)的誤差會(huì)在聲源位置計(jì)算中累積并放大，從而影 響定位效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本申請?zhí)峁┝艘环N聲源定位方法和裝置及其時(shí)延估計(jì)方法和裝置，以 克服現(xiàn)有技術(shù)中時(shí)域高階統(tǒng)計(jì)量方法和廣義互相關(guān)-譜加權(quán)方法存在的信號時(shí)延周圍由于 混淆峰值以及高斯噪聲污染的影響導(dǎo)致定位誤差增大的問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘韵录夹g(shù)方案：
[0007] 一種時(shí)延估計(jì)方法，包括：
[0008] 對接收的聲源發(fā)出的聲音信號進(jìn)行兩級降噪處理得到降噪信號；
[0009] 根據(jù)所述降噪信號的四階累積量和四階累積量互譜，定義時(shí)延估計(jì)方程；
[0010] 根據(jù)所述時(shí)延估計(jì)方程估計(jì)得到所述聲音信號到達(dá)麥克風(fēng)陣列中各個(gè)麥克風(fēng)的 時(shí)間差。
[0011]優(yōu)選的，所述對接收的聲源發(fā)出的聲音信號進(jìn)行兩級降噪處理得到降噪信號包 括：
[0012] 利用通道濾波器進(jìn)行信號的局部和全局降噪處理，降低所述聲音信號中的噪聲干 擾，得到初步降噪信號；
[0013] 將所述初步降噪信號疊加白化權(quán)重函數(shù)k，降低偽峰幅值，增大時(shí)延峰值，得到降 噪信號。
[0014] 優(yōu)選的，所述根據(jù)所述降噪信號的四階累積量和四階累積量互譜，定義時(shí)延估計(jì)
[0016] 方程包括：[0015] 根據(jù)所述降噪信號的四階累積量和四階累積量譜，定義所述時(shí)延估計(jì)方程為：
[0017]其中，γ ( ωι，ω2, ω3)稱為時(shí)延估計(jì)子，表示經(jīng)過兩級降噪之后信號的四階累積 ，:. 量和四階累積量譜；
表示白化權(quán)重函數(shù)；ω1; ω2, ω3是三維傅里 葉變換后的自變量，即信號的頻率，取值范圍是不小于〇的實(shí)數(shù);Ρ~( ω i，ω 2，ω 3)表示參考 信號α(η)的四階累積量譜;Ρ_( 表示參考信號α(η)和延遲信號β( η)的四階累積 量互譜;i表示虛數(shù)單位;τ表示聲音信號到達(dá)麥克風(fēng)陣列中各個(gè)麥克風(fēng)信號的到達(dá)時(shí)間差。 [0018] -種時(shí)延估計(jì)裝置，包括:聲音采集單元、處理單元、定義單元和估計(jì)單元，其中，
[0019] 所述聲音采集單元，用于采集聲源發(fā)出的聲音信號；
[0020] 所述處理單元，用于對所述聲音采集單元采集的所述聲音信號進(jìn)行兩級降噪處理 得到降噪信號；
[0021] 所述定義單元，用于根據(jù)所述處理單元處理得到的所述降噪信號的四階累積量和 四階累積量互譜，定義時(shí)延估計(jì)方程；
[0022] 所述估計(jì)單元，用于根據(jù)所述定義單元定義的所述時(shí)延估計(jì)方程估計(jì)得到所述聲 音信號到達(dá)麥克風(fēng)陣列中各個(gè)麥克風(fēng)的時(shí)間差。
[0023] 優(yōu)選的，所述處理單元包括:第一處理單元和第二處理單元，其中，
[0024] 所述第一處理單元，用于利用通道濾波器進(jìn)行信號的局部和全局降噪處理，降低 所述聲音信號中的噪聲干擾，得到初步降噪信號；
[0025] 所述第二處理單元，用于將所述初步降噪信號疊加白化權(quán)重函數(shù)k，降低偽峰幅 值，增大時(shí)延峰值，得到降噪信號。
[0026] 優(yōu)選的，所述定義單元具體用于根據(jù)所述降噪信號的四階累積量和四階累積量 譜，定義所述時(shí)延估計(jì)方程為：
[0027] ，+
[0028] 其中，γ(ωι，ω2, ω3)稱為時(shí)延估計(jì)子，表示經(jīng)過兩級降噪之后信號的四階累積 量和四階累積量譜
表示白化權(quán)重函數(shù)；ω1; ω2, ω3是三維傅里 葉變換后的自變量，即信號的頻率，取值范圍是不小于〇的實(shí)數(shù);Ρ~( ω i，ω 2，ω 3)表示參考 信號α(η)的四階累積量譜;Ρ_( 表示參考信號α(η)和延遲信號β( η)的四階累積 量互譜;i表示虛數(shù)單位;τ表示聲音信號到達(dá)麥克風(fēng)陣列中各個(gè)麥克風(fēng)信號的到達(dá)時(shí)間差。
[0029] 一種聲源定位方法，包括：
[0030] 對接收的聲源發(fā)出的聲音信號進(jìn)行兩級降噪處理得到降噪信號；
[0031] 根據(jù)所述降噪信號的四階累積量和四階累積量互譜，定義時(shí)延估計(jì)方程；
[0032] 根據(jù)所述時(shí)延估計(jì)方程估計(jì)得到所述聲音信號到達(dá)麥克風(fēng)陣列中各個(gè)麥克風(fēng)的 時(shí)間差；
[0033] 根據(jù)所述時(shí)間差，結(jié)合所述麥克風(fēng)陣列的幾何位置計(jì)算出聲源的位置。
[0034] 優(yōu)選的，所述對接收的聲源發(fā)出的聲音信號進(jìn)行兩級降噪處理得到降噪信號包 括：
[0035] 利用通道濾波器進(jìn)行信號的局部和全局降噪處理，降低所述聲音信號中的噪聲干 擾，得到初步降噪信號；
[0036] 將所述初步降噪信號疊加白化權(quán)重函數(shù)k，降低偽峰幅值，增大時(shí)延峰值，得到降 噪信號。
[0037] 優(yōu)選的，所述根據(jù)所述降噪信號的四階累積量和四階累積量互譜，定義時(shí)延估計(jì) 方程包括：
[0038]根據(jù)所述降噪信號的四階累積量和四階累積量譜，定義所述時(shí)延估計(jì)方程為：
[0039] ，
[0040] 其中，γ ( ωι，ω2, ω3)稱為時(shí)延估計(jì)子，表示經(jīng)過兩級降噪之后信號的四階累積 量和四階累積量譜；
表示白化權(quán)重函數(shù)；ω1; ω2, ω3是三維傅里 葉變換后的自變量，即信號的頻率，取值范圍是不小于〇的實(shí)數(shù);Ρ~( ω :，ω 2，ω 3)表示參考 信號α(η)的四階累積量譜;Ρ_( 表示參考信號α(η)和延遲信號β( η)的四階累積 量互譜;i表示虛數(shù)單位;τ表示聲音信號到達(dá)麥克風(fēng)陣列中各個(gè)麥克風(fēng)信號的到達(dá)時(shí)間差。
[0041] -種聲源定位裝置，包括:聲音采集單元、處理單元、定義單元、估計(jì)單元和計(jì)算單 元，其中，
[0042] 所述聲音采集單元，用于采集聲源發(fā)出的聲音信號；
[0043]所述處理單元，用于對所述聲音采集單元采集的所述聲音信號進(jìn)行兩級降噪處理 得到降噪信號；
[0044]所述定義單元，用于根據(jù)所述處理單元處理得到的所述降噪信號的四階累積量和 四階累積量互譜，定義時(shí)延估計(jì)方程；
[0045] 所述估計(jì)單元，用于根據(jù)所述定義單元定義的所述時(shí)延估計(jì)方程估計(jì)得到所述聲 音信號到達(dá)麥克風(fēng)陣列中各個(gè)麥克風(fēng)的時(shí)間差；
[0046] 所述計(jì)算單元，用于根據(jù)所述估計(jì)單元得到的所述時(shí)間差，結(jié)合所述麥克風(fēng)陣列 的幾何位置計(jì)算出聲源的位置。
[0047] 優(yōu)選的，所述處理單元包括:第一處理單元和第二處理單元，其中，
[0048] 所述第一處理單元，用于利用通道濾波器進(jìn)行信號的局部和全局降噪處理，降低 所述聲音信號中的噪聲干擾，得到初步降噪信號；
[0049] 所述第二處理單元，用于將所述初步降噪信號疊加白化權(quán)重函數(shù)k，降低偽峰幅 值，增大時(shí)延峰值，得到降噪信號。
[0050] 優(yōu)選的，所述定義單元具體用于根據(jù)所述降噪信號的四階累積量和四階累積量 譜，定義所述時(shí)延估計(jì)方程為：
[0051]
[0052] 其中，γ(ωι，ω2, ω3)稱為時(shí)延估計(jì)子，表示經(jīng)過兩級降噪之后信號的四階累積 量和四階累積量譜；
表示白化權(quán)重函數(shù)；ω1; ω2, ω3是三維傅里 葉變換后的自變量，即信號的頻率，取值范圍是不小于〇的實(shí)數(shù);Ρ~( ω :，ω 2，ω 3)表示參考 信號α(η)的四階累積量譜;Ρ_( 表示參考信號α(η)和延遲信號β( η)的四階累積 量互譜;i表示虛