基于声学镜像模型的室内空间几何轮廓重构方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108872939A(43)申请公布日2018.11.23(21)申请号201810405623.5(22)申请日2018.04.29(71)申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市七星区金鸡路1号(72)发明人宋浠瑜王玫仇洪冰罗丽燕(74)专利代理机构桂林市华杰专利商标事务所有限责任公司45112代理人杨雪梅(51)Int.Cl.G01S5/22(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称基于声学镜像模型的室内空间几何轮廓重构方法(57)摘要本发明公开了一种基于声学镜像模型的室内空间几何轮廓重构方法，包括声接收装置、相位变换广义互相关分析模块、声源定位模块、平面参数分析模块、以及声学镜像模型等，采用语音信号作为声源信号，以可移动的M阵元星形阵列作为声接收装置；首先，基于可控响应功率相位变换和区域收缩法进行声源定位；其次，基于声学镜像模型，通过声收发信号的互相关分析，获取说话人单步移动前后其距离室内各反射面的距离估值；最后，结合室内空间的形状先验，将空间几何轮廓重构问题转化为声源定位问题，通过对镜像声源位置的求解，实现室内空间几何轮廓重构。该方法可提高室内空间几何轮廓重构的准确度，同时，兼顾声源通用性，能够获得鲁棒的轮廓重构效果。CN108872939ACN108872939A权利要求书1/2页1.基于声学镜像模型实现室内空间几何轮廓重构的方法，其特征在于，包括声接收装置、相位变换广义互相关分析模块、声源定位模块、平面参数分析模块、中垂面构造模块、以及声学镜像模型，具体步骤如下：(1)在室内反射墙面的中心位置，放置可移动的M阵元星型阵列作为声接收装置，室内单个说话人的语音信号为声源信号；(2)基于可控响应功率相位变换和区域收缩法进行声源定位；具体是，通过相位变换广义互相关分析模块，获得M阵元所接收声信号在直达路径上的声达时间TOA，经过SRP-PHAT-SRC声源定位模块的SRP-PHA-SRC算法，并对SRP-PHA进行了优化，迭代给出说话人位置坐标s；(3)基于声学镜像模型，通过声收发信号的互相关分析，获取说话人单步移动前后其距离室内各反射面的距离估值；具体是，移动接收阵列至不同反射面的中心位置，取M阵元的TOA最小值，作为声源到该反射面的直接距离估计，作为平面参数分析模块的输入，以获得该反射面的反射参数pl，l＝1，2，...，6；将声源位置坐标s、反射面参数pl及反射面法向量nl，l＝1，2，...，6作为声学镜像模型的输入，估计各一阶镜像声源位置(4)结合室内空间的形状先验，将空间几何轮廓重构问题转化为声源定位问题，通过对镜像声源位置的求解，快速有效地实现室内空间几何轮廓重构；具体是，通过中垂面构造模块，构造声源位置s与各一阶镜像声源位置的中垂面，得到室内几何轮廓重构结果。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤(2)所述的优化，具体步骤如下：(2.1)声源空间参数初始化s是声源位置，是声源空间可能的声源位置，是相位变换加权的可控响应功率，因此，声源位置设置空间初始搜索矩形区域体V0，区域内随机点数J0，令∈0＝E(J0)，则有其中，N0是用于下一搜索区域体的有效点数；(2.2)声源搜索区域收缩对目标函数(1)在当前搜索区域体Vi内进行随机搜索，获取随机样点Ji，并计算有效点Ni，Ni＜＜Ji，由Ni分布确定新的搜索区域体Vi+1，及其边界(2.3)收缩参数评估2CN108872939A权利要求书2/2页设置阈值：①最小搜索区域的体积：Vu；②当前搜索区域计算量FEi的最大值：Φi；③最大迭代步数：I；如果FEi＞Φ，即当前搜索区域计算量超过最大值，则停止搜索，并保存结果；如果FEi＜Φ，判断Vi+1＜Vu是否成立，即当前搜索区域必须大于最小搜索区域值，当Vi+1＜Vu或Vu＜Vi+1＜TVu，T是一个正整数，则停止搜索，并保存结果；如果FEi＜Φ，Vi+1＞Vu，从当前有效点集Ni中提取子集GiGi＝{g|gi＞E(Ni)}(5)(2.4)决策停止或继续至全局最优点如果子集Gi可以有效提取，则说明Vi+1有效，从Vi+1中计算新的随机样子Ji+1，并使得以提取最佳的Ni+1重复以上过程，可以得到每一迭代步的均值数列∈0≤∈1≤…≤∈i≤∈i+1≤…，呈单调上升势。其中，成为最局最优值的充分必要条件是当i→∞时，当前搜索域有效点集Ni的值mi+1→∈i+13.根据权利要求1所述方法，其特征在于：步骤(3)所述的平面参数分析模板，首先定义pl，l＝1，2，...，6为房间反射墙面参数，pl也是声源s与各一阶镜像声源的中点，其中，sn与sn+1是说话人在n和n+1不同时刻的位置坐标，dn+1＝dn+d