《球諧域3D多聲源的幾何分離研究》是依託上海大學，由黃青華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：球諧域3D多聲源的幾何分離研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃青華
- 依託單位：上海大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
3D多聲源的幾何分離是從陣列觀測信號中同時估計源信號及其空間位置，其混合模式不同於傳統的瞬時混合和卷積混合，現有的盲分離技術不適用於解決該問題，因此建立多聲源的幾何分離理論具有重要的科學探索價值。本項目以球麥克風陣列獲取的寬頻帶遠場聲信號為研究對象，探索球面陣列的空間採樣策略，建立球諧域多聲源的幾何分離理論。首先以空間直角坐標系三坐標軸對稱為準則進行球面的空間採樣，實現離散球諧函式正交性的最優逼近，為球傅立葉變換的運用提供保證；繼而聯合球傅立葉變換和平面波分解，建立聲源頻率和空間方位解耦合的球諧域信號模型，實現球諧域陣列流形矩陣的遞歸建模，使聲源方位的估計獨立於信號頻率，採用張量子空間方法估計聲源方位；最後建立球諧域多集聯合盲源分離的混合模型和機率分布模型，聯合變分貝葉斯學習方法和多集典則相關分析，分離聲源信號。本項目的研究成果可套用於面向對象的音頻空間編碼、3D音頻再現及人機互動等領域。
結題摘要
針對球諧域3D多聲源的幾何分離研究，形成了一套完整的球諧域陣列信號處理方法。主要成果：1、設計了一種三線交點球麥克風陣列，該陣列關於相互正交的三條軸線都旋轉對稱，並且在陣列的冗餘度、空間解析度、指向性和魯棒性方面的性能都優於等角度分布和高斯分布的球麥克風陣列，這些特性使得它在空間聲源定位的套用中比其它結構的球麥克風陣列具有更優的表現。2、利用球傅立葉變換將空域陣列信號模型轉化到球諧域，比較遠場和近場模態強度，分析球陣列的近場準則，分別建立遠場、近場和混合場信號模型，使得聲源的方位信息與頻率信息解耦合，為聲源個數和位置的估計奠定基礎。3、 針對源信號個數估計在低快拍數和低信噪比情況下性能欠佳的問題，提出了一種基於MMSE的EEF聲源個數估計方法。該方法以球諧域信號模型為基礎，將觀測向量分解為信號子空間和噪聲子空間，利用MMSE方法估計噪聲子空間的協方差矩陣，提高三維空間多聲源的個數估計正確率，為聲源幾何分離提供保證。4、提出了基於平面波分解的聲源位置估計方法和最小方差無失真回響(MVDR)波束形成技術的聲源定位算法。繼而將MVDR算法擴展到球諧域中，並利用卡爾曼波束形成對該算法進行了改進。在遠場定位算法的基礎上，發展了混合場球ESPRIT方位估計方法和基於近場模態能量強度比的距離估計方法，準確估計三維空間多聲源的位置。5、提出了一種球諧域二次Dolph-Chebyshev波束形成方法進行空間濾波來提取聲源，該方法在常規波束形成和Dolph-Chebyshev波束形成的基礎上通過平方Chebyshev多項式來計算波束形成的權值。這種改進的波束形成在保證與前兩者具有相同主瓣的同時，能有效地限制旁瓣，提高聲場解析度。且在低頻時具有更高的白噪聲增益，從而提高源信號分離的能力。
