一种房间声学反射边界测量方法技术

本发明专利技术涉及一种房间声学反射边界测量方法。测量每个扬声器相对每个传声器的房间脉冲响应；计算首次反射声信号的TDOA值；计算像声源坐标以及坐标的偏差和协方差矩阵；根据像声源坐标以及坐标的偏差和协方差矩阵，计算声学反射边界的位置；其中，根据所有首次反射声信号组合的TDOA值中，提取出任意一个扬声器相对于任意两个传声器的首次反射声信号的TDOA值的所有组合；计算该扬声器的像声源坐标以及像声源坐标的偏差和协方差矩阵；对每一个扬声器进行上述操作，得到所有扬声器的像声源坐标以及像声源坐标的偏差和协方差矩阵。本发明专利技术定位精度高、计算量小，可以进行实时定位。可以进行实时定位。可以进行实时定位。

【技术实现步骤摘要】
一种房间声学反射边界测量方法


[0001]本专利技术涉及一种房间声学反射边界测量方法。

技术介绍

[0002]在音频信号处理的诸多领域中，声学反射边界定位对于提高计算能力的效果均具有重要的作用，例如声源定位、声场重建、音频取证等。此外，房间几何模型参数的获取也可以增强声场中的目标信号，在诸如语音增强、声源分离以及去混响等计算方法上得到应用。
[0003]传统上定位声学反射边界具体位置的方法有两种，一种是像声源法，一种是椭圆法。像声源法先通过TDOA(Time difference of arrival,波达时间差)，定位实际声源经过房间反射后得到的像声源，再根据实际声源和像声源的位置确定反射边界。椭圆法则根据反射声TOA(Time of arrival,波达时间)所满足的条件，构建一个非线性优化问题，通过求解该优化问题直接定位反射边界。像声源法计算速度快，但是准确性低；椭圆法计算速度慢，但是更为准确。
[0004]在房间反射边界测量中，由于声学信号的发射端和信号的接收端存在延迟，故而测量信号的传播时间本身会引入误差，该误差以下简称为延迟误差。传统的像声源法使用TDOA信息定位，可以避免延迟误差，同时该方法也可以得到闭式解，计算速度较快。但是由于该方法需要先计算像声源的坐标，再计算反射边界的位置，像声源坐标定位的误差会被放大，最终结果仍然会存在较大的偏差。椭圆线法使用TOA信息定位，本身会引入延迟误差，且该方法需要进行非线性优化，计算速度较慢，难以实现实时测量。
[0005]此外，传统方法在计算TDOA或者TOA时，是先使用扫频信号逐个测量每个声源的房间脉冲响应。这种测量方法会由于各个通道不同步而引入误差，以下简称同步误差。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术缺陷，本专利技术提出一种声效处理系统和方法。
[0007]解决前述技术问题的技术方案为：一种房间声学反射边界测量方法，包括如下步骤：
[0008]S1：测量每个扬声器相对每个传声器的房间脉冲响应；
[0009]S2：计算首次反射声信号的TDOA值；
[0010]S3：计算像声源坐标以及坐标的偏差和协方差矩阵；
[0011]S4：根据像声源坐标以及坐标的偏差和协方差矩阵，计算声学反射边界的位置；
[0012]其中，步骤S3的具体过程为：
[0013]S3.1从步骤S2获得的所有首次反射声信号组合的TDOA值中，提取出任意一个扬声器相对于任意两个传声器的首次反射声信号的TDOA值的所有组合；
[0014]S3.2计算该扬声器的像声源坐标以及像声源坐标的偏差和协方差矩阵；
[0015]S3.3对每一个扬声器进行上述操作，得到所有扬声器的像声源坐标以及像声源坐标的偏差和协方差矩阵；设编号为m的像声源坐标的协方差矩阵为cov
m
，该矩阵的3个不重
复元素分别为n
xx,m
、n
xy,m
、n
yy,m
，则协方差矩阵如下所示：
[0016][0017]其中，n
xx,m
为x坐标与x坐标的协方差,，n
xy,m
为x坐标与y坐标的协方差，n
yy,m
为y坐标与y坐标的协方差为。
[0018]进一步，步骤S4具体过程为：
[0019]S4.1根据像声源坐标和已知的扬声器坐标，依次计算以下参数：
[0020][0021]E
xx
＝diag{n
xx,1
,n
xx,2
,
…
,n
xx,M
}
[0022]E
xy
＝diag{n
xy,1
,n
xy,2
,
…
,n
xy,M
}
[0023]E
yy
＝diag{n
yy,1
,n
yy,2
,
…
,n
yy,M
}
[0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030]其中，x
S,1
、x
S,2
……
x
S,M
和y
S,1
、y
S,2
……
y
S,M
表示在全部M个扬声器中，编号分别为1、2
……
M的扬声器在直角坐标系中的x轴坐标和y轴坐标，x
I,1
、x
I,2
……
x
I,M
和y
I,1
、y
I,2
……
y
I,M
表示在全部M个扬声器中，编号分别为1、2
……
M的扬声器所对应的像声源在直角坐标系中的x轴坐标和y轴坐标。diag{n
xx,1
,n
xx,2
,
…
,n
xx,M
}表示主对角线元素分别为n
xx,1
,n
xx,2
,
…
,n
xx,Mxx
，其余元素为0的对角矩阵，右上角标T表示矩阵的转置，右下角标2M
×
2表示该矩阵有2M行，2列矩阵；n
xx,1
,n
xx,2
,
…
,n
xx,M
、n
xy,1
,n
xy,2
,
…
,n
xy,M
、n
yy,1
,n
yy,2
,
…
,n
yy,M
为每个像声源坐标的协方差矩阵中的元素；
[0031]S4.2设声学反射边界的方程为l1x+l2y+1＝0，其中l1和l2为声学反射边界方程的线性参数，计算声学反射边界方程的线性参数的初步估计值
[0032][0033]其中，是声学反射边界方程的线性参数的初步估计值，参数b
为
[0034][0035]S4.3根据声学反射边界方程的线性参数的初步估计值，重新计算参数Ψ为
[0036][0037][0038][0039][0040]S4.4计算声学反射边界方程线性参数的最终估计值
[0041]θ＝(A
T
Ψ
‑1A)
‑1A
T
Ψ
‑1b
[0042]其中，是声学反射边界方程的线性参数的最终估计值。
[0043]进一步，所述的房间声学反射边界测量方法还包括：步骤S5：根据声学反射边界方程的线性参数的最终估计值，修正测量结果，具体过程如下：
[0044]S5.1计算参数矩阵
[0045]E
x
＝[n
x,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种房间声学反射边界测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：测量每个扬声器相对每个传声器的房间脉冲响应；S2：计算首次反射声信号的TDOA值；S3：计算像声源坐标以及坐标的偏差和协方差矩阵；S4：根据像声源坐标以及坐标的偏差和协方差矩阵，计算声学反射边界的位置；其中，步骤S3的具体过程为：S3.1从步骤S2获得的所有首次反射声信号组合的TDOA值中，提取出任意一个扬声器相对于任意两个传声器的首次反射声信号的TDOA值的所有组合；S3.2计算该扬声器的像声源坐标以及像声源坐标的偏差和协方差矩阵；S3.3对每一个扬声器进行上述操作，得到所有扬声器的像声源坐标以及像声源坐标的偏差和协方差矩阵；设编号为m的像声源坐标的协方差矩阵为cov
m
，该矩阵的3个不重复元素分别为n
xx，m
、n
xy，m
、n
yy，m
，则协方差矩阵如下所示：其中，n
xx，m
为x坐标与x坐标的协方差，，n
xy，m
为x坐标与y坐标的协方差，n
yy，m
为y坐标与y坐标的协方差为。2.如权利要求1所述的房间声学反射边界测量方法，其特征在于，步骤S4具体过程为：具体计算过程如下：S4.1根据像声源坐标和已知的扬声器坐标，依次计算以下参数：E
xx
＝diag{n
xx，1
，n
xx，2
，
…
，n
xx，M
}E
xy
＝diag{n
xy，1
，n
xy，2
，
…
，n
xy，M
}E
yy
＝diag{n
yy，1
，n
yy，2
，
…
，n
yy，M
}}}}}}其中，x
S，1
、x
S，2
......x
S，M
和y
S，1
、y
S，2
......y
S，M
表示在全部M个扬声器中，编号分别为1、
2......M的扬声器在直角坐标系中的x轴坐标和y轴坐标，x
I，1
、x
I，2
......x
I，M
和y
I，1
、y
I，2
......y
I，M
表示在全部M个扬声器中，编号分别为1、2......M的扬声器所对应的像声源在直角坐标系中的x轴坐标和y轴坐标。diag{n
xx，1
，n
xx，2
，
…
，n
xx，M
}表示主对角线元素分别为n
xx，1
，n
xx，2
，
…
，其余元素为0的对角矩阵，右上角标T表示矩阵的转置，右下角标2M
×
2表示该矩阵有2M行，2列矩阵；n
xx，1
，n
xx，2
，
…

【专利技术属性】
技术研发人员：沈勇，许凡，申雨晨，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：