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一種基于微型麥克風(fēng)陣列的聲源方位識(shí)別方法與流程

文檔序號(hào):12715351閱讀:來(lái)源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種基于微型麥克風(fēng)陣列的聲源方位識(shí)別方法,其特征在于,包括以下步驟:

(1)根據(jù)四陣元差分陣列求聲強(qiáng)方法,計(jì)算各個(gè)方向上每個(gè)時(shí)頻點(diǎn)的聲強(qiáng)分量,并在每個(gè)時(shí)頻點(diǎn)分別對(duì)聲強(qiáng)分量進(jìn)行相位變換加權(quán)處理;

(2)對(duì)經(jīng)相位變換加權(quán)處理的各時(shí)頻點(diǎn)的聲強(qiáng)分量進(jìn)行求和平均運(yùn)算,并對(duì)求和平均后的聲強(qiáng)分量做歸一化處理;

(3)根據(jù)三陣元正交陣的聲強(qiáng)特性,按照步驟(1)-(2),獲取四陣元差分陣列中各子陣列的聲強(qiáng)分量;

(4)經(jīng)步驟(2)、(3)得到的聲強(qiáng)分量構(gòu)成特征向量,采用最小二乘支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試,求解出聲源方位角。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于微型麥克風(fēng)陣列的聲源方位識(shí)別方法,其特征在于:所述四陣元差分陣列包含1、2、3、4號(hào)麥克風(fēng),1、2、3、4號(hào)麥克風(fēng)位于同一圓周上且按逆時(shí)針?lè)较蚺帕?,?個(gè)麥克風(fēng)所在圓周的圓心作為原點(diǎn)、以相對(duì)2個(gè)麥克風(fēng)所在直線作為坐標(biāo)軸,建立平面直角坐標(biāo)系,1、2、3、4號(hào)麥克風(fēng)依次位于x軸正方向、y軸正方向、x軸負(fù)方向、y軸負(fù)方向。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于微型麥克風(fēng)陣列的聲源方位識(shí)別方法,其特征在于:在步驟(1)中,采用下式計(jì)算各方向上的每個(gè)時(shí)頻點(diǎn)經(jīng)相位變換加權(quán)處理的聲強(qiáng)分量:

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mi>P</mi> <mi>H</mi> <mi>A</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>o</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>3</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mo>*</mo> </msup> </mrow> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>o</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>3</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mo>*</mo> </msup> <mo>|</mo> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>y</mi> <mo>-</mo> <mi>P</mi> <mi>H</mi> <mi>A</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mi>j</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mi>o</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>4</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mo>*</mo> </msup> </mrow> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>o</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <msup> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>4</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&omega;</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mo>*</mo> </msup> <mo>|</mo> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

上式中,Iox-PHAT(w,t)為坐標(biāo)原點(diǎn)處聲強(qiáng)在x軸方向上每個(gè)時(shí)頻點(diǎn)進(jìn)行相位變換加權(quán)后的分量,Ioy-PHAT(w,t)為坐標(biāo)原點(diǎn)處聲強(qiáng)在y軸方向上每個(gè)時(shí)頻點(diǎn)進(jìn)行相位變換加權(quán)后的分量,Po(w,t)為陣列中心處聲壓的短時(shí)傅里葉變換,Pi(w,t)為i號(hào)麥克風(fēng)處聲壓的短時(shí)傅里葉變換,i=1,2,3,4,(ω,t)表示時(shí)頻點(diǎn),j為虛數(shù)單位,*表示共軛變換。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于微型麥克風(fēng)陣列的聲源方位識(shí)別方法,其特征在于:在步驟(2)中,采用下式對(duì)各時(shí)頻點(diǎn)的聲強(qiáng)分量進(jìn)行求和平均運(yùn)算:

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>Re</mi> <mo>{</mo> <msub> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mi>P</mi> <mi>H</mi> <mi>A</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>}</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <mi>Re</mi> <mo>{</mo> <msub> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msub> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>y</mi> <mo>-</mo> <mi>P</mi> <mi>H</mi> <mi>A</mi> <mi>T</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>t</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>)</mo> <mo>}</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

上式中,Ix(0)為x軸方向上的平均復(fù)聲強(qiáng),Iy(π/2)為y軸方向上的平均復(fù)聲強(qiáng),Iox-PHAT(wn,tb)為坐標(biāo)原點(diǎn)處聲強(qiáng)在x軸方向上第b幀、第n個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行相位變換加權(quán)的分量,Ioy-PHAT(wn,tb)為坐標(biāo)原點(diǎn)處聲強(qiáng)在y軸方向上第b幀、第n個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行相位變換加權(quán)的分量,Re{·}表示取實(shí)部運(yùn)算,∑·表示求和運(yùn)算。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于微型麥克風(fēng)陣列的聲源方位識(shí)別方法,其特征在于:在步驟(2)中,采用下式對(duì)求和平均后的聲強(qiáng)分量進(jìn)行歸一化處理:

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <msqrt> <mrow> <msup> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <msqrt> <mrow> <msup> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

上式中,為歸一化后的x軸方向聲強(qiáng)分量,為歸一化后的y軸方向的聲強(qiáng)分量。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于微型麥克風(fēng)陣列的聲源方位識(shí)別方法,其特征在于:在步驟(3)中,四陣元差分陣列中任意3個(gè)麥克風(fēng)構(gòu)成1個(gè)子陣列,共有4個(gè)子陣列;根據(jù)三陣元正交陣的聲強(qiáng)特性,獲取四陣元差分陣列中4個(gè)子陣列的聲強(qiáng)其中,為以3號(hào)麥克風(fēng)為原點(diǎn)將x軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上歸一化后的聲強(qiáng),為以3號(hào)麥克風(fēng)為原點(diǎn)將x軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上歸一化后的聲強(qiáng),為以1號(hào)麥克風(fēng)為原點(diǎn)將x軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上歸一化后的聲強(qiáng),為以1號(hào)麥克風(fēng)為原點(diǎn)將x軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上歸一化后的聲強(qiáng),表示以2號(hào)麥克風(fēng)為原點(diǎn)將y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上歸一化后的聲強(qiáng),表示以2號(hào)麥克風(fēng)為原點(diǎn)將y軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上歸一化后的聲強(qiáng),表示以4號(hào)麥克風(fēng)為原點(diǎn)將y軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上歸一化后的聲強(qiáng),表示以4號(hào)麥克風(fēng)為原點(diǎn)將y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向上歸一化后的聲強(qiáng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于微型麥克風(fēng)陣列的聲源方位識(shí)別方法,其特征在于:在步驟(4)中,經(jīng)步驟(2)、(3)得到的聲強(qiáng)分量構(gòu)成特征向量Γ:

<mrow> <mi>&Gamma;</mi> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mn>3</mn> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mn>3</mn> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mo>-</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>x</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&OverBar;</mo> </mover> <mrow> <mi>y</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mi>&pi;</mi> <mo>/</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mi>T</mi> </msup> </mrow>

上式中,[·]T表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算。

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