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移动机器人听觉导航系统中语音分离技术研究

作　者: 谷岳
导　师: 王霞
学　校: 河北工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 移动机器人听觉系统语音分离欠定盲源分离声源定位
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
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内容摘要

随着数字信号处理技术和声电技术的不断发展和完善,以及拟人机器人人工智能水平的进步,听觉系统作为人类感官的重要组成部分,已经成为机器人研究领域的重要研究对象。由于声音具有绕过障碍物的特性,在机器人多信息采集系统中,听觉可以与机器人视觉相配合,弥补其视角范围有限性及不能穿过非透光障碍物的局限性。在复杂任务模型中,高质量的语音信号是智能机器人依靠听觉进行人机交互的前提条件。因此,以语音信号分离技术为基础的听觉感知系统,能更广泛的应用于实际噪声环境,为智能机器人提供清晰独立的声源信号,使它具有人耳般敏锐的听觉。本文针对传统盲源分离算法的信号卷积混合模型进行扩展,通过采用基于双耳模型的欠定盲源分离算法,改善了由于分离矩阵迭代而产生的系统实时性问题,进一步增强了盲源分离算法对实际噪声环境的适应性。此外,为提高机器人听觉系统在三维空间中的搜索性能,本文设计了一种基于欠定盲源分离和互相关时延估计算法的移动机器人听觉导航系统。整个系统分为信号采集及预处理、语音分离、声源定位和机器人控制四个部分。通过建立正四面体结构的麦克风阵列,感知三维空间中目标发出的声音信号;采用基于时频掩膜的欠定盲源分离算法,根据参数空间柱状图构建时频掩膜,实时估计声源信号;通过建立定位计算的数学模型测定目标的方位信息;在寻找目标和避障程序的双线控制下,机器人能避开障碍物顺利到达目标位置。实验证明,该听觉定位导航系统可实现机器人在三维空间中对多声源目标的实时定位,定位精度较高。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
第一章绪论  7-11
  1-1 研究背景及意义  7
  1-2 研究现状  7-10
    1-2-1 国外发展现状  7-9
    1-2-2 国内发展现状  9-10
  1-3 本文研究内容  10
  1-4 本章小结  10-11
第二章语音信号卷积混合与盲解卷积  11-23
  2-1 语音信号卷积混合模型  11-12
    2-1-1 语音信号混合模型  11
    2-1-2 混合模型的数学表达方法  11-12
  2-2 语音信号盲解卷积  12-22
    2-2-1 假设条件  12-13
    2-2-2 盲解卷积的时域算法  13
    2-2-3 盲解卷积的频域算法  13-20
    2-2-4 频域盲源分离实验  20-22
  2-3 本章小结  22-23
第三章基于时频掩膜的语音信号盲分离技术  23-35
  3-1 欠定盲源分离  23-24
    3-1-1 欠定盲源分离问题模型  23-24
    3-1-2 求解思路  24
  3-2 参数空间柱状图  24-30
    3-2-1 数学模型及假设条件  24-25
    3-2-2 时频掩膜  25-26
    3-2-3 参数估计与柱状图  26-30
  3-3 基于时频掩膜的欠定盲源分离  30-34
    3-3-1 声源分离  30-31
    3-3-2 算法步骤  31-32
    3-3-3 多声源分离实验  32-34
  3-4 本章小结  34-35
第四章机器人听觉导航系统设计  35-48
  4-1 听觉导航系统模型  35
  4-2 信号采集及预处理  35-38
    4-2-1 麦克风阵列  35-36
    4-2-2 放大电路设计与实现  36-38
  4-3 声源定位  38-41
  4-4 机器人控制  41-43
  4-5 多声源定位导航实验  43-47
  4-6 本章小结  47-48
第五章结论与展望  48-49
参考文献  49-52
致谢  52-53
攻读学位期间所取得的相关科研成果  53

移动机器人听觉导航系统中语音分离技术研究

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