分布式麦克风阵列校准新方法研究

In the audio signal processing based on distributed microphone array, there are several parameter mismatch phenomena, such as sampling frequency shifting, disperse frequency response and imprecise geometric location. These mismatches can severely degrade the processing performance of distributed microphone array. Therefore, it is necessary to calibrate these parameters in a distributed microphone array, the related study is an important topic in audio processing. This project focuses on developing new calibration methods for distributed microphone array. The main content here includes, (1) Establish new calibration methods for array synchronization; (2) Investigate new calibration methods for the gain and frequency response of nodes; (3) Develop new calibration methods for microphone geometric location and topological structure; (4) Construct a testing system to evaluate the performance of the calibration methods. By analyzing the mechanism and characteristics of the parametric mismatching, several new calibration methods for distributed microphone array will be developed in this project to improve the performance of distributed audio processing system. These proposed methods are expected to promote the future development of signal processing in distributed microphone array.

在基于分布式麦克风阵列的音频信号处理中，存在采样频率、频率响应、几何坐标等参数的失配问题，使得阵列处理性能严重下降。为此，需要阵列校准技术对分布式麦克风阵列节点的几何坐标等参数进行校准，相关研究也成为分布式麦克风阵列音频处理中的重要课题。本项目主要研究分布式麦克风阵列校准新方法，研究内容为：(1)分布式麦克风阵列同步校准新方法；(2)分布式麦克风阵列阵元增益与频率响应校准新方法；(3)分布式麦克风阵列几何坐标和拓扑结构校准新方法；(4)构建用于评估分布式麦克风阵列校准方法性能的测试系统。本项目通过分析分布式麦克风阵列参数失配的形态、机理和特点，提出分布式麦克风阵列校准新方法，提升分布式麦克风阵列音频处理系统性能，进而推动分布式麦克风阵列信号处理研究进一步发展。

分布式麦克风阵列技术是语音处理领域的前沿课题，应用前景广阔。本项目针对分布式麦克风阵列的特点，以深刻理解分布式麦克风阵列失配机理为抓手，以有效完成分布式麦克风阵列校准为目标，以分布式信号处理为主要手段，对分布式麦克风阵列校准中的若干关键性基础问题进行了深入研究，取得的主要创新研究成果有：(1)基于DOA的三维节点几何校准方法及其Cramér-Rao界限；(2)基于分布式阻尼牛顿优化的麦克风阵列几何校准方法；(3)基于网络牛顿分布优化的麦克风阵列几何校准方法；(4)声学收发网络的解析式几何校准方法；(5)基于约束总体最小二乘的麦克风阵列校准方法；(6)基于一致性策略的麦克风阵列频率响应校准方法；(7)分布式麦克风网络中自适应频率响应校准方法；(8)基于频谱平坦度的麦克风阵列频率响应校准方法；(9)基于多通道维纳滤波的麦克风阵列频域响应校准方法；(10)分布式麦克风阵列网络的采样率校准方法。(11)构建了分布式麦克风阵列校准性能软硬件测试系统，并测试、评估了校准新方法的性能。本项目有效地提高了分布式麦克风阵列的性能，有力地推动了基于分布式麦克风阵列语音处理技术的快速发展。