【麦克风阵列增强】Delay and sum beamforming
作者:桂。
时间:2017-06-03 15:40:33
链接:http://www.cnblogs.com/xingshansi/p/6937576.html
前言
本文主要记录麦克风阵列的几个基本知识点,并简单介绍基本的波束合成方法:Delay and sum (DSB).
一、栅瓣效应
类似干涉仪中的phase-wrapping问题:传感器的距离超过半波长的距离。
A-Beam Pattern
以线性阵列为例
输出为
对应的增益,也就是output,取频率为1KHz的数据:
有时候也用极坐标表示
B-Frequency Response
考虑如下场景
实际只有一个波峰,却在不同角度长出多个一样的,这就是栅瓣
相位是角度、频率的共同作用,对应的栅瓣从二维平面更容易理解
从每一个来看,grating lobe就是栅瓣:
二、Delay and sum
DSB核心的思想就是延迟相加,对于栅瓣的DOA估计需要解模糊。假设估计出DOA,进行补偿之后(delay)通过叠加(sum)就可以实现目标信号的增强:
关于delay的操作,可以在时域进行也可以在频域进行,本质上是小数延迟的问题(fractional delays).例如对于下面的dual-channel问题:
需要延迟 是0.5149ms,也就是24.717samples,而不是整数。
小数延迟实现的思路有很多种,例如可以通过线性相位(延迟)的FIR构造,对应就是sinc函数,通常构造完成之后会做一个加窗的平滑处理:
double delay = 0.25; // Fractional delay amount
int filterLength = 11; // Number of FIR filter taps (should be odd)
int centreTap = filterLength / 2; // Position of centre FIR tap for (int t=0 ; t<filterLength ; t++)
{
// Calculated shifted x position
double x = t - delay; // Calculate sinc function value
double sinc = Math.sin(Math.PI * (x-centreTap)) / (Math.PI * (x-centreTap)); // Calculate (Hamming) windowing function value
double window = 0.54 - 0.46 * Math.cos(2.0 * Math.PI * (x+0.5) / filterLength); // Calculate tap weight
double tapWeight = window * sinc; // Output information
System.out.printf("%3d % f % f % f\n", t, sinc, window, tapWeight);
}
其他如:重采样技术(Resample)、Farrow-filter技术,都可以实现这样的功能。
参考
- http://www.labbookpages.co.uk/audio/beamforming/delaySum.html#pattern
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