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基于稀疏分量分析的欠定盲声源分离技术研究

基于稀疏分量分析的欠定盲声源分离技术研究

作者：陈田田电子科技大学

学位级别：硕士

语音信号处理技术的相关应用越来越广泛,许多新的产品对信号处理的结果要求日益增高。盲声源分离算法在语音信号的提取和识别过程中有着不可替代的作用。盲语音信号混合的方式有线性、卷积以及非线性。线性是研究简单,但一些成熟线性混... 详细信息

语音信号处理技术的相关应用越来越广泛,许多新的产品对信号处理的结果要求日益增高。盲声源分离算法在语音信号的提取和识别过程中有着不可替代的作用。盲语音信号混合的方式有线性、卷积以及非线性。线性是研究简单,但一些成熟线性混合算法可以扩展到卷积中去。根据接收器与声源个数关系也可分为超定、欠定、正定的盲源分离。欠定的线性瞬时混合的盲语音信号分离是本文的重点。本文是基于语音信号在某一个变换域存在稀疏表征的特性进行。使用稀疏分量分析方法进行语音信号分离。“两阶段”方法是本文的研究中心。本文的主要工作如下:(1)从盲源分离方法入手,通过仿真图形分析语音信号时域频域特性。阐述了稀疏分量分析方法使用的条件,并结合这些条件对语音信号的稀疏表征进行分析,对信号的短时分帧分析方法进行详细介绍。(2)对“两阶段”方法中混合矩阵算法和信号重构算法进行介绍,并对这两步中常见的算法进行了调研和分析。(3)进行了盲语音信号分离之前的时频点稀疏性预处理工作。使用了新的单源点筛选方法,对原有单源点筛选方法进行了改进,并仿真验证这种方法的可行性,以及对于效率的提高作用。(4)对筛选过后的单源点使用势函数方法对混合矩阵进行估计,对三路四路语音信号混合成的信号进行仿真验证。(5)使用最短路径、时频掩蔽对信号进行重建,分析压缩感知的信号重构与源信号重建的过程相似性。通过匹配追踪算法对信号进行重建过程。并且对以上的算法都进行了仿真验证。对最短路径方法和时频掩蔽方法的缺点进行分析,提出了一种两者相结合的算法。通过仿真验证了其在性能以及运算量的优势。

关键词：盲语音信号分离稀疏分量分析单源点稀疏特性时频掩蔽

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弱稀疏信号欠定盲分离技术的研究

弱稀疏信号欠定盲分离技术的研究

作者：朱东岩大连理工大学

学位级别：硕士

在实际应用中,通过传感器获得的观测信号往往是不同信源产生的多路信号的混合,盲源分离要解决的问题是在源信号先验信息缺乏并且混合参数未知的情况下,将观测信号中潜在的源信号全部或部分恢复出来。该技术因其在语音信号处理、雷达系... 详细信息

在实际应用中,通过传感器获得的观测信号往往是不同信源产生的多路信号的混合,盲源分离要解决的问题是在源信号先验信息缺乏并且混合参数未知的情况下,将观测信号中潜在的源信号全部或部分恢复出来。该技术因其在语音信号处理、雷达系统、生物医学工程、图像处理、数字通信等领域具有很好的应用前景,引起了当今学者的广泛关注。当源信号的数目多于观测信号的数目时,为欠定盲分离问题,这种情况更贴近于实际应用,同时也是线性瞬时混合的研究难点,极具挑战性。本文重点研究线性瞬时混合欠定盲信号分离的基础理论和主要方法。主要内容有以下几个方面：（1）混合矩阵估计是二步欠定盲源分离方法的关键,当源信号不完全满足稀疏性时,传统的聚类方法性能下降。本文给出一种方法,通过检测只有一个源信号作用的时频点,并利用这些更加可靠的样本点来估计混合矩阵,降低了对源信号稀疏性的要求,提高了混合矩阵估计的精度。（2）传统K-均值算法事先要知道聚类中心的数目,并对初始聚类中心敏感。针对聚类中心数目估计问题,本文首先设定参考向量,然后计算各时频点观测信号向量与参考向量夹角的直方图,通过统计峰值点个数精确估计源信号个数N;对于初始聚类中心选择问题,本文通过构造差异度矩阵,利用它寻找到N个差异度最大的向量作为初始聚类中心,使得聚类结果具有更强的鲁棒性。（3）当源信号在时频域不满足正交不重叠条件时,此时每个时频点将是多个源信号同时起作用。本文方法首先通过逐级构造正交投影矩阵对时频点进行分类,明确每个时频点叠加了哪些源信号,然后再进行源信号的分离。该方法降低了对源信号统计特性的要求,在源信号相关或者不严格稀疏的情况下也可以进行很好的分离。计算机仿真实验结果表明了本文方法的有效性。

关键词：欠定盲源分离稀疏表示单源点差异度矩阵正交投影矩阵

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欠定盲分离混合矩阵估计与源信号恢复研究

欠定盲分离混合矩阵估计与源信号恢复研究

作者：农斌西安电子科技大学

学位级别：硕士

盲分离是解决信号分离的一个有效方法,并且成功应用于生物医学工程、语音信号处理、图像信号处理和通信信号处理等领域,本文选题具有重要的学术价值和应用前景。欠定盲源分离是指在传感器个数少于源信号个数的情况下,仅利用传感器接收... 详细信息

盲分离是解决信号分离的一个有效方法,并且成功应用于生物医学工程、语音信号处理、图像信号处理和通信信号处理等领域,本文选题具有重要的学术价值和应用前景。欠定盲源分离是指在传感器个数少于源信号个数的情况下,仅利用传感器接收到的混合信号来提取各路源信号的信号处理方法。本文研究欠定盲分离混合矩阵估计和源信号恢复算法,具体的研究内容和成果概括如下:(1)在源信号充分稀疏的情况下,针对现有的基于识别时频单源点的欠定盲分离混合矩阵估计方法中,由于时频分辨率不能同时达到最优从而影响单源点检测效率的问题,提出基于改进识别时频单源点的欠定混合矩阵盲估计方法。该方法根据不确定性原理的分析,在不改变混合模型的线性特性的情况下,采用Gabor变换进行时频分析,进一步提高时频分辨率,从而提高单源点检测的准确率。仿真结果表明,与现有的方法相比,所提方法的混合矩阵估计精度有所提高。(2)针对源信号非充分稀疏情况下欠定盲分离混合矩阵难以估计的问题,提出基于齐次多项式表示的欠定盲分离混合矩阵估计算法。所提的算法首先采用多项式拟合、微分及谱聚类方法来确定各个观测子空间(超平面),然后通过求解聚类平面之间的交线来估计混合矩阵的各个列向量。该方法基于代数-几何理论,不受收敛性影响,能够有效提高混合矩阵估计精度。仿真结果表明,在混合矩阵估计精度方面,所提算法和传统算法相比有明显提高,而且能够同时识别单源点和多源点,提高了欠定混合矩阵盲估计算法的健壮性。(3)基于径向基函数(RBF)网络的稀疏恢复算法应用于欠定盲分离源信号恢复时,恢复精度受步长的影响较大且算法复杂度偏高。为了解决该问题,本文提出基于RBF网络的欠定盲分离源信号恢复算法,该算法在RBF网络的基础上引入了修正牛顿法对最小化近似?范数进行求解,避免了传统算法因盲目选择步长而造成恢复精度偏低的缺点。为进一步减低算法的复杂度,提出基于人工神经网络的欠定混合源信号恢复算法。提出的算法引入单层感知机模型,同时寻找最优学习因子和利用平滑参数来控制网络的收敛速率,减少算法的迭代次数。仿真结果表明,提出的算法在保持较高的源信号恢复精度的情况下显著降低了运算时间。本文只研究了线性瞬时混合模型下的欠定盲分离,不适用于存在多径效应的复杂环境下的信号分离,对此较为合理的模型是卷积混合模型。因此,卷积混合模型下的欠定盲分离是后续研究所面临的挑战。

关键词：欠定盲分离单源点齐次多项式径向基函数网络单层感知机

一种针对欠定时延混合模型的混合矩阵估计算法

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信息技术 2020年第2期44卷 89-92,102页

作者：聂伟赵耀东曹旭源张圣鹋白尕太电子信息控制重点实验室

文中主要研究了欠定时延混合模型下盲源分离的混合矩阵估计问题,提出了一种针对复数混合矩阵估计的新算法。文中首先介绍了欠定时延混合模型;其次通过利用不同观测信号在时频点处模值的内在关系来检测单源点并筛选出用于聚类的单源点;... 详细信息

文中主要研究了欠定时延混合模型下盲源分离的混合矩阵估计问题,提出了一种针对复数混合矩阵估计的新算法。文中首先介绍了欠定时延混合模型;其次通过利用不同观测信号在时频点处模值的内在关系来检测单源点并筛选出用于聚类的单源点;最终采用块聚类的方法估计出混合矩阵。公式推导和仿真分析都证明该算法可以估计出欠定时延混合模型下的混合矩阵。与其它算法相比,该算法具有更好的估计性能。

关键词：欠定时延混合模型盲源分离单源点混合矩阵

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一种针对欠定瞬时混合模型的盲辨识算法

信息技术 2019年第11期43卷 78-81页

作者：聂伟葛娟吴嘉诚尹鑫郑晓波电子信息控制重点实验室

文中研究了欠定瞬时混合模型下的盲辨识问题,提出了一种基于单源点检测的盲辨识算法。首先,文中介绍了欠定盲源分离的盲辨识模型;其次,利用观测信号时频系数之间的关系和大小来检测用于聚类的单源点;最后,采用势函数聚类的方法估计出混... 详细信息

文中研究了欠定瞬时混合模型下的盲辨识问题,提出了一种基于单源点检测的盲辨识算法。首先,文中介绍了欠定盲源分离的盲辨识模型;其次,利用观测信号时频系数之间的关系和大小来检测用于聚类的单源点;最后,采用势函数聚类的方法估计出混合矩阵。仿真结果表明,文中算法与其它相同混合模型的算法相比,具有更好的算法性能。

关键词：欠定瞬时混合模型盲辨识单源点混合矩阵