本發明提供一種基于多變量統計的助聽器聲源定位方法，本發明通過對GCC序列進行小波分解，再運用hotellingT2統計方法分析小波系數，估計時延估計值。該方法在混響環境和復雜多變的噪聲環境下的魯棒性能良好，并且算法的計算量適中，適合實時實現，能夠滿足助聽器的聲源定位要求。

1.一種基于多變量統計的助聽器聲源定位方法，其特征在于，包括如下步驟：
(1)采用位于同一平面的全向型麥克風方陣采集聲源信號s_m∈R^l,m＝1,2,3,4，l為語音
信號s_m的長度，設定任意一個麥克風為參考麥克風，利用廣義自相關算法計算參考麥克風
同其它三個麥克風的自相關序列G_1p,p＝2,3,4；
(2)利用小波域多變量統計法計算麥克風對間時延τ_1p,p＝2,3,4，其具體步驟如下：
2a)首先把將長度為256的自相關序列G_1p,p＝2,3,4分解成16個長度為16的子序列
M_k,k＝1,2,...,16，每個子序列M_k為一個多變量統計單元；
2b)將每個多變量統計單元再分解成4個長度為4的小波處理單元W_i,i＝1,2,3,4，對每
個小波處理單元W_i進行一維小波變換，提取四個haar小波系數：A₁(W_i)為粗略系數序列、
D₁(W_i)、D₂(W_i)和D₃(W_i)為細節系數序列，組合為矩陣形式：
X W i = A 1 ( W i ) D 1 ( W i ) D 2 ( W i ) D 3 ( W i ) T ; ]]>
X M k ‾ = A 1 ( W i ) ‾ D 1 ( W i ) ‾ D 2 ( W i ) ‾ D 3 ( W i ) ‾ T = 1 4 Σ i = 1 4 A 1 ( W i ) 1 4 Σ i = 1 4 D 1 ( W i ) 1 4 Σ i = 1 4 D 2 ( W i ) 1 4 Σ i = 1 4 D 3 ( W i ) T ; ]]>
X M k ‾ ‾ = 1 16 Σ k = 1 16 A 1 ( M k ) ‾ 1 16 Σ k = 1 16 D 1 ( M k ) ‾ 1 16 Σ k = 1 16 D 2 ( M k ) ‾ 1 16 Σ k = 1 16 D 3 ( M k ) ‾ T ; ]]>
代表提取出的四個haar小波系數矩陣，代表一個多變量統計單元M_k的小波系
數均值，代表長度為256的自相關序列的小波系數均值；
2c)計算多元統計參數：
X M k , c ‾ = 1 4 Σ i = 1 4 X W i , c ; ]]>
X c ‾ ‾ = 1 16 Σ k 16 X M k , c ‾ ; ]]>
C M k , c 2 = 1 3 Σ i = 1 4 ( X W i , c - X M k , c ‾ ) 2 ; ]]>
C M k , c , d 2 = 1 3 Σ i = 1 4 ( X W i , c - X M k , c ‾ ) ( X W i , d - X M k , d ‾ ) ; ]]>
C c 2 = 1 16 Σ k = 1 16 C M k , c 2 ; ]]>
C c , d 2 = 1 16 Σ k = 1 16 C M k , c , d 2 ; ]]>
則，方差矩陣為
C = C A 1 2 C A 1 , D 1 2 C A 1 , D 2 2 C A 1 , D 3 2 C D 1 , A 1 2 C D 1 2 C D 1 , D 2 2 C D 1 , D 3 2 C D 2 , A 1 2 C D 2 , D 1 2 C D 2 2 C D 2 , D 3 2 C D 3 , A 1 2 C D 3 , D 1 2 C D 3 , D 2 2 C D 3 2 ; ]]>
其中，c,d表示的是小波處理單元的特征系數，c是粗略系數，d是細節系數；代
表中的粗略系數，代表中的細節系數，為統計子序列M_k中粗略系數c的
均值，為統計子序列M_k中細節系數d的均值；為自相關序列G_1p的均值；為統
計子序列M_k中系數c的方差；為統計子序列M_k中系數c和系數d的協方差；和
分別為和的序列均值；
2d)根據參數，求出統計值T2和統計閾值UCL，并得到時延估計值：
T 2 = 64 [ X M k ‾ - X M k ] ‾ ‾ ′ C - 1 [ X M k ‾ - X M k ‾ ‾ ] ; ]]>
UCL = p ( m - 1 ) ( n - 1 ) mn - m - p + 1 F θ , p , ( mn - m - p + 1 ) ; ]]>
其中，UCL是多變量統計的上限，F_{θ,p,(mn-m-p+1)}代表置信度為θ、自由度為p和
mn-m-p+1的F分布，其中，m為樣本組個數，n為樣本觀察值的個數，p為品質特質個
數；
當某個統計單元M_k的統計量T2超過控制上限UCL時，則認為該區域的自相關值比
較突出，為時延估計值τ_1p；
(3)根據求得的時延估計值τ_1p，計算聲源位置，其步驟為：
3a)根據傳播時延τ_1p和聲音信號采樣率f_s和聲速c計算聲源到任意兩個麥克風之間的
傳播距離差j＝1，2，3，4；
3b)根據四個麥克風兩兩之間的傳播距離差得到聲源空間位置l:(r,θ,φ)，其中r為聲源
到麥克風1的距離，θ為方向角，φ為仰角，計算公式為
r = d 12 2 + d 14 2 - d 13 2 2 ( d 12 + d 14 - d 13 ) , ]]>
x = d 2 - d 12 ( d 12 - 2 r ) 2 d , ]]>
y = d 2 - d 14 ( d 14 - 2 r ) 2 d , ]]>
θ = tan - 1 [ y x ] = tan - 1 [ d 2 - d 14 ( d 14 - 2 r ) d 2 - d 12 ( d 12 - 2 r ) ] , ]]>
φ = sin - 1 [ x r cos θ ] = sin - 1 [ y r sin θ ] , ]]>
其中d為麥克風陣相鄰麥克風陣元之間的距離；
(4)用評估聲源定位性能，式中：為第i個聲源位置估計矢量；為
實際聲源位置矢量。