基于时频单源点的欠定混合矩阵估计

主要研究了欠定盲源分离中的混合矩阵估计问题。提出了一种检测时频单源点的新方法,通过比较归一化的观测信号时频点的实部和虚部向量来检测时频单源点。与其他时频单源点检测方法相比,该方法简单而有效,同时降低了对检测条件的要求。采用K-means方法估计混合矩阵,通过去除聚类后每一类数据中偏离中心方向较远的数据点,进一步提高了混合矩阵的估计精度。仿真实验表明,与已有欠定混合矩阵估计算法相比,提出的方法有更高的估计精度。     

基于密度峰值和模糊聚类的欠定混叠矩阵估计

传统聚类算法进行混叠矩阵估计时存在的聚类中心个数不确定和初始聚类中心的随机选取导致陷入局部最优的问题,为此提出一种基于密度峰值的改进模糊聚类算法进行欠定盲源分离的混叠矩阵估计。通过短时傅里叶变换提取信号在频域中的稀疏特性,利用寻找密度峰值聚类算法(clustering by fast search and find of density peaks, CFSFDP)自动获取聚类簇的数目和初始聚类中心;将获得的聚类数目和聚类结果作为模糊聚类算法(fuzzy c-means clustering, FCM)的初始输入参数,提高FCM聚类结果的精度。实验结果表明,该算法可以准确估计源信号的数目,相比传统FCM、层次聚类、基于密度峰值改进的粒子群等聚类算法,可以有效提高欠定盲源分离的混叠矩阵估计精度。     

欠定条件下弱稀疏源信号混合矩阵盲估计

针对源信号的稀疏性影响欠定混合矩阵的估计精度, 在源信号单源频率及非单源频率分量分析的基础上,通过对观测信号频率峰值的幅值比值所 构成的列向量聚类,提出欠定条件下弱稀疏源信号混合矩阵的盲估计方法。鉴于经典聚类算 法的局部收敛性带来聚类结果的不稳定性,采用全局收敛特性较好的遗传模拟退火聚类算法 提高聚类结果的鲁棒性。仿真实验表明,本文提出的混合矩阵估计方法及采用的聚类算法 在不同欠定条件及噪声环境下具有较强的估计性能。     

基于改进DBSCAN算法估计欠定混合矩阵的应用研究

针对欠定盲源分离（Underdetermined blind source separation, UBSS）问题,采用基于密度的空间聚类（Density based spatial clustering of applications with noise, DBSCAN）算法估计聚类中心时易陷入局部最优,因此由聚类中心坐标构成的混合矩阵的精度降低,导致信号分离结果不理想。本文在DBSCAN基础上提出布谷鸟自适应搜索群优化算法（Cuckoo adaptive search swarm optimization of density based spatial clustering of applications with noise, CASSO-DBSCAN）,该算法依据Levy飞行策略增强全局自适应搜索能力,并利用群体学习思想精细寻优得到最优解,从而更加精准地估计聚类中心。通过语音信号的盲源分离仿真实验对该算法进行验证,结果表明,该算法能够有效改善欠定混合矩阵的估计精度,具有良好的鲁棒性,证明了其可行性。     

蚁群聚类的欠定盲源分离方法

利用欠定盲源分离情况下稀疏源信号具有直线聚类的特点,提出了一种估计混叠矩阵的新方法。通过对混叠信号进行标准化处理,使混叠信号形成球形簇,将线性聚类转变成致密聚类;利用蚁群聚类算法对其进行搜索得到聚类中心,从而获得对混叠矩阵的精确估计。该方法能实现源信号数目未知情况下的欠定盲源分离,且能推广到三路或更多路观测信号的情况。对语音信号的仿真结果证明,该方法能精确地分离和恢复原始信号。     

基于GASA-FCM混合聚类与霍夫变换的欠定混合矩阵估计

针对模糊C-均值聚类(fuzzy C-means clustering,FCM)算法在欠定混合矩阵估计中精度低、鲁棒性差的缺点,提出一种基于遗传模拟退火优化FCM(GASA-FCM)混合聚类和霍夫变换的欠定混合矩阵估计算法。该算法首先结合了模拟退火算法(simulated annealing algorithm,SA)全局搜索、高精度的优点和遗传算法(genetic algorithm,GA)强大的空间搜索能力,将经遗传模拟退火算法得到的聚类中心点赋给FCM,避免了初值选择的随机性。再利用霍夫变换对聚类得到的每一类数据的中心进行修正,提高混合矩阵的估计精度。实验结果表明,提出的算法明显改善了算法的稳定性和混合矩阵估计精度,具有一定的有效性和可行性。     

基于改进蜂群聚类的欠定盲源分离

针对欠定盲分离中混合矩阵估计精度不高的问题,采用了改进的人工蜂群（ABC）聚类算法。从观测信号的线性聚类特点和蜂群的多样性考虑,改进雇佣蜂的搜索策略,从而加快算法的收敛速度。同时,引入基于Levy飞行的局部搜索方法,进一步对当前最优解的邻域进行搜索,提高ABC算法局部开发能力。仿真结果表明,该方法在源个数较多的情况下仍然有较高的混合矩阵估计精度。     

基于密度峰值聚类的自适应欠采样方法

基于K-means聚类的欠采样存在仅适用于超球形状数据、未考虑重叠区对分类的影响及簇中样本的稠密程度等问题.因此,文中提出基于密度峰值聚类的自适应欠采样方法.首先利用近邻搜索算法识别重叠区的多数类样本并将其删除.然后应用改进的密度峰值聚类自动获得多个不同形状、大小和密度的子簇.再根据子簇中样本的稠密程度计算采样权重并进行欠采样,在获得的平衡数据集上进行bagging集成分类.实验表明,文中方法在大多数数据集上性能表现较优.     

基于加权改进模糊C均值聚类的欠定混合矩阵估计

语音欠定混合矩阵估计问题中，针对模糊C均值聚类(FCM)算法对初始聚类中心敏感、易受噪声点干扰、鲁棒性差的缺陷，提出一种基于加权的进化规划与FCM相结合的改进算法(WE-FCM)。首先，利用进化规划(EP)算法强大的搜索能力优化FCM得到基于进化规划的FCM算法(EP-FCM)，以获得较佳的初始聚类中心；然后，利用局部离群点检测(LOF)算法对EP-FCM加权以降低噪声点的影响。通过仿真实验得出，所提算法在源信号数为3路和4路时归一化均方误差值与偏离角度值均远小于经典的K均值聚类(K-means)算法、K-Hough、基于遗传算法的FCM算法(GAFCM)和基于密度峰值的FCM算法(FDP-FCM)。实验结果表明，所提算法明显提高了FCM算法的鲁棒性和混合矩阵的估计精度。     

基于空间向量搜索的密度峰值聚类算法

针对密度峰值聚类(DPC)算法因构建全局样本点间的相似度矩阵,而导致时间开销过大的问题,提出了一种基于空间向量搜索的密度峰值聚类(VS-DPC)算法。在n维正交坐标系中将数据点映射为以原点为起点的空间向量,计算向量的模和与统一坐标轴正方向间的夹角;利用截断距离和截断映射角确定相似范围搜索相似向量;利用相似向量确定有效密度点从而构建稀疏相似度矩阵,降低时间复杂度。在UCI数据库中7个真实数据集和7个形状复杂的人工数据集上的实验结果表明,所提的VS-DPC算法保持了DPC的聚类精度,相较DPC算法减少了约60%的时间开销。并对比于CDPC和GDPC两种提升DPC聚类效率的算法,算法参数更少,且在聚类精度和时间上分别平均提升6和18个百分点。     

弱时频正交性条件下的混合矩阵盲估计

针对语音信号的弱时频正交性,提出一种基于主分量分析的混合矩阵估计方法.在时频域中,允许每个时频点存在任意多个源信号,通过对每个时频点进行主分量分析,检测只有一个源信号存在的时频点,此类时频点最大特征值对应的特征向量即为混合向量的一个估计,因此对所有估计出的混合向量进行K均值聚类,将聚类中心作为混合矩阵的估计.实验仿真表明,提出的方法提高了混合矩阵的估计精度,特别适用于估计欠定情况下的混合矩阵.     

基于声源时延估计的欠定盲分离方法

提出一种基于声源时延估计的二元时频掩蔽方法.通过三个接收信号实现多于多个语音源信号的欠定盲分离.利用语音信号的W-分离正交性,在时频域估计各个源信号到达接收阵列的相对时延序列;进而基于信号时延序列的估计,采用最大似然算法将时频域划分为与源信号个数相同的互不重叠的时频点集合,每个集合(近似)只包含一个源信号的所有时频分量;再通过二元时频掩蔽依次恢复出各集合所对应的源信号.该方法性能通过主观试听得到了验证,其分段信噪比增益至少为13 dB.较之欠定解混迭估计技术DUET,本文方法得到的分离信号与实际声源信号的相异度降低约3 dB.     

基于线性阵列的欠定盲源分离几何分析

采用线性阵列对欠定盲源分离问题进行建模,研究源信号的空间分布对欠定盲源分离的影响.利用二步法和稀疏分量分析解决欠定盲源分离问题,其中,混合矩阵的估计主要利用稀疏源信号的线性混合信号沿混合矩阵列向量方向线性聚类的特性.理论分析和仿真实验结果表明,当源信号在空间处于某些特定区域时,若采用线性聚类方法,混合矩阵是不可估计的,...     

基于稀疏性的欠定语音盲分离方法研究

针对源信号增多导致语音信号稀疏性变差的问题,提出一种新的基于稀疏性的混合矩阵估计方法,利用主分量分析(PCA)检测只有一个源信号存在的时频点并用于估计混合矩阵,从而提高了估计性能,特别适用于欠定语音盲分离。同时指出了影响基于稀疏性语音盲分离方法性能的因素。仿真结果验证了上述结论。     

Source number estimation and separation algorithms of underdetermined blind separation

Recently, sparse component analysis （SCA） has become a hot spot in BSS research. Instead of independent component analysis （ICA）, SCA can be used to solve underdetermined mixture efficiently. Two-step approach （TSA） is one of the typical methods to solve SCA based BSS problems. It estimates the mixing matrix before the separation of the sources. K-means clustering is often used to estimate the mixing matrix. It relies on the prior knowledge of the source number strongly. However, the estimation of the source number is an obstacle. In this paper, a fuzzy clustering method is proposed to estimate the source number and mixing matrix simultaneously. After that, the sources are recovered by the shortest path method （SPM）. Simulations show the availability and robustness of the proposed method.     

功率谱估计和扩展子空间下的欠定盲分离

研究了欠定情形下的信号盲分离。充分利用信号的时频特性,提出了AR模型功率谱估计法滑动估计信号频率,设计带通滤波器近似获取源信号和欠定混合矩阵,以及扩展子空间向量基构造完备观测信号的方法,将问题转化为完备情况下的盲分离,最后运用FastICA方法实现了信号盲分离。仿真实验数据表明方法的可行性和有效性,为欠定盲分离问题研究提供了新的思路。