Titelaufnahme
Titelaufnahme
- TitelAcoustic Beamforming in the Presence of Finite Sample Size Estimates and Sampling Offsets / Tobias Gburrek ; Erster Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Reinhold Häb-Umbach, Zweiter Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Sharon Gannot
- Autor
- Gutachter
- Erschienen
- Umfang1 Online-Ressource (vi, 194 Seiten) : Diagramme
- HochschulschriftUniversität Paderborn, Dissertation, 2026
- AnmerkungTag der Verteidigung: 26.02.2026
- Verteidigung2026-02-26
- SpracheEnglisch
- DokumenttypDissertation
- Schlagwörter (GND)
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Klassifikation
Zusammenfassung
Die Aufzeichnung akustischer Signale mit räumlich verteilten Geräten verspricht große Vorteile für heutige Anwendungen. Allerdings ergeben sich auch neue Herausforderungen, da die Geräte zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit der Aufzeichnung beginnen und die Mikrofonsignale mit leicht unterschiedlichen Raten abtasten. Die resultierenden Versätze des Abtastzeitpunktes (STOs) und Abtastratenversätze (SROs) können erhebliche negative Auswirkungen auf Beamforming haben. Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen von STOs und SROs auf minimum variance distortionless response (MVDR) Beamforming. Zu diesem Zweck wird eine geschlossene Näherung für das Signal-zu-Verzerrungs-Verhältnis (SDR) am Ausgang des Beamformers hergeleitet. Diese geschlossene Näherung beschreibt den Zusammenhang zwischen der Länge des Intervalls, das zur Schätzung der für die Berechnung des Beamformers erforderlichen räumlichen Kovarianzmatrizen (SCMs) verwendet wird, und dem SDR. Die Analyse der geschlossenen Näherung des SDRs zeigt, dass ein Kompromiss zwischen der Verwendung eines kurzen SCM-Schätzintervalls, um die negativen Effekte der SROs zu verringern, und der Verwendung eines langen SCM-Schätzintervalls, um die SCM-Schätzungen zu verbessern, besteht. Schließlich wird ein STO-Schätzer vorgestellt, der eine Synchronisation ermöglicht, welche die physikalischen Laufzeitdifferenzen (TDOFs) beibehält. Außerdem wird ein SRO-Schätzer für Szenarien mit zeitlich variierenden SROs sowie Sprecherwechseln entwickelt.
Abstract
Recording acoustic signals with a set of spatially distributed devices promises great benefits for today’s applications. However, new challenges also emerge since the devices begin recording at different points in time and sample the microphone signals at slightly different rates. The resulting sampling time offsets (STOs) and sampling rate offsets (SROs) can have significant negative impacts on beamforming. The thesis at hand analyzes the impacts of STOs and SROs on minimum variance distortionless response (MVDR) beamforming. To this end, a closed-form approximation of the signal-to-distortion ratio (SDR) at the beamformer output is derived. This closed-form approximation models the relationship between the size of the interval that is used to estimate the spatial covariance matrices (SCMs), necessary for calculation of the beamformer coefficients, and the SDR at the beamformer output. The analysis of the closed-form approximation of the SDR in combination with an experimental investigation reveals a trade-off between using a short SCM estimation interval to mitigate the negative effects of SROs and using a long SCM estimation interval to improve the quality of the SCM estimates. Finally, a method for STO estimation is presented, which enables a synchronization that maintains the physical time differences of flight (TDOFs). Furthermore, an SRO estimator for dynamic scenarios with time-varying SROs as well as speaker changes is developed.
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