Efficient multichannel algorithms for impulsive sound source analysis

Résumé

Los eventos acústicos que más comúnmente son asociados con amenazas para la seguridad, tales como disparos, explosiones, golpes o rotura de cris-tales, entre otros; tienen una naturaleza impulsiva. Esta categoría de sonidos se caracteriza por tener un ataque muy pronunciado, muy corta duración y un amplio contenido espectral, lo que los convierte en buenos candidatos para su detección automatizada en tiempo real. Sin embargo, la detección por si misma puede no ser suficientemente relevante en aquellas aplicaciones en las que el objetivo principal sea la localiza-ción o la identificación de la fuente. Mediante el uso de una red de sensores acústicos es posible localizar la fuente que ha originado el sonido aprovechándose de las diferencias en-tre las señales captadas por varios micrófonos, siempre y cuando se ten-ga información sobre los instantes de recepción y la posición de los distintos sensores. Aunque la obtención de sincronismo en la red y la estimación de las posiciones de los nodos son problemas que aún no están completamente resueltos y siguen bajo estudio. Respecto a la identifica-ción de los sonidos, las grabaciones de eventos impulsivos normalmente están más relacionadas con la respuesta al impulso del entorno que con el sonido generado por la fuente, lo cuál es un gran problema de cara a una clasificación robusta. No obstante, es posible aprovecharse de la diversidad espacial proporcionada por una red de sensores para identifi-car la fuente colaborativamente mediante la aplicación de varias estra-tegias de fusión de información. Esta tesis está enfocada a la investigación y desarrollo de nuevos algo-ritmos multicanal para el análisis de sonidos impulsivos, lo que incluye cuatro problemas diferenciados pero no necesariamente independientes: detección y clasificación de eventos acústicos, localización de fuentes de sonido y auto localización de nodos. En términos generales, la inten-ción de esta propuesta es el desarrollo de un sistema colaborativo en el cual la diversidad espacial proporcionada por una red de sensores sea explotada para resolver cada uno de los problemas mentados. Al mismo tiempo, el objetivo es la mejora del análisis de eventos impulsivos me-diante el aprovechamiento de la información obtenida al resolver algunos de los problemas de cara a mejorar el desempeño en etapas posteriores. Adicionalmente, con esta tesis se pretenden desarrollar técnicas efi-cientes que permitan su implementación en una red inalámbrica de senso-res acústicos en la cual el uso de otros métodos puede que no sea viable debido a restricciones tales como una capacidad de computo limitada o un ancho de banda restringido. Las propuestas de esta tesis vienen dadas por la necesidad de encontrar nuevas soluciones para el análisis de fuentes acústicas impulsivas dado cuenta con aplicaciones prácticas en múltiples campos tales como: vigi-lancia y seguridad, control de armas, análisis forense o táctica mili-tar, por nombrar unos pocos.