[發(fā)明專利]帶聲源方向跟蹤功能的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210320004.9
• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102831898A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 童峰;洪青陽;周躍海
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G10L21/02
• 分類號: G10L21/02
• 代理公司: 廈門南強(qiáng)之路專利事務(wù)所 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

1.帶聲源方向跟蹤功能的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置，其特征在于設(shè)有：

麥克風(fēng)陣列，用于語音信號多通道采集、前置處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換；

可調(diào)平行波束形成器組模塊，用于通過調(diào)整各通道時(shí)延進(jìn)行聲源方向的實(shí)時(shí)跟蹤；

固定系數(shù)FIR濾波器模塊，用于在非自適應(yīng)支路形成預(yù)期頻率特性得到含噪信號；

固定系數(shù)信號阻塞模塊，用于濾除聲源方向所包含的信號得到噪聲信號；

自適應(yīng)噪聲對消器模塊，用于根據(jù)自適應(yīng)噪聲對消原理以噪聲信號作為參考消除含噪信號中所包含的噪聲，輸出語音增強(qiáng)信號；

聲源方向更新模塊，用于根據(jù)當(dāng)前預(yù)期聲源方向及當(dāng)前預(yù)期聲源左右偏移方向?qū)?yīng)進(jìn)行旁瓣消除輸出的語音增強(qiáng)信號方差選擇當(dāng)前最優(yōu)聲源方向，并將獲得的當(dāng)前最優(yōu)聲源方向輸入至可調(diào)平行波束形成器組模塊更新當(dāng)前聲源方向及當(dāng)前聲源方向的左右偏移方向；

所述麥克風(fēng)陣列中各通道語音信號輸出端依次經(jīng)前置放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器后，通過數(shù)據(jù)線直接與可調(diào)平行波束形成器組模塊的信號輸入端相連接；

所述可調(diào)平行波束形成器組模塊設(shè)有3個(gè)平行可調(diào)波束形成器，所述3個(gè)平行可調(diào)波束形成器分別設(shè)有信號輸入端和聲源方向輸入端，各信號輸入端接模數(shù)轉(zhuǎn)換器的各通道語音信號輸出端，各聲源方向輸入端則與聲源方向更新模塊的當(dāng)前最優(yōu)聲源方向輸出端連接；所述3個(gè)平行可調(diào)波束形成器的經(jīng)時(shí)延調(diào)整后的各通道語音信號輸出端接固定系數(shù)信號阻塞模塊的輸入端，時(shí)延調(diào)整后各通道語音信號的疊加輸出則與固定系數(shù)FIR濾波器模塊的輸入端相連接；

所述自適應(yīng)噪聲消除器模塊設(shè)有參考噪聲輸入端和含噪語音輸入端，固定系數(shù)信號阻塞模塊對輸入信號進(jìn)行阻塞處理后的輸出接自適應(yīng)噪聲消除器模塊的參考噪聲輸入端，固定系數(shù)FIR濾波器模塊對輸入信號進(jìn)行濾波處理后的輸出接自適應(yīng)噪聲消除器模塊的含噪語音輸入端；

所述自適應(yīng)噪聲消除器模塊的語音增強(qiáng)信號輸出端接聲源方向更新模塊以進(jìn)行當(dāng)前最優(yōu)聲源方向的選擇，自適應(yīng)噪聲消除器模塊設(shè)有當(dāng)前最優(yōu)聲源方向輸出端和語音增強(qiáng)信號輸出端，當(dāng)前最優(yōu)聲源方向輸出端接可調(diào)平行波束形成器組模塊，語音增強(qiáng)信號輸出端輸出當(dāng)前最優(yōu)聲源方向?qū)?yīng)的語音增強(qiáng)信號。

2.如權(quán)利要求1所述的帶聲源方向跟蹤功能的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置，其特征在于所述麥克風(fēng)陣列采用由5元麥克風(fēng)組成的等間距線陣。

3.麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法，其特征在于采用如權(quán)利要求1所述帶聲源方向跟蹤功能的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置，所述方法包括以下步驟：

1個(gè)初始化步驟：在初始化階段設(shè)置正前方為默認(rèn)當(dāng)前聲音方向，或輸入由麥克風(fēng)陣列定位算法獲取的聲源方向，作為初始化聲源方向，作為可調(diào)波束形成器組模塊的聲源方向參數(shù)；

1個(gè)可調(diào)波束形成步驟：按照設(shè)定的聲源方向調(diào)整步長，通過當(dāng)前聲源方向分別加、減調(diào)整步長產(chǎn)生當(dāng)前聲源方向的左、右偏移方向并計(jì)算麥克風(fēng)陣列各通道信號相應(yīng)的時(shí)延補(bǔ)償值，并對3個(gè)平行波束形成器內(nèi)的麥克風(fēng)陣列各通道輸出信號進(jìn)行對應(yīng)方向的時(shí)延補(bǔ)償，使其分別對準(zhǔn)聲源方向和左右偏移方向；

1個(gè)固定系數(shù)濾波步驟：利用固定系數(shù)分別對3個(gè)平行波束形成器的輸出進(jìn)行FIR濾波，用于在當(dāng)前聲源方向、左右偏移方向3個(gè)波束對準(zhǔn)方向形成需要的頻率響應(yīng)；

1個(gè)信號阻塞步驟：在自適應(yīng)支路，3個(gè)可調(diào)波束形成器輸出的信號分別輸入3個(gè)相同的信號阻塞矩陣，用于濾除當(dāng)前聲源方向、左右偏移方向3個(gè)波束對準(zhǔn)方向內(nèi)包含的語音信號；

1個(gè)自適應(yīng)噪聲消除步驟：在自適應(yīng)支路，以當(dāng)前聲源方向、左右偏移方向3個(gè)波束對應(yīng)的阻塞矩陣輸出信號作為參考噪聲信號，固定支路中相對應(yīng)3個(gè)波束的輸出信號作為帶噪輸入信號進(jìn)行自適應(yīng)噪聲消除處理；

1個(gè)聲源方向更新步驟：獲取3個(gè)波束方向非自適應(yīng)支路信號輸出與對應(yīng)自適應(yīng)噪聲消除器的輸出之差，并觀察窗內(nèi)選擇方差最小的波束方向作為當(dāng)前聲源方向進(jìn)行更新，更新當(dāng)前聲源方向后分別加、減調(diào)整步長產(chǎn)生當(dāng)前聲源方向的左、右偏移方向并計(jì)算麥克風(fēng)陣列各通道信號相應(yīng)的時(shí)延補(bǔ)償值再次進(jìn)行算法迭代。