[發明專利]一種語音信號處理方法和裝置

有效

• 申請號: 201610108588.1
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105792074B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 陳景東;杰卡布·貝內斯特;李昌磊;黃公平
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04R3/04
• 分類號: H04R3/04
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 王術蘭

1.一種語音信號處理方法，其特征在于，包括：

獲取傳感器陣列中各個傳感器采集到的帶噪語音信號，所述帶噪語音信號為時域信號；

應用短時傅里葉變換將采集到的所述帶噪語音信號由時域信號分解成頻域子帶信號；

根據陣列結構、陣元數目、給定頻率和主波束預期的指向參數，構造純凈語音信號的歸一化相關矩陣，并根據陣列結構、陣元數目、給定的頻率和各向同性噪聲場的假設，構造噪聲信號的歸一化相關矩陣；

對所述純凈語音信號和所述噪聲信號的歸一化相關矩陣進行聯合對角化分解，得到基于子空間的超指向波束形成器，其中，所述超指向波束形成器與各個所述頻域子帶信號的子空間維度相關；

通過得到的所述超指向波束形成器對得到的所述頻域子帶信號進行濾波處理，得到降噪后的期望語音信號。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，應用短時傅里葉變換將獲取到的所述帶噪語音信號由時域信號分解成頻域子帶信號包括：

所述傳感器采集到的帶噪語音信號表示為：

y_m(k)＝x_m(k)+v_m(k)；

所述頻域子帶信號表示為：

Y_m(ω)＝X_m(ω)+V_m(ω)；

其中，y_m(k)表示第m個傳感器采集到的帶噪語音信號，x_m(k)表示第m個傳感器接收到的純凈語音信號，v_m(k)表示第m個傳感器接收到的加性噪聲信號，m∈[1,2,3…M]，M表示傳感器陣列中傳感器的數量，Y_m(ω)、X_m(ω)和V_m(ω)分別表示y_m(k)、x_m(k)和v_m(k)的短時傅里葉變換。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，對所述純凈語音信號和所述噪聲信號的歸一化相關矩陣進行聯合對角化分解，得到基于子空間的超指向波束形成器，包括：

對純凈語音信號的歸一化相關矩陣和噪聲信號的歸一化相關矩陣進行聯合對角化分解，得到滿秩分解矩陣B(ω)＝[b₁(ω)b₂(ω).....b_M(ω)]，其中b₁(ω)、b₂(ω)、.....、b_M(ω)表示純凈語音信號的歸一化相關矩陣和噪聲信號的歸一化相關矩陣進行聯合對角化分解后得到的特征向量；

從所述滿秩分解矩陣中，取前N個特征向量進行線性組合，得到如下公式表示波束形成器h_N(ω)：

h_N(ω)＝B_1:N(ω)а_1:N(ω)，

其中，B_1:N(ω)表示滿秩分解矩陣中的前N個特征向量，a_1:N(ω)表示一個長度為N的列向量；

在約束期望信號不失真的情況下極大化波束形成器的白噪聲增益，得到基于子空間的超指向波束形成器h^f_N(ω)：

其中，P_B1:N(ω)＝B_1:N(ω)[B^H_1:N(ω)B_1:N(ω)]^-1B^H_1:N(ω)，

其中，記d(ω)＝d(ω,0)

d(ω，θ)＝[1 e^{-jωδcosθ/c}...e^{-j(M-1)ωδcosθ/c}]^Tj為虛數單位，ω＝2πf為角頻率，f為頻率，δ為均勻線形陣列相鄰兩陣元的間距，θ為波達方向，c為空氣中聲傳播的速度，d(ω,θ)為信號的延時矢量(其形式同波束形成中的導向矢量相同)。