[發(fā)明專利]一種使用QR-RLS算法對(duì)多通道語音信號(hào)去混響方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711353578.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN108154885A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫旭光;周翊;王賢祥;黃張翼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): G10L21/0208
• 分類號(hào): G10L21/0208;G10L21/0224;G10L21/0232;G10L21/0308;G10L25/21;G10L25/27
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種使用QR?RLS算法對(duì)多通道語音信號(hào)去混響方法，屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法將采集得到的帶混響語音信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，并在頻域?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行延遲處理，通過混響時(shí)間T₆₀計(jì)算混響語音信號(hào)的衰減常數(shù)Δ，從而估計(jì)出晚期混響信號(hào)和期望信號(hào)的功率譜密度；然后根據(jù)得到的期望信號(hào)功率譜密度的估計(jì)值計(jì)算期望信號(hào)2范數(shù)的加權(quán)系數(shù)；最后將延遲信號(hào)和帶混響語音信號(hào)作為QR?RLS算法的輸入數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行迭代更新，最后輸出預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)。本發(fā)明有效避免了當(dāng)輸入信號(hào)不具有一致性激勵(lì)性時(shí)，自相關(guān)矩陣及其對(duì)應(yīng)的求逆問題是病態(tài)的問題；使在病態(tài)環(huán)境下可以很容易的隨時(shí)檢查變換信息矩陣的正定性，從而有效提升了去混響系統(tǒng)中自適應(yīng)模塊的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種使用QR-RLS算法對(duì)多通道語音信號(hào)去混響方法。

背景技術(shù)

房間的混響問題嚴(yán)重的影響了語音的質(zhì)量和識(shí)別系統(tǒng)的識(shí)別率。近年來，發(fā)展出很多的去混響算法來解決這一問題，比如波束形成技術(shù)(beamforming)和房間傳輸函數(shù)的逆濾波技術(shù)等。然而這些方法需要精確的DOA(direction of arrival)估計(jì)或者房間的聲學(xué)參數(shù)等，因此，這些算法性能有限。

去混響技術(shù)可以根據(jù)是否需要對(duì)聲學(xué)沖激響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)來分類。于是把去混響技術(shù)分為混響抑制和混響消除，前者不需要估計(jì)沖激響應(yīng)，而后者需要沖激響應(yīng)的估計(jì)。混響抑制技術(shù)是基于以下假設(shè)：①混響是一個(gè)加性過程，②目標(biāo)信號(hào)與混響信號(hào)不相關(guān)，③混響信號(hào)模型服從正態(tài)分布。混響抑制可以繼續(xù)分為五大類，分別為：語音建模技術(shù)、線性預(yù)測(cè)殘留增強(qiáng)技術(shù)、時(shí)域包絡(luò)濾波技術(shù)、譜增強(qiáng)技術(shù)和空間處理技術(shù)。混響消除技術(shù)可以看作是沖激響應(yīng)逆濾波問題。而該技術(shù)又可以繼續(xù)分為：盲反卷積技術(shù)，同態(tài)解卷積技術(shù)和基于調(diào)和的去混響技術(shù)等。

現(xiàn)階段使用比較廣泛的去混響技術(shù)就是WPE(weighted prediction error)技術(shù)。在WPE中，MCLP(multi-channel linear predictor)被用在STFT域通過混響語音的前幾幀來估計(jì)晚期混響成分。然后將混響語音與晚期混響作差，即可得到增強(qiáng)后的語音信號(hào)。該方法認(rèn)為STFT參數(shù)獨(dú)立同服從高斯分布，預(yù)測(cè)濾波器的系數(shù)在每一幀中通過最大似然估計(jì)的方法計(jì)算。

另一種基于MCLP去混響的算法是利用語音的稀疏性來實(shí)現(xiàn)的，使期望信號(hào)在STFT域的最大稀疏性達(dá)到去混響的目的。在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生了使用RLS算法自適應(yīng)去混響的方法，但是由于RLS計(jì)算復(fù)雜度高，數(shù)值不穩(wěn)定等特性，當(dāng)房間的沖激響應(yīng)或者聲源發(fā)生移動(dòng)時(shí)，去混響的效果往往不是很理想。因此，需要一種使用QR-RLS算法對(duì)語音信號(hào)去混響方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種使用QR-RLS算法對(duì)多通道語音信號(hào)去混響方法，采用QR-RLS算法來代替基于MCLP方法中的RLS算法，改善自適應(yīng)去混響算法在收斂速度不變的基礎(chǔ)上提高數(shù)值的穩(wěn)定性，并且避免RLS算法中的求逆運(yùn)算，使得當(dāng)房間沖激響應(yīng)或者聲源發(fā)生移動(dòng)時(shí)，可以有效的提高去混響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，具體包括以下步驟：

步驟1：使用多個(gè)全指向性麥克風(fēng)在封閉房間內(nèi)采集帶混響的語音信號(hào)；

步驟2：使用賽賓公式估計(jì)房間的混響時(shí)間T₆₀，即直達(dá)聲聲壓級(jí)下降60dB對(duì)應(yīng)的時(shí)間，計(jì)算公式如下：

其中，α為房間吸聲系數(shù)，V和S分別為房間的體積和表面積；

步驟3：將采集得到的帶混響語音信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，把信號(hào)由時(shí)域轉(zhuǎn)化為頻域，并在頻域?qū)Щ祉懻Z音信號(hào)進(jìn)行延遲處理得到延遲信號(hào)，延遲信號(hào)延遲的階數(shù)由預(yù)測(cè)濾波器的長(zhǎng)度決定；