[發明專利]一種雙層圓環麥克風陣列語音增強方法

有效

• 申請號: 201810346345.0
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108447499B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 梅晗;張東
• 申請（專利權）人: 佛山市順德區中山大學研究院;廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院;中山大學
• 主分類號: G10L21/0216
• 分類號: G10L21/0216;G10L21/0232;G10L21/0264
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 左恒峰

本發明公開了一種雙層圓環麥克風陣列語音增強方法，根據聲場環境的不同采用不同的波束形成方法，提高了麥克風陣列的對噪聲的魯棒性，其中當聲場環境為散射噪聲場時，在不同頻段分別采用一階和二階差分波束形成器項組合的方法進行語音增強，可以在不犧牲白噪聲增益的情況下獲得較高的方向性因數。

技術領域

本發明涉及信號處理技術領域，特別是一種雙層圓環麥克風陣列語音增強方法。

背景技術

麥克風陣列是由多個麥克風組成的具有特定拓撲結構的聲音處理系統，其采集到的信號與噪聲的相關信息要遠大于單個麥克風，因此可以解決多種單麥克風無法處理的實際的聲學問題。

環境中存在多種類型的噪聲，不同的語音增強算法適用于不同的噪聲場，因此，能否適應不同類型的噪聲場，是評價麥克風陣列性能的重要指標，為了研究方便，抽象出了三種類型的噪聲場：相干噪聲場，非相干噪聲場，散射噪聲場；在相干噪聲場中，麥克風陣列中的各陣元接收到的噪聲信號具有強相關性；非相干噪聲場指在給定空間位置的噪聲信號與該空間中所有其他位置的噪聲信號都不相關，這是一種理想環境，在實際中并不存在，但在麥克風陣列信號處理領域，通常將陣列自身的電學噪聲視為非相干噪聲進行處理；而當空間中相干噪聲與非相干噪聲同時存在時，將這種聲場稱為散射噪聲場，許多實際噪聲環境都可以被看作散射噪聲,如會議室、汽車噪聲等，而任何一個噪聲場都會影響到麥克風陣列的語音質量，因此，如何去除噪聲以及干擾是語音增強的主要目標之一。

麥克風陣列的性能通過信噪比增益來度量，其定義為輸出信噪比與輸入信噪比的比值，信噪比增益反映了信號通過陣列前后信噪比的改善程度，差分麥克風陣列中常用白噪聲增益和方向性因數2個指標，白噪聲增益表示當聲場為非相干噪聲時的陣增益；方向性因數表示當聲場為散射噪聲時的陣增益，而在差分麥克風陣列中提高方向性因數需要以犧牲白噪聲增益為代價，二者不能同時提高。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種雙層圓環麥克風陣列語音增強方法，在不同的聲場環境下采用不同的波束形成方法，可以提高麥克風陣列對噪聲的魯棒性，同時可以在不犧牲白噪聲增益的情況下獲得較高的方向性因數。

本發明解決其問題所采用的技術方案是：

一種雙層圓環麥克風陣列語音增強方法，包括以下步驟：

A、采集通道的時域信號；

B、對采集到的通道的時域信號進行分幀、加窗后得到通道的接收信號的頻域表示；

C、對通道的接收信號的頻域表示進行短時傅里葉變換，得到整個麥克風陣列接收的信號的頻率子帶；

D、根據靜音段不同通道間的相干函數對聲場環境進行判定；

E、當聲場環境為非相關噪聲場時，在子帶上采用一階差分波束形成器進行波束形成得到權向量；當聲場環境為散射噪聲場時，在低頻段的子帶上采用一階差分波束形成器進行波束形成得到權向量，在高頻段的子帶上采用二階差分波束形成器進行波束形成得到權向量；

F、根據權向量計算得到輸出信號；

G、將輸出信號進行變換后得到增強后的語音信號。

進一步，所述步驟A采集通道的時域信號中，由麥克風陣列對通道的時域信號進行采集，采集到的時域信號為：

y_p,m(k)＝x_p,m(k)+v_p,m(k)；

其中x_p,m(k)為期望信號，v_p,m(k)為噪聲，y_p,m(k)為第p個環上第m個麥克風采集的時域信號，k為采樣后的時間序列索引。

進一步，所述步驟B中通道的接收信號的頻域表示為：