[發明專利]一種基于麥克風陣列的密閉空間混響消除方法

有效

• 申請號: 202010880441.0
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112017684B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 閔新宇;郭申;張琨;趙伯陽;郭慶鵬
• 申請（專利權）人: 北京計算機技術及應用研究所
• 主分類號: G10L21/0216
• 分類號: G10L21/0216;G10L21/0224;G10L21/0232;G10L21/0208
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 王雪芬

本發明涉及一種基于麥克風陣列的密閉空間混響消除方法，屬于計算機、語音信號技術領域。本發明提出的基于麥克風陣列的混響消除方法，其認為陣列中各通道之間的語音信號是相關的，而噪聲是不相干的，通過將含混響信號在時域上分為直達信號和經反射信號，在頻域上分為低頻信號與高頻信號，對含混響語音信號從時域和頻域上進行分時和分頻的處理，利用基于線性約束最小方差后置維納濾波的方法，在約束方程中增加了分時和分頻的處理方式，求得最優權矢量，實現了基于麥克風陣列的混響消除，采用這種方式能在抑制混響的前提下突出不同頻率信號的聲紋特性，有利于后續語音識別工作的開展，具有計算量小、通用性、靈活性高、易于實現，應用范圍廣的特點。

技術領域

本發明屬于計算機、語音信號技術領域，具體涉及一種基于麥克風陣列的密閉空間混響消除方法。

背景技術

隨著計算機、人工智能技術的發展，人們對語音控制的需求越來越大，在指揮控制系統、會議系統、智能家居等領域，使用語音控制設備能夠減輕使用者的操作難度，降低出現誤操作的可能性，提高設備的可用性。但上述應用系統往往部署在密閉狹小的空間中，語音信號在其中會產生回聲與混響，影響麥克風接收到的信號的聽覺感受和語音可懂度，同時，該空間中可能存在多個說話者，利用現有的技術從包含多個人聲音的語音中區分出某一個人的聲音是很困難的。傳統的解決以上問題的方法主要是利用麥克風陣列作為語音信號的采集設備，麥克風陣列是指將多個麥克風按照一定的空間位置排布形成陣列，如圖1所示，其可以采集到信號中除了時域和頻域外的空間域信息，實現對語音信號定向采集的目的，但是由于語音信號在狹小空間中會產生混響，且不同頻率信號的混響效果并不相同，傳統方法的去混響效果有限，因此，需要提出一種密閉空間混響消除方法。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：如何有效解決密閉空間中的語音采集問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于麥克風陣列的密閉空間混響消除方法，包括以下步驟：

(1)利用含混響語音信號的數學模型推導出，混響存在時麥克風陣列接收到信號的功率譜，利用線性約束最小方差準則，在保證期望信號增益的情況下，使輸出功率最小，依據此線性約束最小方差準則確定約束方程；

(2)依據麥克風接收到的信號存在時間延遲的特點，將含混響語音信號的沖激響應分為直達部分和經反射到達部分；

(3)依據麥克風接收到的信號頻帶范圍較寬的特點，將含混響語音信號分為高頻和低頻兩部分，分別計算各自的濾波器系數；將時域上分解的沖激響應和頻域上分解的濾波器系數結合，對步驟1得到的約束方程進行改造，求得最優權矢量的值。

本發明還提供了一種所述的方法在麥克風陣列的語音增強系統中的應用。

本發明又提供了一種所述的方法在語音信號處理技術領域中的應用。

本發明還提供了一種所述的方法在計算機技術領域中的應用。

(三)有益效果

本發明提出的基于麥克風陣列的混響消除方法，其認為陣列中各通道之間的語音信號是相關的，而噪聲是不相干的，通過將含混響信號在時域上分為直達信號和經反射信號，在頻域上分為低頻信號與高頻信號，對含混響語音信號從時域和頻域上進行分時和分頻的處理，利用基于線性約束最小方差后置維納濾波的方法，在約束方程中增加了分時和分頻的處理方式，求得最優權矢量，實現了基于麥克風陣列的混響消除，采用這種方式能在抑制混響的前提下突出不同頻率信號的聲紋特性，有利于后續語音識別工作的開展，具有計算量小、通用性、靈活性高、易于實現，應用范圍廣的特點，在指揮控制系統、會議系統或智能家居領域具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為麥克風陣列示意圖；