[發明專利]一種麥克風陣列波束成形的方法及系統

在審

• 申請號: 202010881853.6
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111739552A
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 邵毅
• 申請（專利權）人: 南京芯馳半導體科技有限公司
• 主分類號: G10L21/0216
• 分類號: G10L21/0216
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 曹婷

本發明公開了一種麥克風陣列波束成形的方法及系統，涉及語音增強技術領域，解決了波束成像方向掃描復雜計算不夠準確的技術問題，其技術方案要點是通過麥克風陣列采集音頻信號，通過傳感器獲取座位信號。判斷模塊由座位信號判斷得到座位信號的波束范圍，再根據座位信號的波束范圍結合麥克風陣列的音頻進行判斷得到音頻信號的波束方向，最后依據該波束方向對音頻信號進行波束成形處理然后輸出。該方法及系統將座位信號作為先驗信號，縮小了波束成形方法的波束角度的范圍，從而增加了波束成形方法的抗干擾能力。與此同時，以波束成形技術為基礎，對波束范圍外的強干擾信號進行消除，從而使輸出信號更為準確和清晰。

技術領域

本公開涉及語音增強技術領域，具體涉及利用麥克風陣列技術對語音信號進行處理、降低噪聲、增加目標信號強度和質量，尤其涉及一種麥克風陣列波束成形的方法及系統。

背景技術

語音交互技術在汽車內應用越來越廣，由于車內和車外都有有別于其他環境的噪聲和干擾，形成了汽車聲音環境的特殊性和復雜性。另外一方面，麥克風直接采樣的語音信號，往往混淆著各種噪聲和干擾，汽車的使用場景更容易混雜多種不同類型的噪聲，無論是日常通信還是語音識別都對語音增強有著巨大的需求，因而對車內麥克風陣列技術的要求越來越高。

語音增強屬于數字信號處理的一種，主要目的之一是提高聲音的質量，提高用戶的主觀聽感，使用戶更容易聽懂語音內容，比如手機里面的語音增強模塊；另外一個目的是對語音進行預處理，提高后面的語音識別模塊的效果，被廣泛用于手機或者智能音箱；汽車內的語音交互，比如打電話或者語音識別也會用到這兩種增強處理模式。而麥克風陣列利用多個麥克風元件，對聲場的空間特性進行采樣并處理，用于提高語音的信噪比、對聲源定位及去混響等等，被廣泛應用于視頻會議、手機、智能音箱等產品中，汽車行業也廣泛使用麥克風陣列以提升車內語音交互的效果。

波束成形技術合并了從麥克風陣列中接收的多個音頻信號用以增強特定方位的信號，或者說，波束成形技術可以增強環境中某些期望方向的聲源，并衰減非期望方向的噪聲或者干擾，來提高音頻信號的大小或者輸出質量。但波束成形技術在麥克風陣列的應用中存在波束方向的問題。一種常見的做法是通過算法把波束指向聲音信號最強的方向，然后增強這個最強方向的信號，但實際應用中聲音能量最強的信號并不總是期望指向信號，而且期望指向信號的能量也不總是恒定的，在動態過程中波束成形的方向有可能被算法指向其他方向。

基于上述波束方向的問題，現有技術中有將喚醒的方向作為波束成形的方向，這種做法可以讓波束指向喚醒者的方向，保證了喚醒者的聲音被波束成形算法作為增強的目的信號，但這種做法依賴于喚醒的流程，同時對還處于喚醒狀態的語音沒有增強效果。還有通過預識別的方法把波束方向分為若干個方向后，對此進行預識別，識別分數較高的方向作為波束成形的方向，這種做法可以解決噪聲能量過強的問題，因為噪聲往往不帶有語言信息，識別后的分數不會很高，但這種做法依賴識別模塊，且增加了算法的復雜度。

發明內容

本公開提供了一種麥克風陣列波束成形的方法及系統，其技術目的是通過對波束成形方向進行預估，簡化了波束成形方向掃描的復雜度，并以此為基礎對強干擾信號進行消減，提升車內麥克風陣列獲取的音頻信號的整體效果。

本公開的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：

一種麥克風陣列波束成形的方法，包括：

采集音頻信號；

獲取座位信號；

根據所述座位信號進行判斷得到第一波束范圍，通過所述第一波束范圍和所述音頻信號判斷獲取所述音頻信號的第二波束方向；

根據所述第二波束方向對所述音頻信號進行波束成形處理并輸出。

進一步地，所述判斷包括：

根據所述座位信號進行判斷得到第一波束范圍，通過所述第一波束范圍和所述音頻信號判斷獲取所述音頻信號的第二波束方向；