[發(fā)明專(zhuān)利]一種期望聲源方向可調(diào)的雙麥克風(fēng)降噪方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210157383.8
• 申請(qǐng)日: 2022-02-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114724574A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙清穎;陳喆;殷福亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G10L21/0216
• 分類(lèi)號(hào): G10L21/0216;G10L21/0232;G10L21/0208
• 代理公司: 大連東方專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

1.一種期望聲源方向可調(diào)的雙麥克風(fēng)降噪方法，其特征在于包括：

預(yù)處理過(guò)程：對(duì)雙麥克風(fēng)接收到的帶噪信號(hào)x₁(t)和x₂(t)進(jìn)行離散采樣、預(yù)加重、分幀及加窗處理，再經(jīng)過(guò)短時(shí)傅里葉變換得到頻域信號(hào)X₁(ω)和X₂(ω)；

波束形成過(guò)程：在雙麥克風(fēng)連線的中點(diǎn)處引入虛擬麥克風(fēng)，根據(jù)中心差分格式對(duì)頻域信號(hào)X₁(ω)和X₂(ω)進(jìn)行差分變換，構(gòu)造差分信號(hào)Y₁(ω)和Y₂(ω)，計(jì)算差分信號(hào)Y₁(ω)和Y₂(ω)的功率譜的統(tǒng)計(jì)平均值，并將統(tǒng)計(jì)平均值的比值記為方向性函數(shù)Γ(ω,θ)，分析方向性函數(shù)Γ(ω,θ)的性質(zhì)，通過(guò)歸一化函數(shù)將其直接映射為噪聲掩蔽值λ(ω)，將頻域信號(hào)X₁(ω)與噪聲掩蔽值λ(ω)相乘得到消除掉競(jìng)爭(zhēng)方向噪聲后的信號(hào)R₁(ω)；

后置維納濾波過(guò)程：對(duì)R₁(ω)中的信號(hào)能量和噪聲能量進(jìn)行估計(jì)得到通道信噪比并計(jì)算增益函數(shù)，從而消除信號(hào)R₁(ω)中的殘余噪聲。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述預(yù)處理過(guò)程為：

將帶噪信號(hào)x₁(t)和x₂(t)進(jìn)行離散采樣，再對(duì)語(yǔ)音的高頻部分進(jìn)行預(yù)加重處理；

將采樣信號(hào)x₁(n)和x₂(n)分為長(zhǎng)度為10ms的幀后加等長(zhǎng)的漢明窗w(n)，加窗后的信號(hào)通入緩存區(qū)留待處理，經(jīng)過(guò)短時(shí)傅里葉變換得到當(dāng)前幀頻域信號(hào)，根據(jù)實(shí)數(shù)序列傅里葉變換的共軛對(duì)稱(chēng)性，輸出前1/2個(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行波束形成處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述波束形成過(guò)程包括幅度對(duì)齊、計(jì)算功率譜、計(jì)算方向性函數(shù)值、計(jì)算閾值和歸一化映射；

幅度對(duì)齊方式為對(duì)頻域信號(hào)X₁(ω)和X₂(ω)分別乘以比例因子進(jìn)行幅度對(duì)齊；

計(jì)算功率譜時(shí)：假設(shè)期望波束為S(ω)，其方向預(yù)置為α，在雙路麥克風(fēng)中點(diǎn)處引入虛擬麥克風(fēng)接收期望波束S(ω)，根據(jù)中心差分格式和頻域信號(hào)X₁(ω)、X₂(ω)與期望波束S(ω)的空間關(guān)系構(gòu)造差分信號(hào)Y₁(ω)和Y₂(ω)，計(jì)算差分信號(hào)Y₁(ω)和Y₂(ω)的功率譜；

計(jì)算方向性函數(shù)值時(shí)：其中差分信號(hào)Y₁(ω)和Y₂(ω)功率譜的統(tǒng)計(jì)平均值的比值為方向性函數(shù)Γ(ω,θ)的值，討論Γ(ω,θ)的性質(zhì)，當(dāng)聲源實(shí)際入射方向θ等于給定的期望聲源入射方向α?xí)r，Γ(ω,θ)趨于無(wú)窮，并且在θ＝α軸的兩邊，函數(shù)值單調(diào)且近似對(duì)稱(chēng)；

計(jì)算閾值及歸一化映射時(shí)：由于Γ(ω,θ)趨于無(wú)窮大，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的主瓣寬度Θ計(jì)算一個(gè)閾值Ω，通過(guò)sigmoid函數(shù)的歸一化映射，直接將Γ(ω,θ)映射成對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)的噪聲掩蔽值λ(ω)，將X₁(ω)與λ(ω)相乘得到消除掉競(jìng)爭(zhēng)方向噪聲后的信號(hào)R₁(ω)

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述后置維納濾波過(guò)程包括計(jì)算信噪比指數(shù)、計(jì)算對(duì)數(shù)譜偏差、修改或重置噪聲標(biāo)志和計(jì)算增益函數(shù)值；

計(jì)算信噪比指數(shù)時(shí)，將信號(hào)R₁(ω)根據(jù)臨界帶寬準(zhǔn)則分為若干個(gè)通道，估計(jì)每個(gè)通道的能量，將通道噪聲能量估計(jì)初始化為前四幀的通道能量，據(jù)此計(jì)算通道信噪比指數(shù)；

計(jì)算對(duì)數(shù)譜偏差時(shí)，設(shè)計(jì)非線性數(shù)據(jù)表作為語(yǔ)音指標(biāo)表，將信噪比指數(shù)映射成度量語(yǔ)音質(zhì)量的一組數(shù)字，將一定頻率范圍內(nèi)的語(yǔ)音指標(biāo)總和作為當(dāng)前通道的語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估結(jié)果，對(duì)當(dāng)前通道的信號(hào)能量取對(duì)數(shù)，并計(jì)算長(zhǎng)時(shí)對(duì)數(shù)譜能量與短時(shí)對(duì)數(shù)譜能量的偏差；

修改或重置噪聲標(biāo)志，根據(jù)計(jì)算所得的語(yǔ)音指標(biāo)總和、信噪比指數(shù)、對(duì)數(shù)譜偏差參數(shù)信息，判斷當(dāng)前幀是語(yǔ)音幀還是噪聲幀，重置噪聲更新標(biāo)志，檢查前幾幀的更新標(biāo)志，如果噪聲長(zhǎng)時(shí)間得不到更新，認(rèn)為結(jié)果已不可靠，則強(qiáng)制更新信噪比指數(shù)；

計(jì)算增益函數(shù)值時(shí)，利用通道信噪比指數(shù)計(jì)算通道增益值去除殘余的背景噪聲，根據(jù)噪聲更新標(biāo)志的結(jié)果，更新下一幀的噪聲能量估計(jì)。