專利名稱：一種麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及語音增強(qiáng)技術(shù)，特別涉及麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)，屬于語音信號處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
語音增強(qiáng)一直是語音信號處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，麥克風(fēng)陣列處理的引入提供了一條新的途徑來進(jìn)行語音增強(qiáng)。麥克風(fēng)陣列不僅提供了信號在時(shí)域和頻域上的信息，還提供了一個(gè)空間域，對來自空間不同方向的信號進(jìn)行空時(shí)頻聯(lián)合處理，它以天線陣列的算法為理論依據(jù)，結(jié)合單通道語音處理的方法，用空間濾波器的方式，提供聲源信號空間位置，達(dá)到濾取聲源信號的同時(shí)抑制干擾信號的目的。語音增強(qiáng)的目標(biāo)是在保證在不損壞目標(biāo)語音結(jié)構(gòu)的前提下，減少甚至消除接受信號中存在的噪聲，從而提高語音的清晰度。麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)可以分為聲源定位階段和語音增強(qiáng)階段。在聲源定位階段，系統(tǒng)獲取說話人的空間上的方位信息；在語音增強(qiáng)階段，利用已獲得的方位信息，采用陣列信號處理方法，濾取聲源方向的信息，抑制其他方向上的干擾信息，實(shí)現(xiàn)語音增強(qiáng)。麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)結(jié)合陣列處理技術(shù)，經(jīng)過大量的研究，目前主要形成了三種主流算法固定波束形成法、自適應(yīng)波束形成法和后置濾波器的波束形成法。其中GSC(Generalized Sidelobe Canceller,廣義旁瓣抵消器)結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)波束形成法憑借低計(jì)算量高性能，因此廣為應(yīng)用。但是采用陣列處理最容易出現(xiàn)的問題是，當(dāng)出現(xiàn)目標(biāo)信號方向估計(jì)誤差時(shí)，容易造成目標(biāo)信號的泄漏，嚴(yán)重影響語音增強(qiáng)的性能。在GSC結(jié)構(gòu)中，主要構(gòu)造模塊為BM (Blocking Matrix,阻塞矩陣)模塊,它能夠利用估計(jì)出的方向信息,濾除目標(biāo)方向信號，所以對麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)算法的優(yōu)化重點(diǎn)在于阻塞矩陣的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)算法的優(yōu)化方法，提高阻塞矩陣的適應(yīng)能力，使阻塞矩陣泄漏的語音減小，提高語音增強(qiáng)的魯棒性。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的優(yōu)化方法，步驟如下
第一歩，前期處理，即完成對輸入陣列語音信號進(jìn)行預(yù)加重、分幀和加窗處理后，利用時(shí)延估計(jì)方法得到聲源的方向信息，利用方向信息得到信號的導(dǎo)向矢量；
第二歩，利用麥克風(fēng)陣列搭建GSC結(jié)構(gòu)模型，首先實(shí)現(xiàn)固定波束形成算法，有別于常規(guī)的GSC結(jié)構(gòu)處理，它將FBF分成兩部分信號對齊和波束形成，首先利用前期處理得到的方向信息進(jìn)行信號對齊，信號對齊是利用前述中得到的導(dǎo)向矢量，將有方向時(shí)延的麥克風(fēng)陣列信號變?yōu)閺年嚵蟹ň€方向輸入信號，這樣在理論上，麥克風(fēng)陣列將從0°方向入射,將對齊后的信號分為兩路，一路繼續(xù)進(jìn)行固定波束形成過程，進(jìn)行累加求平均；另一路進(jìn)入阻塞矩陣模塊對目標(biāo)信號進(jìn)行阻塞；第三步，實(shí)現(xiàn)阻塞矩陣模塊，由于通過在第二步進(jìn)行信號對齊，理論上信號方向?yàn)? 0°，在采用直線均勻陣時(shí)，阻塞矩陣采用如下形式；
權(quán)利要求
1.一種麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的優(yōu)化方法，其特征在于包含以下步驟 第一歩，前期處理，即完成對輸入陣列語音信號進(jìn)行預(yù)加重、分幀和加窗處理后，利用時(shí)延估計(jì)方法得到聲源的方向信息，利用方向信息得到信號的導(dǎo)向矢量； 第二歩，利用麥克風(fēng)陣列搭建GSC結(jié)構(gòu)模型，首先實(shí)現(xiàn)固定波束形成算法，有別于常規(guī)的GSC結(jié)構(gòu)處理，它將FBF分成兩部分信號對齊和波束形成，首先利用前期處理得到的方向信息進(jìn)行信號對齊，信號對齊是利用第一歩中得到的導(dǎo)向矢量，將有方向時(shí)延的麥克風(fēng)陣列信號變?yōu)閺年嚵蟹ň€方向輸入信號，這樣在理論上，麥克風(fēng)陣列將從0°方向入射，將對齊后的信號分為兩路，一路繼續(xù)進(jìn)行固定波束形成過程，累加求平均；另一路進(jìn)入阻塞矩陣模塊對目標(biāo)信號進(jìn)行阻塞； 第三步，實(shí)現(xiàn)阻塞矩陣模塊，由于通過在第二步進(jìn)行信號對齊，理論上信號方向?yàn)?°，在采用直線均勻陣時(shí)，阻塞矩陣采用如下形式
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的優(yōu)化方法，其特征在于前期處理，具體過程如下 第一歩，對語音信號進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)加重系數(shù)為O. 96，以16kHz采樣，按512采樣點(diǎn)分幀，幀移為50%，之后使用漢明窗進(jìn)行加窗處理； 第二歩，利用麥克風(fēng)陣列接收信號，估計(jì)出信號方向信息，生成信號導(dǎo)向矢量。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的優(yōu)化方法，其特征在于搭建GSC模型，具體過程如下 第一歩，將FBF過程拆分為兩個(gè)步驟，首先進(jìn)行前期處理，利用所得到的信號導(dǎo)向矢量，對信號進(jìn)行對齊補(bǔ)償，使陣列接收的信號變?yōu)殛嚵蟹ň€方向，然后將對齊后的信號分為兩路，一路輸入BM模塊，另一路繼續(xù)進(jìn)行固定波束形成過程，進(jìn)行累加求平均，得到FBF輸出；第二步，根據(jù)阻塞矩陣設(shè)置，輸入為所述對齊后的信號，經(jīng)過信號與矩陣相乘，使阻塞矩陣阻塞估計(jì)目標(biāo)方向上的信號，最后輸出為除了目標(biāo)方向的其他方向上的信號，將輸出的M-I路信號合成為I路信號； 第三步，實(shí)現(xiàn)MC模塊，將FBF輸出減去BM的輸出，即用包含目標(biāo)信號與干擾的一路信號減去只含干擾的一路信號，最后只輸出目標(biāo)信號，在這里MC中采用自適應(yīng)濾波器進(jìn)ー步減少其中存在的目標(biāo)語音。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的優(yōu)化方法，涉及語音增強(qiáng)技術(shù)，特別涉及麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)，屬于語音信號處理技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先采用廣義旁瓣抵消器結(jié)構(gòu)，針對廣義旁瓣抵消器因信號到達(dá)方向錯誤而導(dǎo)致語音泄漏的問題，利用GSC的輸出與阻塞矩陣輸出存在相關(guān)性的特點(diǎn)，對阻塞矩陣進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，使阻塞矩陣趨近于目標(biāo)語音方向，以減少阻塞矩陣中目標(biāo)語音的泄漏，增強(qiáng)系統(tǒng)的魯棒性。
文檔編號G10L21/02GK102664023SQ20121012775
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者張玲華, 王輝 申請人:南京郵電大學(xué)