本發(fā)明涉及一種基于混響環(huán)境下麥克風(fēng)陣列波束形成方法。

背景技術(shù)：

波束成形技術(shù)已經(jīng)在語音通信系統(tǒng)、電話會(huì)議、語音識(shí)別和助聽器等方面有著廣泛應(yīng)用，波束成形作為空間濾波器，從由一組麥克風(fēng)接收的混合信號(hào)中提取目標(biāo)信號(hào)。目前，波束形成器有固定波束形成、最小方差無失真響應(yīng)(minimum variance distortionless response，MVDR)等經(jīng)典的寬帶波束形成器，但存在陣列響應(yīng)頻率不變性較差、主瓣寬度因頻率增大而減小、信號(hào)畸變等現(xiàn)象。為了解決寬帶波束的畸變，目前出現(xiàn)了最小二乘方法、凸優(yōu)化方法、特殊陣列結(jié)構(gòu)方法、空間響應(yīng)約束方法等，這些方法雖然改善了頻率不變性，但是對(duì)于混響環(huán)境應(yīng)用，上述的方法并不滿足要求。

在封閉的空間環(huán)境中的目標(biāo)語音信號(hào)通常會(huì)受到混響和噪聲影響導(dǎo)致語音信號(hào)失真，因此抑制混響是目前語音信號(hào)處理當(dāng)中的一個(gè)熱點(diǎn)問題。近年來研究成熟的抑制或者去除混響的方法包括：逆濾波器方法、廣義奇異值分解方法等。其中，逆濾波方法根據(jù)房間脈沖響應(yīng)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的逆濾波器，通過對(duì)混響信號(hào)的逆濾波恢復(fù)出目標(biāo)語音信號(hào)；而廣義奇異值分解方法是估計(jì)房間脈沖響應(yīng)，并且通過匹配濾波實(shí)現(xiàn)逆卷積。以上去混響的方法只能去除前期混響，且均沒有考慮語音信號(hào)在空間上的信息。雖然具有空間指向性的線性約束最小方差波束形成方法(linear constrained minimum variance beamformer,LCMV)在理論上能夠去除混響，但是計(jì)算復(fù)雜度較高，實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種基于混響環(huán)境下麥克風(fēng)陣列波束形成方法，可有效抑制麥克風(fēng)陣列混響問題，是一種適用于任意陣列結(jié)構(gòu)的波束形成方法。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種基于混響環(huán)境下麥克風(fēng)陣列波束形成方法，包括如下步驟：

步驟1、獲取麥克風(fēng)接收到的信號(hào)：

設(shè)在封閉的室內(nèi)環(huán)境下，由N個(gè)相同的全向性麥克風(fēng)組成均勻線陣，有M個(gè)語音信號(hào)，位置為r_m,m＝1,…,M，其中，目標(biāo)語音信號(hào)位置為r₁，其余位置的信號(hào)為干擾信號(hào)，N＞M，則第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)x_n(k)表示為：

式中，H_nm，l是第m個(gè)語音到第n個(gè)麥克風(fēng)、長(zhǎng)度為l的房間沖激響應(yīng)，且n＝1,…,N，l＝1,…,L；L為房間沖激響應(yīng)的長(zhǎng)度；s_m(k)是第m個(gè)語音信號(hào)，v_n(k)是第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的噪聲；k表示離散時(shí)間；

步驟2、對(duì)第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)x_n(k)進(jìn)行分幀加窗處理，得第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的加窗信號(hào)x_nw(k)；下標(biāo)w表示加窗處理；

步驟3、對(duì)第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的加窗信號(hào)x_nw(k)進(jìn)行第i個(gè)頻率點(diǎn)的傅里葉變換，得x_nw(ω_i,k)：

式中，s_m(ω_i,k)和v_n(ω_i,k)分別是s_m(k)、v_n(k)所對(duì)應(yīng)的第k幀信號(hào)短時(shí)譜；

步驟4、基于維納濾波的方法獲得的輸出信號(hào)：

式中，W(ω_i)是第i個(gè)頻率點(diǎn)的維納濾波器的系數(shù)，是在維納濾波輸出信號(hào)的第i個(gè)頻率帶中的第k幀信號(hào)，i∈[1,I],I表示離散頻率點(diǎn)的總數(shù)，為整數(shù)；v_n(ω_i,k)也即在第n個(gè)麥克風(fēng)接收信號(hào)的第i個(gè)頻率帶中的第k幀噪聲信號(hào)；

步驟5、通過基于維納濾波的LCMV波束形成方法獲得麥克風(fēng)陣列波束形成器的輸出信號(hào)其中W_n,opt(ω)是第n個(gè)麥克風(fēng)陣列響應(yīng)的最優(yōu)權(quán)向量，是第n個(gè)麥克風(fēng)接收的信號(hào)在整個(gè)頻率帶中的維納濾波輸出信號(hào)。

優(yōu)選，步驟2中的窗函數(shù)采用漢明窗函數(shù)w(k)，且w(k)＝0.5(1-cos(2πk))。

優(yōu)選，步驟3中的傅里葉變換為短時(shí)傅里葉變換：通過在I個(gè)均等間隔的頻率點(diǎn)上對(duì)頻率變量ω進(jìn)行采樣，即ω_i＝2πi/I，得到一個(gè)短時(shí)傅里葉變換其中q是漢明窗移動(dòng)的長(zhǎng)度。

優(yōu)選，步驟4中，維納濾波器系數(shù)W(ω_i)的確定方法為：

式中，Φ_ss(ω_i)為目標(biāo)語音信號(hào)在第i個(gè)頻率點(diǎn)的自功率譜，Φ_xx(ω_i)為麥克風(fēng)接收信號(hào)在第i個(gè)頻率點(diǎn)的自功率譜。

優(yōu)選，混響環(huán)境下維納濾波的LCMV分頻波束形成方法中麥克風(fēng)陣列響應(yīng)的最優(yōu)權(quán)向量獲取步驟如下：

1)計(jì)算麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)的自功率譜Φ_xx(ω)和維納濾波器系數(shù)W(ω_i)，得到維納濾波器輸出

2)將室內(nèi)環(huán)境下的干擾抑制作為約束條件，則波束形成器分頻帶響應(yīng)約束條件為：

式中，_C^N表示N維復(fù)數(shù)域；是頻率響應(yīng)權(quán)向量；(·)^*T表示共軛轉(zhuǎn)置；是高頻段頻率響應(yīng)權(quán)向量，上標(biāo)lcmv1表示低頻段的LCMV波束形成方法，是高頻段頻率響應(yīng)權(quán)向量，上標(biāo)lcmv2表示高頻段LCMV波束形成方法，是麥克風(fēng)陣列接收到的信號(hào)的自功率譜，H_1n,l表示目標(biāo)語音信號(hào)方向的第n個(gè)麥克風(fēng)、長(zhǎng)度為l的房間沖激響應(yīng)向量；H_nm,l表示第m個(gè)語音信號(hào)方向的第n個(gè)麥克風(fēng)、長(zhǎng)度為l的房間沖激響應(yīng)向量；G_D1(ω)為從目標(biāo)語音信號(hào)點(diǎn)到線陣參考點(diǎn)麥克風(fēng)的波束形成器輸出的直達(dá)路徑低頻響應(yīng)函數(shù)，下標(biāo)D1表示目標(biāo)語音信號(hào)低頻段；G_D2(ω)為從目標(biāo)語音信號(hào)點(diǎn)到線陣參考點(diǎn)麥克風(fēng)的波束形成器輸出的直達(dá)路徑高頻響應(yīng)，下標(biāo)D2表示目標(biāo)語音信號(hào)高頻段；

3)根據(jù)LCMV準(zhǔn)則，通過維納濾波器輸出語音信號(hào)的頻域信息分別計(jì)算出高頻段和低頻段最優(yōu)權(quán)值，其中：

式中，維納濾波器輸出信號(hào)向量；是第n個(gè)麥克風(fēng)接收的信號(hào)在整個(gè)頻率帶中的維納濾波輸出信號(hào)；H是房間沖激響應(yīng)向量，H＝[H_1n,l,H_mn,l]，則基于分頻維納濾波器的LCMV波束形成的最優(yōu)權(quán)向量W_n，opt(ω)為：

式中，α是矩陣加權(quán)系數(shù)，是正常數(shù)。

優(yōu)選，設(shè)實(shí)際環(huán)境中接收信號(hào)的頻率范圍是(ω_min，ω_max)，ω₀是ω_min和ω_max的平均值，則高頻和低頻的劃分方法為：當(dāng)ω＞ω₀為高頻段，當(dāng)ω≤ω₀為低頻段。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明首先通過從空域?yàn)V波角度出發(fā)將自由場(chǎng)推廣到混響場(chǎng)，對(duì)麥克風(fēng)陣列接收到的信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，得到具有空域信息和頻域信息的麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)，然后將接收到的麥克風(fēng)陣列信號(hào)輸入到各個(gè)通道維納濾波器中進(jìn)行頻域處理，最后通過維納濾波器輸出語音信號(hào)的頻域信息，使用麥克風(fēng)陣列線性約束最小方差(Linear constrained minimum variance,LCMV)波束形成方法并由拉格朗日乘子法分別計(jì)算高頻段和低頻段最優(yōu)權(quán)向量，從混響語音中分離出語音直達(dá)聲語音信號(hào)。本發(fā)明方法可有效抑制麥克風(fēng)陣列混響問題，是一種適用于任意陣列結(jié)構(gòu)的波束形成方法。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于全頻維納濾波器的線性約束最小方差波束形成的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明基于分頻維納濾波器的線性約束最小方差波束形成的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是消聲室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)布局設(shè)置；

圖4是目標(biāo)語音信號(hào)的示意圖；

圖5是麥克風(fēng)陣列通道1接收信號(hào)的示意圖；

圖6是全頻波束形成方法的效果圖；

圖7是本發(fā)明分頻去混響方法的效果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

如圖1-7所示，一種基于混響環(huán)境下麥克風(fēng)陣列波束形成方法，包括如下步驟：

步驟1、獲取麥克風(fēng)接收到的信號(hào)：

設(shè)在封閉的室內(nèi)環(huán)境下，由N個(gè)相同的全向性麥克風(fēng)組成均勻線陣，有M個(gè)語音信號(hào)，位置為r_m,m＝1,…,M，其中，目標(biāo)語音信號(hào)位置為r₁，其余位置的信號(hào)為干擾信號(hào)，N＞M，則第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)x_n(k)表示為：

式中，H_nm,l是第m個(gè)語音到第n個(gè)麥克風(fēng)、長(zhǎng)度為l的房間沖激響應(yīng)，且n＝1,…,N，l＝1,…,L；L為房間沖激響應(yīng)的長(zhǎng)度；s_m(k)是第m個(gè)語音信號(hào)，v_n(k)是第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的噪聲；k表示離散時(shí)間。

步驟2、對(duì)第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)x_n(k)進(jìn)行分幀加窗處理，得第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的加窗信號(hào)x_nw(k)；下標(biāo)w表示加窗處理，窗函數(shù)可以采用漢明窗函數(shù)w(k)，且w(k)＝0.5(1-cos(2πk))。

步驟3、對(duì)第n個(gè)麥克風(fēng)接收到的加窗信號(hào)x_nw(k)進(jìn)行第i個(gè)頻率點(diǎn)的傅里葉變換，得x_nw(ω_i,k)：

式中，s_m(ω_i,k)和v_n(ω_i,k)分別是s_m(k)、v_n(k)所對(duì)應(yīng)的第k幀信號(hào)短時(shí)譜。

步驟3中的傅里葉變換為短時(shí)傅里葉變換：本發(fā)明通過在I個(gè)均等間隔的頻率點(diǎn)上對(duì)頻率變量ω進(jìn)行采樣，即ω_i＝2πi/I，得到一個(gè)短時(shí)傅里葉變換其中q是漢明窗移動(dòng)的長(zhǎng)度。

步驟4、基于維納濾波的方法獲得的輸出信號(hào)

式中，W(ω_i)是第i個(gè)頻率點(diǎn)的維納濾波器的系數(shù)，是在維納濾波輸出信號(hào)的第i個(gè)頻率帶中的第k幀信號(hào)，i∈[1,I],I表示離散頻率點(diǎn)的總數(shù)，為整數(shù)；v_n(ω_i,k)也即在第n個(gè)麥克風(fēng)接收信號(hào)的第i個(gè)頻率帶中的第k幀噪聲信號(hào)。

維納濾波器系數(shù)W(ω_i)的確定方法為：

式中，Φ_ss(ω_i)為目標(biāo)語音信號(hào)在第i個(gè)頻率點(diǎn)的自功率譜，Φ_xx(ω_i)為麥克風(fēng)接收信號(hào)在第i個(gè)頻率點(diǎn)的自功率譜。

步驟5、通過基于維納濾波的LCMV波束形成方法獲得麥克風(fēng)陣列波束形成器的輸出信號(hào)其中W_n,opt(ω)是第n個(gè)麥克風(fēng)陣列響應(yīng)的最優(yōu)權(quán)向量，是第n個(gè)麥克風(fēng)接收的信號(hào)在整個(gè)頻率帶中的維納濾波輸出信號(hào)。

在封閉環(huán)境內(nèi)，麥克風(fēng)陣列采集到的語音信號(hào)不僅僅包含直達(dá)路徑傳播的信號(hào)，而且包含了由于房間反射而產(chǎn)生的延遲衰減信號(hào)，這種多徑傳播效應(yīng)在接收信號(hào)中引入導(dǎo)致譜失真，稱為混響。

本發(fā)明對(duì)麥克風(fēng)陣列接收到的信號(hào)進(jìn)行分幀加窗的短時(shí)傅里葉變換之后，計(jì)算接收信號(hào)的自功率譜，由這些短時(shí)功率譜估計(jì)得到維納濾波器的系數(shù)，最后將接收到的麥克風(fēng)陣列信號(hào)輸入到各個(gè)通道維納濾波器中進(jìn)行頻域處理。

如圖1所示，基于維納濾波的LCMV全頻波束形成方法中麥克風(fēng)陣列響應(yīng)的最優(yōu)權(quán)向量獲取步驟如下：

1)計(jì)算麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)的自功率譜Φ_xx(ω)和維納濾波器系數(shù)W(ω_i)，得到維納濾波器輸出由維納濾波器理論可知，最佳濾波器系數(shù)W(ω_i)為：

Φ_xx(ω_i)＝E[|x(ω_i,k)|²]

Φ_vv(ω_i)＝E[|v(ω_i,k)|²]

Φ_ss(ω_i)＝Φ_xx(ω_i)-Φ_vv(ω_i)

式中，Φ_ss(ω_i)為目標(biāo)語音信號(hào)在第i個(gè)頻率點(diǎn)的自功率譜，Φ_xx(ω_i)為麥克風(fēng)接收信號(hào)在第i個(gè)頻率點(diǎn)的自功率譜，Φ_vv(ω_i)為噪聲信號(hào)在第i個(gè)頻率點(diǎn)的自功率譜，單通道接收的信號(hào)x(ω_i,k)，單通道接收的噪聲信號(hào)v(ω_i,k)。

2)將室內(nèi)環(huán)境下的干擾抑制作為約束條件：在麥克風(fēng)陣列各個(gè)通道信號(hào)經(jīng)過維納濾波器輸出增強(qiáng)信號(hào)這時(shí)各個(gè)通道內(nèi)的混響得到一定程度的衰減，為了滿足能夠在室內(nèi)達(dá)到干擾抑制和降噪的理想性能，則波束形成器全頻帶響應(yīng)應(yīng)滿足條件為：

式中，C^N表示N維復(fù)數(shù)域；表示頻率響應(yīng)權(quán)向量，上標(biāo)lcmv表示線性約束最小方差波束形成方法，下標(biāo)n表示第n個(gè)麥克風(fēng)；(·)^*T表示共軛轉(zhuǎn)置；是麥克風(fēng)陣列接收到的信號(hào)的自功率譜，H是房間沖激響應(yīng)向量，H＝[H_1n,l,H_nm,l]^T，H_1n,l表示目標(biāo)語音信號(hào)方向的第n個(gè)麥克風(fēng)、長(zhǎng)度為l的房間沖激響應(yīng)向量，H_nm，l表示第m個(gè)語音信號(hào)方向的第n個(gè)麥克風(fēng)、長(zhǎng)度為l的房間沖激響應(yīng)向量；G(ω)表示從目標(biāo)語音信號(hào)點(diǎn)到線陣參考點(diǎn)麥克風(fēng)的波束形成器輸出的直達(dá)路徑傳遞函數(shù)，且G(ω)＝[G_D(ω)0]^T，標(biāo)D表示目標(biāo)語音信號(hào)；v_n(ω)表示第n個(gè)麥克風(fēng)接收信號(hào)的噪聲向量；需要說明的是奇數(shù)個(gè)麥克風(fēng)線陣的參考點(diǎn)取為中間的麥克風(fēng)，偶數(shù)個(gè)麥克風(fēng)取為最內(nèi)的兩個(gè)麥克風(fēng)的連線的中垂線；

3)求解最優(yōu)權(quán)向量為：

式中，是麥克風(fēng)陣列接收到的信號(hào)的自功率譜的矩陣求逆運(yùn)算。

基于維納濾波的LCMV全頻波束形成方法抑制混響影響的效果較差，主要是由于該方法沒有考慮不同頻率的語音信號(hào)產(chǎn)生混響的差異性，因此本發(fā)明方法充分考慮不同頻率語音信號(hào)產(chǎn)生混響的差異性，給出了一種改進(jìn)的基于分頻維納濾波器的LCMV波束形成結(jié)構(gòu)，如圖2所示。按圖2，本發(fā)明方法優(yōu)化波束形成器權(quán)向量步驟如下：

1)計(jì)算麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)的自功率譜Φ_xx(ω)和維納濾波器系數(shù)W(ω_i)，得到維納濾波器輸出

2)將室內(nèi)環(huán)境下的干擾抑制作為約束條件，則本發(fā)明方法給出的波束形成器分頻帶響應(yīng)約束條件為：

式中，C^N表示N維復(fù)數(shù)域；是頻率響應(yīng)權(quán)向量；是高頻段頻率響應(yīng)權(quán)向量，上標(biāo)lcmv1表示低頻段的LCMV波束形成方法，是高頻段頻率響應(yīng)權(quán)向量，上標(biāo)lcmv2表示高頻段LCMV波束形成方法，是麥克風(fēng)陣列接收到的信號(hào)的自功率譜，H_1nl表示目標(biāo)語音信號(hào)方向的第n個(gè)麥克風(fēng)、長(zhǎng)度為l的房間沖激響應(yīng)向量；H_nm,l表示第m個(gè)語音信號(hào)方向的第n個(gè)麥克風(fēng)、長(zhǎng)度為l的房間沖激響應(yīng)向量；G_D1(ω)為從目標(biāo)語音信號(hào)點(diǎn)到線陣參考點(diǎn)麥克風(fēng)的波束形成器輸出的直達(dá)路徑低頻響應(yīng)函數(shù)，下標(biāo)D1表示目標(biāo)語音信號(hào)低頻段；G_D2(ω)為從目標(biāo)語音信號(hào)點(diǎn)到線陣參考點(diǎn)麥克風(fēng)的波束形成器輸出的直達(dá)路徑高頻響應(yīng)，下標(biāo)D2表示目標(biāo)語音信號(hào)高頻段；需說明：高頻段和低頻段可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分頻，因?yàn)閷?shí)際環(huán)境中接收信號(hào)的頻率范圍可以通過分析得到頻率分布在一定范圍內(nèi)，本發(fā)明采用分頻方法如下：設(shè)實(shí)際環(huán)境中接收信號(hào)的頻率范圍是(ω_min，ω_max)，ω₀是ω_min和ω_max的平均值，即ω₀＝(ω_min+ω_max)/2，當(dāng)ω＞ω₀為高頻段，當(dāng)ω≤ω₀為低頻段；

3)根據(jù)LCMV準(zhǔn)則，通過維納濾波器輸出語音信號(hào)的頻域信息分別計(jì)算出高頻段和低頻段最優(yōu)權(quán)值，其中：

式中，維納濾波器輸出信號(hào)向量；是第n個(gè)麥克風(fēng)接收的信號(hào)在整個(gè)頻率帶中的維納濾波輸出信號(hào)；H是房間沖激響應(yīng)向量，H＝[H_1n,l,H_mn,l]，這時(shí)基于分頻維納濾波器的LCMV波束形成的最優(yōu)權(quán)向量W_n,opt(ω)為：

式中，α是矩陣加權(quán)系數(shù)，是正常數(shù)。

本發(fā)明性能評(píng)價(jià)如下：采用分段信噪比(SNRseg)和語音質(zhì)量評(píng)估(Perceptual evaluation of speech quality,PESQ)，用于評(píng)估語音去混響的性能。

分段信噪比定義為

式中，s(k)是第k個(gè)時(shí)間幀無混響的直達(dá)目標(biāo)語音信號(hào)，分別是第k個(gè)時(shí)間幀增強(qiáng)的目標(biāo)語音信號(hào)。

對(duì)于PESQ分?jǐn)?shù)，它是由ITU-T為3.2GHz的手機(jī)電話和窄帶語音編解碼器(ITU，2000,2003)的語音質(zhì)量評(píng)估的建議，它是由平均干擾值D_ind和平均的線性組合獲得的對(duì)稱干擾值A(chǔ)_ind，則PESQ定義為：

PESQ＝4.5-0.1D_ind-0.0309A_ind

本發(fā)明的效果可以通過以下實(shí)施例來說明：

實(shí)驗(yàn)環(huán)境的布局設(shè)置如圖3所示，采用了一個(gè)由7個(gè)全向麥克風(fēng)組成的線陣，其位置分別為(2.0,3.0,1.4)，(2.1,3.0,1.4)，(2.2,3.0,1.4)，(2.3,3.0,1.4)，(2.4,3.0,1.4)，(2.5,3.0,1.4)，(2.6,3.0,1.4)(坐標(biāo)值的測(cè)量單位是米，m)；為了模擬目標(biāo)語音，在位置(3.7,2.0,1.4)m處放置一個(gè)人工嘴，播放一段事先錄制好的男聲語音信號(hào)，如圖3中所示的單個(gè)目標(biāo)語音信號(hào)。

本發(fā)明的含混響語音是通過消聲室中測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)方向目標(biāo)語音和實(shí)際會(huì)場(chǎng)測(cè)得房間脈沖響應(yīng)做卷積得到混響信號(hào)，采樣率為8kHz，實(shí)際會(huì)場(chǎng)總的混響時(shí)間為2s。將待處理的含混響語音信號(hào)分幀變成頻域，通過維納濾波器得到高低頻段語音信號(hào)；然后再將高低頻段的語音信號(hào)輸入到LCMV濾波器中進(jìn)行分頻段去混響。圖5是麥克風(fēng)陣列通道1接收含混響的語音信號(hào)。

實(shí)施例結(jié)果，如圖4-7所示：

從圖5和圖4的波形時(shí)域圖對(duì)比可以看出混響信號(hào)比原先干凈信號(hào)多出了很多部分，根據(jù)混響的定義多出的部分是疊加在原始干凈語音信號(hào)上的混響部分。圖6是全頻帶方法處理的效果，比較圖7是本發(fā)明分頻方法處理后的效果，波形時(shí)域圖的波峰波谷和原始干凈語音信號(hào)相比更加明顯，可以明顯的看出去混響的效果。

從圖5和圖4的語譜圖對(duì)比可以看出，圖5含混響語譜圖的深色重疊區(qū)域較多，特別是低頻部分前后覆蓋嚴(yán)重不利于語音識(shí)別應(yīng)用。圖6是全頻帶方法處理的語譜圖，比較圖7是本發(fā)明分頻去混響效果的語譜圖，相較于圖5顏色變淺，能量降低，且與圖3原始語音信號(hào)的語譜圖相似度較高，代表著去混響的效果比較好。

下面采用兩個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即分段信噪比和語音質(zhì)量評(píng)估，來定量的評(píng)價(jià)目標(biāo)語音去混響的性能，如表1所示。

表1分頻和全頻方法去混響性能對(duì)比表

從表1中可以得出，分頻去混響比全頻去混響的分段信噪比提高3.2dB；語音質(zhì)量評(píng)估的得分兩者相當(dāng)，但是對(duì)比含混響目標(biāo)語音分?jǐn)?shù)提高了0.2左右。這個(gè)表明本發(fā)明方法的效性。

本發(fā)明首先通過從空域?yàn)V波角度出發(fā)將自由場(chǎng)推廣到混響場(chǎng)，對(duì)麥克風(fēng)陣列接收到的信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，得到具有空域信息和頻域信息的麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)，然后將接收到的麥克風(fēng)陣列信號(hào)輸入到各個(gè)通道維納濾波器中進(jìn)行頻域處理，最后通過維納濾波器輸出語音信號(hào)的頻域信息使用麥克風(fēng)陣列線性約束最小方差波束形成方法(LCMV)并由拉格朗日乘子法分別計(jì)算高頻段和低頻段最優(yōu)權(quán)向量，從混響語音中分離出語音直達(dá)聲語音信號(hào)?？捎行б种汽溈孙L(fēng)陣列混響問題，是一種適用于任意陣列結(jié)構(gòu)的波束形成方法。

本發(fā)明方法基于每個(gè)頻段上混響時(shí)間不同的特性，在麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)的各個(gè)通道維納濾波器中進(jìn)行分頻處理，將波束形成方法應(yīng)用到高低頻域的子帶中，提高了去混響的精度。實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明方法去混響效果更加有效。本發(fā)明方法可廣泛應(yīng)用于多通道語音增強(qiáng)、人機(jī)語音交互系統(tǒng)、助聽器、車載免提語音通信、遠(yuǎn)程電視會(huì)議系統(tǒng)以及機(jī)器人聽覺等諸多領(lǐng)域。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。