本發(fā)明涉及麥克風(fēng)陣列語音信號(hào)處理，尤其是涉及無直達(dá)聲條件下的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置。

背景技術(shù)：

通過將一組麥克風(fēng)按一定方式布置在空間不同位置上形成麥克風(fēng)陣列可獲得多通道語音信號(hào)的空間信息，從而形成麥克風(fēng)陣列空間指向特性，實(shí)現(xiàn)噪聲抑制和語音增增強(qiáng)，改善語音信號(hào)處理性能。當(dāng)前，麥克風(fēng)陣列已在人機(jī)交互、智能家居、指令識(shí)別等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。

現(xiàn)有麥克風(fēng)技術(shù)通常采用先獲取聲源方位，然后進(jìn)行針對(duì)性波束對(duì)準(zhǔn)、語音增強(qiáng)的處理方法，在說話人與麥克風(fēng)陣列間存在直達(dá)聲路徑的環(huán)境下，由于直達(dá)聲具有最高能量，聲源定位及后續(xù)語音增強(qiáng)可獲得較好的性能。

中國(guó)專利zl200510105526.7公開一種使用噪聲降低的多通道自適應(yīng)語音信號(hào)處理方法，該方法通過對(duì)gsc的固定波束通路增加一個(gè)自適應(yīng)處理器改善信號(hào)通道的信噪比。該方法借助頻域時(shí)延估計(jì)來補(bǔ)償各通道時(shí)延，以使得波束對(duì)準(zhǔn)聲源方向。該方法在獲取了聲源方向后，按照聲源方向通過阻塞矩陣形成參考噪聲通路，因此當(dāng)部分語音信號(hào)成分泄漏到參考噪聲通路時(shí)將影響gsc算法的語音增強(qiáng)性能。

但是，隨著麥克風(fēng)陣列技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在遠(yuǎn)場(chǎng)人機(jī)交互、語音跟蹤等環(huán)境下有大量說話人和麥克風(fēng)陣列間不存在直達(dá)聲的場(chǎng)景，此時(shí)，由于無法通過檢測(cè)能量最強(qiáng)的直達(dá)路徑來獲得聲源方位，常規(guī)麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)算法的性能受到嚴(yán)重影響。也制約了麥克風(fēng)陣列技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的推廣，因此，研究可工作于無直達(dá)聲條件的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置對(duì)于提高麥克風(fēng)陣列語音信號(hào)處理系統(tǒng)的穩(wěn)健性和實(shí)用性都具有重要意義。目前針對(duì)無直達(dá)聲條件的麥克風(fēng)陣列算法及技術(shù)研究還不多見。

s.kitic,b.bertin,r.gribonval,hearingbehindwalls:localizingsourcesintheroomnextdoorwithcosparsity,2014ieeeinternationalconferenceonacoustic,speechandsignalprocessing,(icassp)中提出了一種采用分析稀疏表示(cosparse)的處理方法實(shí)現(xiàn)無直達(dá)聲條件下的語音增強(qiáng)，該方法基于波動(dòng)方程在存在及無聲源條件下的不同稀疏建模進(jìn)行匹配獲取聲源位置，運(yùn)算復(fù)雜度高且需要滿足一定的理想聲場(chǎng)假設(shè)，隨可通過理想條件下的數(shù)值計(jì)算初步驗(yàn)證該方法可行性，其性能還有待實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

對(duì)于大量實(shí)際人機(jī)遠(yuǎn)場(chǎng)交互、智能家居、語音跟蹤領(lǐng)域不同建筑結(jié)構(gòu)如門、過道、墻體阻擋造成的無直達(dá)聲存在的場(chǎng)合：一方面，由于無直達(dá)聲時(shí)傳統(tǒng)廣義互相關(guān)處理輸出的相關(guān)峰由大量微弱的反射分量相關(guān)峰組成，無法通過對(duì)相關(guān)峰的檢測(cè)獲得對(duì)應(yīng)聲源方向的正確到達(dá)時(shí)延差(timedifferenceofarrival,tdoa)，估計(jì)聲源位置；另一方面，由于只能接收經(jīng)過多次反射獲取的微弱語音信號(hào)，語音信號(hào)信噪低，嚴(yán)重影響了傳統(tǒng)陣列語音信號(hào)處理算法的性能。因此，在不存在直達(dá)聲條件下，傳統(tǒng)麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法性能明顯下降，需利用其他信息來保證麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的效果。

進(jìn)一步，在通過波束域互相關(guān)獲得2個(gè)反射聲方向后，可采用本領(lǐng)域通用的波束對(duì)準(zhǔn)算法進(jìn)行反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)處理，考慮到由于不存在直達(dá)聲，反射聲信號(hào)信噪比較低，本發(fā)明進(jìn)一步提出通過獲得的2個(gè)反射聲方向首先進(jìn)行波束成形對(duì)準(zhǔn)初步增強(qiáng)；由于波束對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)后的多個(gè)反射語音分量在相位上并不一致，無法直接進(jìn)行合并增強(qiáng)，本裝置將多個(gè)對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)后的反射語音輸入自適應(yīng)濾波器進(jìn)行反射聲增強(qiáng)處理并進(jìn)行合并輸出，從而輸出無直達(dá)聲條件下的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供無直達(dá)聲條件下的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置。

本發(fā)明設(shè)有麥克風(fēng)陣列、波束域綜合搜索模塊、反射方向估計(jì)模塊、反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊和自適應(yīng)增強(qiáng)模塊；所述麥克風(fēng)陣列設(shè)有若干個(gè)定位麥克風(fēng)和1個(gè)參考麥克風(fēng)；所述麥克風(fēng)陣列為5元圓形麥克風(fēng)陣列，其中分布在圓周的4個(gè)定位麥克風(fēng)陣元用于進(jìn)行語音信號(hào)多通道采集，位于圓心的參考麥克風(fēng)用于獲取參考信號(hào)經(jīng)前置放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)線輸出至波束域綜合搜索模塊，麥克風(fēng)陣列中4個(gè)圓周定位麥克風(fēng)采集的語音信號(hào)經(jīng)前置放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)線分別輸入波束域綜合搜索模塊和反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊；

所述波束域綜合搜索模塊對(duì)無直達(dá)聲情況下接收到的微弱語音信號(hào)分別對(duì)準(zhǔn)各個(gè)假設(shè)反射角度并采用波束成形方法進(jìn)行波束成形，獲取波束成形輸出，對(duì)各個(gè)假設(shè)反射角度對(duì)應(yīng)的波束成形輸出一方面計(jì)算能量并輸出能量結(jié)果，另一方面與參考麥克風(fēng)獲得的參考語音進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算輸出互相關(guān)結(jié)果，形成兩路輸出并送入反射方向估計(jì)模塊；

所述反射方向估計(jì)模塊根據(jù)波束域綜合搜索模塊輸出的各假設(shè)反射角度對(duì)應(yīng)能量結(jié)果、互相關(guān)結(jié)果進(jìn)行綜合比較判決，挑選出能量、互相關(guān)最優(yōu)的前兩個(gè)反射角度并輸出至反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊；

反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊根據(jù)反射方向估計(jì)模塊輸出的兩個(gè)反射角度分別對(duì)麥克風(fēng)陣列中4個(gè)圓周麥克風(fēng)采集的語音信號(hào)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)，通過波束成形算法進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)處理，并輸出對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)反射角度波束成形獲得的對(duì)應(yīng)波形信號(hào)，形成兩路輸出送入自適應(yīng)增強(qiáng)模塊；

自適應(yīng)增強(qiáng)模塊根據(jù)反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊輸出的兩路波束成形信號(hào)分別作為自適應(yīng)迭代的輸入信號(hào)和訓(xùn)練信號(hào)自適應(yīng)增強(qiáng)進(jìn)行自適應(yīng)噪聲對(duì)消處理，并輸出增強(qiáng)語音信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)語音增強(qiáng)功能的步驟包括：麥克風(fēng)陣列、波束域綜合搜索、反射方向估計(jì)、反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)、自適應(yīng)增強(qiáng)步驟。

波束域綜合搜索步驟對(duì)接收到麥克風(fēng)陣列信號(hào)分別進(jìn)行波束對(duì)準(zhǔn)掃描，獲取每個(gè)反射角度對(duì)應(yīng)的波束能量和波束信號(hào)與參考信號(hào)互相關(guān)輸出；反射方向估計(jì)步驟根據(jù)每個(gè)反射角度對(duì)應(yīng)的波束能量及波束信號(hào)與參考信號(hào)互相關(guān)輸出進(jìn)行反射角度搜索，獲得能量、互相關(guān)最優(yōu)的2個(gè)反射方向；反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)步驟對(duì)反射方向估計(jì)步驟獲得的2個(gè)反射方向進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)波束成形，獲得初步增強(qiáng)語音；自適應(yīng)增強(qiáng)步驟對(duì)反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)步驟獲得的對(duì)應(yīng)2個(gè)反射方向的2路初步增強(qiáng)語音進(jìn)行自適應(yīng)迭代增強(qiáng)，最后輸出增強(qiáng)語音。

本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)單方便、可適應(yīng)無直達(dá)聲條件的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置。針對(duì)人機(jī)交互、遠(yuǎn)場(chǎng)識(shí)別、智能家居等領(lǐng)域存在無直達(dá)聲條件下麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的困難，本發(fā)明提出首先結(jié)合參考麥克風(fēng)的引入采用技術(shù)成熟、使用方便的波束域綜合搜索方法根據(jù)波束能量、波束信號(hào)與參考信號(hào)互相關(guān)來綜合判決獲得兩路反射語音角度，進(jìn)一步考慮到無直達(dá)聲條件下反射語音信噪比低，采用自適應(yīng)增強(qiáng)處理對(duì)兩路反射語音進(jìn)行迭代增強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)無直達(dá)聲條件下的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)無直達(dá)聲條件下麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的具體思路為：首先對(duì)接收的麥克風(fēng)陣列語音信號(hào)進(jìn)行波束域掃描，獲取各個(gè)假設(shè)反射角度對(duì)應(yīng)的波束信號(hào)，并分別計(jì)算波束能量，及波束信號(hào)與引入的參考信號(hào)之間的互相關(guān)；通過對(duì)各個(gè)反射角度對(duì)應(yīng)輸出的波束能量、波束信號(hào)與參考信號(hào)互相關(guān)進(jìn)行搜索獲得2個(gè)反射方向；獲得2個(gè)反射方向后進(jìn)行自適應(yīng)增強(qiáng)處理實(shí)現(xiàn)無直達(dá)聲條件下的語音增強(qiáng)。

基于上述考慮，本發(fā)明首先提出波束域互相關(guān)處理方法獲取反射聲方向：通過在麥克風(fēng)陣列幾何中心位置增加一個(gè)參考麥克風(fēng)，并建立不同來波方向條件下其他麥克風(fēng)相對(duì)參考麥克風(fēng)的到達(dá)時(shí)延差(tdoa)關(guān)系，并利用其他麥克風(fēng)獲取的語音信號(hào)通過逐一設(shè)定反射聲方向合成對(duì)應(yīng)的波束域參考信號(hào)，并獲得每一反射聲方向的波束能量；同時(shí)，通過引入的參考麥克風(fēng)，對(duì)波束信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)處理，可獲得每個(gè)設(shè)定來波方向?qū)?yīng)的互相關(guān)輸出；通過設(shè)定門限綜合對(duì)波束能量和互相關(guān)輸出進(jìn)行檢測(cè)，可從各設(shè)定方向波束成形獲得的能量、互相關(guān)輸出中根據(jù)波束能量、與參考信號(hào)互相關(guān)準(zhǔn)則檢測(cè)出兩個(gè)最優(yōu)反射聲方向。

由于本發(fā)明提出的無直達(dá)聲條件下麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置利用的是各來波方向合成語音與參考麥克風(fēng)接收信號(hào)在波束域存在的相關(guān)性進(jìn)行反射聲方向檢測(cè)，可有效避免不存在直達(dá)聲導(dǎo)致常規(guī)的信號(hào)域互相關(guān)處理性能下降的問題，結(jié)合獲取多個(gè)反射聲方向后進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)、自適應(yīng)迭代增強(qiáng)和合并輸出，因而可適用于無直達(dá)聲的惡劣條件下改善麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)性能。

與現(xiàn)有的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法相比，本發(fā)明提出的可適應(yīng)無直達(dá)聲條件下麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置的突出優(yōu)點(diǎn)在于：由于引入?yún)⒖见溈孙L(fēng)信號(hào)，采用波束掃描結(jié)合波束能量、波束信號(hào)與參考信號(hào)互相關(guān)進(jìn)行判決提高無直達(dá)聲條件下的反射角估計(jì)性能；進(jìn)一步，在波束域能量、互相關(guān)搜索獲得2個(gè)反射方向后，考慮到非直達(dá)聲信號(hào)信噪比低，本發(fā)明采用對(duì)2路反射信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)增強(qiáng)處理處理輸出最終的增強(qiáng)語音。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的5元麥克風(fēng)陣列及其與微處理器連接電路圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的波束域綜合搜索時(shí)延補(bǔ)償波束成形原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特征、優(yōu)點(diǎn)更加明顯易懂，以下以本發(fā)明可適應(yīng)強(qiáng)烈背景噪聲的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置實(shí)施例并結(jié)合附圖具體說明如下：

參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有麥克風(fēng)陣列1、波束域綜合搜索模塊2、反射方向估計(jì)模塊3、反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊4和自適應(yīng)增強(qiáng)模塊5；所述麥克風(fēng)陣列1設(shè)有若干個(gè)定位麥克風(fēng)11和1個(gè)參考麥克風(fēng)12；所述麥克風(fēng)陣列1為5元圓形麥克風(fēng)陣列，其中分布在圓周的4個(gè)定位麥克風(fēng)陣元用于進(jìn)行語音信號(hào)多通道采集，位于圓心的參考麥克風(fēng)12用于獲取參考信號(hào)經(jīng)前置放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)線輸出至波束域綜合搜索模塊2，麥克風(fēng)陣列1中4個(gè)圓周定位麥克風(fēng)11采集的語音信號(hào)經(jīng)前置放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù)線分別輸入波束域綜合搜索模塊2和反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊4。

所述波束域綜合搜索模塊2對(duì)無直達(dá)聲情況下接收到的微弱語音信號(hào)分別對(duì)準(zhǔn)各個(gè)假設(shè)反射角度并采用波束成形方法進(jìn)行波束成形，獲取波束成形輸出，對(duì)各個(gè)假設(shè)反射角度對(duì)應(yīng)的波束成形輸出一方面計(jì)算能量并輸出能量結(jié)果，另一方面與參考麥克風(fēng)12獲得的參考語音進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算輸出互相關(guān)結(jié)果，形成兩路輸出并送入反射方向估計(jì)模塊3；

所述反射方向估計(jì)模塊3根據(jù)波束域綜合搜索模塊2輸出的各假設(shè)反射角度對(duì)應(yīng)能量結(jié)果、互相關(guān)結(jié)果進(jìn)行綜合比較判決，挑選出能量、互相關(guān)最優(yōu)的前兩個(gè)反射角度并輸出至反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊4；

反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊4根據(jù)反射方向估計(jì)模塊3輸出的兩個(gè)反射角度分別對(duì)麥克風(fēng)陣列1中4個(gè)圓周麥克風(fēng)采集的語音信號(hào)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)，通過波束成形算法進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)處理，并輸出對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)反射角度波束成形獲得的對(duì)應(yīng)波形信號(hào)，形成兩路輸出送入自適應(yīng)增強(qiáng)模塊5；自適應(yīng)增強(qiáng)模塊5根據(jù)反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊4輸出的兩路波束成形信號(hào)分別作為自適應(yīng)迭代的輸入信號(hào)和訓(xùn)練信號(hào)自適應(yīng)增強(qiáng)進(jìn)行自適應(yīng)噪聲對(duì)消處理，并輸出增強(qiáng)語音信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例中麥克風(fēng)陣列由4個(gè)圓周上等間隔排列的麥克風(fēng)(m1，m2，…m4)和位于圓心的參考麥克風(fēng)m0組成圓陣，圓形陣列中4個(gè)圓周麥克風(fēng)采集的語音信號(hào)在波束域綜合搜索中分別對(duì)準(zhǔn)各個(gè)反射方向進(jìn)行波束成形，并分別計(jì)算波束能量，及波束信號(hào)與參考麥克風(fēng)信號(hào)的互相關(guān)以進(jìn)行反射方向估計(jì)。

具體地，4個(gè)圓周麥克風(fēng)和1個(gè)圓心參考麥克風(fēng)均由體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好的壓強(qiáng)式駐極體麥克風(fēng)mic0,…,mic4，njm2100運(yùn)算放大器芯片構(gòu)成的前置放大電路及max118模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成，在本實(shí)施例中圓形麥克風(fēng)陣列直徑d＝0.2m。

本實(shí)施例中波束域綜合搜索模塊、反射聲方向估計(jì)模塊、反射聲對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)模塊、自適應(yīng)增強(qiáng)模塊均屬于數(shù)字信號(hào)處理模塊，在本實(shí)施例中采用arm9s3c2440微處理器進(jìn)行軟件編程實(shí)現(xiàn)。

該麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置中5元麥克風(fēng)線陣與微處理器的連接方式為：5元麥克風(fēng)線陣中5個(gè)麥克風(fēng)輸出信號(hào)經(jīng)過圖2所示運(yùn)算放大器構(gòu)成的2級(jí)前置放大電路放大后輸入多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片max118，s3c2440微處理器通過io口gpb2,3,4控制max118的輸入通道端a1、a2、a3，通過定時(shí)器輸出腳tout0、tout1控制max118的讀出/寫入端口wr、rd進(jìn)行采樣頻率16ksps的模數(shù)轉(zhuǎn)換,通過數(shù)據(jù)線data0至data7進(jìn)行8bit模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果到s3c2440微處理器的傳送。

該麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置中多通道語音信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)入微處理器后，以軟件形式運(yùn)行的各數(shù)字信號(hào)處理模塊間的數(shù)據(jù)、控制流連接方式如圖3所示，具體說明如下。

波束域綜合搜索模塊通過波束能量和波束互相關(guān)兩種指標(biāo)綜合的方式進(jìn)行反射角度選擇：

首先是波束能量計(jì)算：通過對(duì)麥克風(fēng)陣列圓周4個(gè)麥克風(fēng)陣元各通道信號(hào)采用本領(lǐng)域通用的波束成形算法可以對(duì)各進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)增強(qiáng)獲得波束信號(hào)并計(jì)算能量。均勻圓陣波束成形原理結(jié)合圖3具體說明如下：在本發(fā)明實(shí)施例中，以圓形麥克風(fēng)作為坐標(biāo)原點(diǎn)建立極其坐標(biāo)系，則依次對(duì)準(zhǔn)假設(shè)的反射聲角度θj進(jìn)行如下時(shí)延補(bǔ)償波束形成公式為(如圖3所示)：

x'i(k)＝xi(k')；

k'＝k+round[di,j],i＝1,2,3,4；

其中：xi(k’)為時(shí)延調(diào)整前圓周麥克風(fēng)陣列第i通道的采樣信號(hào)，k'為時(shí)延調(diào)整前信號(hào)采樣點(diǎn)的時(shí)間刻度，i為圓陣中各圓周麥克風(fēng)通道的編號(hào)，i＝1,2,3,4；x’i(k)為波束成形算法時(shí)延調(diào)整后圓周麥克風(fēng)第i通道采樣信號(hào)，k為時(shí)延調(diào)整后信號(hào)采樣點(diǎn)的時(shí)間刻度；

j＝1,2,3,…,18代表360度范圍內(nèi)假設(shè)的反射聲角度搜索，本實(shí)施例中將360度范圍劃分為18個(gè)反射聲角度進(jìn)行搜索，則θj為第j個(gè)對(duì)應(yīng)角度θj＝20*j；θd為圓周麥克風(fēng)第1通道圓周麥克風(fēng)的固定方位角(本實(shí)施例中θd＝30度)；

di,j代表第i個(gè)圓周麥克風(fēng)在反射聲角度θj下相對(duì)中心麥克風(fēng)的時(shí)延值對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)；r為圓陣半徑，本實(shí)施例中r＝0.1m；c為空氣中的聲速(本實(shí)施例中取340m/s)；fs為麥克風(fēng)陣列語音信號(hào)的采樣頻率(單位為hz，在本實(shí)施例中取16000hz)；round()代表取整運(yùn)算。

則：在計(jì)算窗長(zhǎng)l內(nèi)(本實(shí)施例中l(wèi)＝500)對(duì)各圓周麥克風(fēng)接收的含噪語音對(duì)準(zhǔn)假定反射聲角度θj波束成形可獲得對(duì)應(yīng)的波束能量e(θj),j＝1，2，3,…，18。

其中：n為當(dāng)前采樣點(diǎn)，為對(duì)應(yīng)反射聲角度θj進(jìn)行波束成形獲得的波束信號(hào)。本實(shí)施例中，由于考慮不存在直達(dá)聲的情況，此時(shí)波束能量中信號(hào)能量往往已被混響、噪聲掩蓋。因此，本發(fā)明在進(jìn)行波束能量計(jì)算的同時(shí)，通過引入圓心麥克風(fēng)作為參考麥克風(fēng)通道，進(jìn)行波束信號(hào)與參考麥克風(fēng)信號(hào)的互相關(guān)計(jì)算。

對(duì)準(zhǔn)假定聲發(fā)射角度θj時(shí)，波束信號(hào)與參考麥克風(fēng)信號(hào)的互相關(guān)計(jì)算過程為：

其中：x0(k)為圓心麥克風(fēng)獲得的參考通道信號(hào)，l為互相關(guān)計(jì)算時(shí)波束信號(hào)與參考麥克風(fēng)信號(hào)之間的時(shí)延差，s為時(shí)延搜索范圍，本實(shí)施例中取為250。波束域綜合搜索模塊對(duì)每個(gè)假設(shè)的反射聲角度獲得的波束能量和互相關(guān)輸出進(jìn)行綜合判決，獲得2個(gè)從波束能量、互相關(guān)綜合考慮而言最優(yōu)的反射聲角度

并采用本領(lǐng)域通用的波束成形算法對(duì)反射聲角度進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)波束成形，獲得兩路反射聲信號(hào)考慮到本發(fā)明針對(duì)的是無直達(dá)聲條件，此時(shí)反射聲信號(hào)信噪比低，且不同反射路徑的聲信號(hào)因?yàn)橄辔徊煌瑹o法直接疊加進(jìn)行增強(qiáng)。本發(fā)明進(jìn)一步采用自適應(yīng)增強(qiáng)對(duì)波束域綜合搜索獲得的發(fā)射聲信號(hào)角度對(duì)應(yīng)的兩路反射信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，增強(qiáng)的具體過程如下：

本實(shí)施例中將對(duì)準(zhǔn)反射角度θn1獲得的波束信號(hào)作為自適應(yīng)增強(qiáng)的訓(xùn)練信號(hào)，對(duì)準(zhǔn)反射角度θn2獲得的波束信號(hào)作為輸入信號(hào)，則自適應(yīng)增強(qiáng)的目的是構(gòu)造一個(gè)m階的增強(qiáng)濾波器系數(shù)wθt＝[w1w2w3w4……wm]，通過自適應(yīng)算法(本實(shí)施例中m＝50，采用本領(lǐng)域通用的最小均方誤差lms自適應(yīng)算法)以訓(xùn)練信號(hào)作為目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行系數(shù)wθt的自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)，迭代學(xué)習(xí)的準(zhǔn)則是最小化誤差ek的均方：

wk+1＝wk+μ·ek·rk(1)

k＝1,2,...n

其中u為自適應(yīng)迭代的步長(zhǎng)因子，本實(shí)施例中取為0.002。經(jīng)過波束域綜合搜索獲得的兩路反射聲信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)增強(qiáng)處理后，反射聲信號(hào)中的語音信號(hào)得到增強(qiáng)，系統(tǒng)最后輸出增強(qiáng)輸出z(k)。

本發(fā)明公開的可適應(yīng)無直達(dá)聲條件的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)裝置最大的特點(diǎn)在于：通過引入位于圓心的參考麥克風(fēng)通道，綜合考慮波束能量、波束信號(hào)與參考通道信號(hào)互相關(guān)進(jìn)行反射聲角度綜合搜索；同時(shí)，考慮到無直達(dá)聲信號(hào)，通過檢測(cè)2路反射聲信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)增強(qiáng)克服了反射聲信號(hào)信噪比較低的問題。綜上，本發(fā)明克服了傳統(tǒng)麥克風(fēng)陣列增強(qiáng)方法在聲源定位、增強(qiáng)處理中需要依賴能量、信噪比較高的直達(dá)聲信號(hào)保證算法性能的缺點(diǎn)，從而可適應(yīng)無直達(dá)聲信號(hào)條件下的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)。