麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)的若干方法研究.pdf

1、本文以陣列處理和自適應(yīng)處理作為信號處理的主要工具，以全帶波束形成與子帶波束形成、遠(yuǎn)場波束形成與近場波束形成、傳統(tǒng)波束形成與盲波束形成等幾個方面為主線，對麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法進(jìn)行深入研究。此外，從理論上分析了麥克風(fēng)陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)系統(tǒng)性能的影響。 主要研究成果包括： (1)全帶波束形成與單通道語音增強(qiáng)相結(jié)合方法研究?？紤]到空時濾波和譜減法的各自優(yōu)勢，提出一種聯(lián)合波束形成與譜減法的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法。該

2、方法采用子陣代替單個麥克風(fēng)組成嵌套麥克風(fēng)陣列，提高了陣列的空間濾波能力；采用譜減法對波束形成輸出端的殘留噪聲進(jìn)行抑制，進(jìn)一步提高了語音信號質(zhì)量。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有良好的噪聲抑制性能。 (2)基于子帶自適應(yīng)波束形成的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法研究?？紤]到全帶自適應(yīng)波束形成具有較慢的收斂速度和較高的計(jì)算復(fù)雜度，本文提出一種基于過采樣余弦調(diào)制濾波器組的子帶自適應(yīng)波束形成語音增強(qiáng)方法。該方法針對其在噪聲與混響環(huán)境下存在的語音信號抵

3、消現(xiàn)象，采用歸一化泄漏LMS算法產(chǎn)生噪聲參考信號，并用子帶平均相干函數(shù)來約束子帶自適應(yīng)波束形成器系數(shù)的更新過程；同時，采用改進(jìn)的后置濾波器抑制殘留噪聲。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，子帶自適應(yīng)波束形成麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法改善了自適應(yīng)波束形成的收斂速度，且具有較好的噪聲抑制效果。 (3)基于近場波束形成的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法研究。當(dāng)聲源位于陣列近場時，陣列所有的入射波為球面波而非平面波，此時如果采用遠(yuǎn)場波束形成方法來增強(qiáng)近場語音信號，那么

4、麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)系統(tǒng)的性能就會下降。為此，利用近場球面波的波前彎曲率，提出了基于近場固定波束形成器和近場優(yōu)化波束形成器的兩種近場波束形成麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，近場波束形成語音增強(qiáng)方法改善了近場聲學(xué)環(huán)境下的語音信號質(zhì)量。 (4)基于盲波束形成的麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法研究。大多數(shù)麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法以傳統(tǒng)波束形成方法為基礎(chǔ)，需要期望語音信號波達(dá)方向與陣列幾何結(jié)構(gòu)等先驗(yàn)知識。但在實(shí)際復(fù)雜的聲學(xué)環(huán)境下，波達(dá)方向的準(zhǔn)確

5、估計(jì)具有一定困難。為此，分別提出了基于高階累積量和基于盲源分離的兩種盲波束形成麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法。仿真結(jié)果表明，在語音信號波達(dá)方向未知的情況下，盲波束形成麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)方法具有較好的噪聲抑制能力。 (5)陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)系統(tǒng)性能影響的研究。根據(jù)陣列信號處理理論，麥克風(fēng)空間擺放對麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)性能具有一定的影響。與語音增強(qiáng)算法本身相比，有關(guān)麥克風(fēng)陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面的研究相對較少。因此，以陣列波束形成性能、