[发明专利]基于听觉感知特性的信号子空间麦克风阵列语音增强方法

权利要求书

1.一种基于听觉感知特性的信号子空间麦克风阵列语音增强方 法，包括下列步骤：

步骤a：通过麦克风阵列采集带噪声的多路语音信号，把各路带噪 语音信号进行时域对齐，使用短时离散傅里叶变换将对齐后的各路信号 表示成复数值的频率信号形式，计算麦克风阵列多路信号的功率谱矩阵 并对此功率谱矩阵进行特征值分解，得到特征值矩阵和特征向量矩阵；

步骤b：对功率谱矩阵的特征值矩阵进行假设检验，确定信号子空 间维度Q；

步骤c：在噪声子空间上，利用噪声子空间中的噪声功率谱要小于 信号子空间中的带噪信号功率谱的特点，通过条件概率求期望的方法估 计出噪声功率谱；

步骤d：利用噪声子空间维度P和噪声功率谱估计，根据人耳听觉 掩蔽效应，基于信号子空间估计得到各频点的听觉掩蔽阈值，噪声子空 间维度表示为：P＝L-Q，L是麦克风阵列中麦克风的个数；

步骤e：根据噪声功率谱、听觉掩蔽阈值，结合拉格朗日乘子估计 线性滤波器，实现基于听觉感知特性的信号子空间麦克风阵列语音增 强，所述结合拉格朗日乘子估计线性滤波器的步骤如下：

步骤e1：根据频域到特征值域的变换关系，把听觉掩蔽阈值映射到 特征值域上；

步骤e2：估计拉格朗日乘子，以使线性滤波后得到的残余噪声的功 率谱特征值小于特征值域上的听觉掩蔽阈值；

步骤e3：进一步设计出极小化语音畸变的一个线性滤波器H，使得 增强语音中的残余噪声小于人耳的听觉掩蔽阈值，从而消除残余噪声影 响，并使目标语音信号的畸变最小化。

2.如权利要求1所述的信号子空间麦克风阵列语音增强方法，其 特征在于，所述对功率谱矩阵进行特征值分解，包括：

设定带噪语音信号X为：X＝S+N，

那么，功率谱矩阵RX表示为：

RX=UΛXUH=U(ΛS+σN2I)UH]]>

其中，S为目标语音信号，N为噪声，R_X为带噪语音信号功率谱矩阵，Λ_X为特征值降序排列的带噪语音信号功率谱特征值矩阵，Λ_S为特征值降序 排列的目标语音信号功率谱特征值矩阵，U为特征向量矩阵，为白噪 声功率，I为L阶单位阵，[·]^H为共轭转置算子。

3.如权利要求1所述的信号子空间麦克风阵列语音增强方法，其 特征在于，所述假设检验是在原假设H₀：特征值矩阵Λ_X的后L-Q个特 征值全部相等成立的前提下，取最小的信号子空间维度Q值。