[发明专利]一种超声波辅助麦克风阵列语音增强装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种语音信号处理，尤其是涉及一种超声波辅助麦克风阵列语音增强装置。

背景技术

在语音识别、声纹识别、视频会议等语音采集处理系统中，由于受到混响和背景噪声干扰，麦克风接收到的信号通常为带噪语音。这样不仅影响语音的可懂度，而且影响语音处理系统的整体性能。因此需要对带噪语音进行增强处理。在复杂的声学环境下，单麦克风语音增强已无法满足需求。

麦克风阵列可对不同方向上的信号形成不同响应，也即阵列的空间指向特性。当语音和周围环境信息被多个麦克风聚集时，麦克风阵列可以在期望的方向上有效地形成一个波束去拾取波束内的信号，并消除波束外的噪声，从而达到同时提取声源和抑制噪声的目的。传统波束形成就是通过时间延迟补偿，使注视方向与所需加强的语音信号的方向一致，由此实现对其它方向上干扰噪声的消除，从而取得明显的消噪效果。

利用麦克风阵列进行语音增强，是通过阵列在期望声源方向形成波束来实现的，因此，获取声源的位置或者方位是麦克风阵列语音增强技术的前提条件。基于麦克风阵列的声源定位和语音增强技术是密切相关的，位置估计是进行波束形成的依据，是麦克风阵列语音增强的基础，也直接影响其语音增强性能。

常用的麦克风阵列定位技术在实际应用中存在种种问题，严重制约麦克风阵列语音增强算法的性能。如基于到达时间差(time difference of arrival,TDOA)的定位技术在室内严重混响条件下精度严重下降；基于高分辨率谱估计的定位方法由于需要在全空间进行解搜索运算量极大，且其处理方向性干扰的效果不佳。同时，由于需要先进行声源定位运算，然后再进行麦克风阵列语音增强处理，当声源处于运动状态时，采用声源定位算法进行麦克风阵列语音增强的传统处理方法将导致声源定位滞后，从而造成语音增强效果不理想。

如麦克风阵列语音增强中常用的“广义旁瓣对消器”（GSC,Generalized sidelobe canceller）（参见文献：L.J.Griffiths,C.W.Jim.An alternative approach to linearly constrained adaptive beamforming.IEEE Transactions on Antennas and Propagation.January，1982,30,27-34）利用一个对准声源方向的固定波束通路和具有阻塞矩阵和对消器的自适应通路实现信号中的干扰抵消，但其使用前提是必须首先获取说话人的方位。

中国专利ZL 200510105526.7提出一种使用噪声降低的多通道自适应语音信号处理方法，该方法通过对GSC的固定波束通路增加一个自适应处理器改善信号通道的信噪比。但该方法仍然需要借助频域时延估计来补偿各通道时延，以使得波束对准声源方向，这使得该方法在室内混响条件影响时延估计精度的条件下性能将明显下降。

中国专利ZL 200510086876.3提出一种小尺度麦克风阵列语音增强系统和方法，该方法采用声源位置自适应处理通过调节麦克风阵列的指向性获得不同方向增益最大的接收信号，从而获取声源位置范围使信号增强方向对准声源。但该方法由于需要通过调节阵列指向来进行波束对准，使得方位信息的获取仍然存在一个滞后，对移动的声源同样无法获得实时方位信息。

中国专利ZL200410002739.2提出一种结合定位技术的麦克风阵列收音方法及其系统，通过结合麦克风阵列获取的声波信号和数码摄像机获取的目标声源画面来技术声源方位，由于还需借助图像搜索算法判断数码摄像机获得画面中目标音源的大小及方位来计算，系统定位处理的运算量大且性能将受光照条件等的影响。

中国专利201110142759.X提出一种麦克风阵列语音波束形成方法、语音信号处理装置及系统，采用先将各通道语音信号转换到频域，然后进行广义相关分析获取各通道相对时延，并据此进行各通道时延补偿、加权叠加。由于采用的仍然是各通道语音信号间的频域相关，在存在严重混响等条件时时延估计精度将显著下降，从而影响了时延补偿加权叠加语音增强的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波辅助麦克风阵列语音增强装置。