[发明专利]一种可抑制移动噪声的麦克风阵列语音增强装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种麦克风语音增强装置，尤其是涉及一种可抑制移动噪声的麦克风阵列语音增强装置。

背景技术

在众多语音相关应用领域，如舞台、远程会议、声纹识别、语音识别以及语音通信中，普遍用单个的孤立麦克风进行语音信号采集。但在实际使用环境中，麦克风可以拾取拾音范围内的任何声音，因此不可避免地引入背景噪音，从而影响对语音信号的处理性能。

利用多个麦克风排成线形或环形等阵列，可以通过结合阵列信号处理而达到智能的语音信号处理。阵列式麦克风在时域和频域的基础上增加一个空间域，对接收到的来自空间不同方向的空时信号进行处理，能够采用自适应算法自动跟踪说话人的方向和位置变化并提高信噪比。例如可通过传统时延差算法或超分辨方位估计算法获取语音声源方位之后，利用波束形成技术（beam forming）形成一个指向感兴趣的说话人的波束来增强该方向的接收信号。因此，麦克风阵列技术可广泛利用于具有嘈杂背景的语音处理场合，例如会场、多媒体教室、车载免提电话和助听器等。阵列麦克风技术已成为语音信号处理研究的一个热点。

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，因此，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。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1)，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，其使用前提是必须首先获取说话人的方位。对于以固定系数阻塞矩阵输出噪声参考信号的经典GSC算计结构，由于存在时延估计等因素带来的语音信号方向估计误差，使得噪声参考信号中不可避免地含有与语音相关的信号成分，从而导致自适应波束形成输出端的语音信号抵消现象，降低了语音增强效果。

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。该方法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。该方法在获取了声源方向后，按照声源方向通过阻塞矩阵形成参考噪声通路，因此当部分语音信号成分泄漏到参考噪声通路时将影响GSC算法的语音增强性能。

针对经典GSC算法的上述缺点，涌现了几种可抑制语音信号泄漏到噪声通路的改进算法，包括：

1996年Hoshuyama等在经典GSC算法基础上提出一种具有鲁棒性的自适应约束波束形成方法(参见文献3)，用一个自适应阻塞滤波器取代固定系数的阻塞矩阵来产生噪声参考信号，从而可降低噪声参考信号中含有的语音相关成分。

2004年，Gannot等人以GSC结构为基础，提出了一种基于声学转移函数的广义旁瓣抵消器(TF-GSC)算法(参见文献4)，该算法采用声学通道转移函数比率组成自适应阻塞矩阵，由于通过语音信号传递函数比率而不是通过传递函数本身来构造阻塞矩阵的，因此该算法从一定程度上能够减小了语音信号泄漏到噪声参考信号通道的可能，从而可减弱了语音信号的内部抵消。但是，由于上述改进算法在GSC结构中引入了第二个自适应滤波器用于产生参考噪声信号，使得算法中两个自适应滤波器同时收敛的速度减慢、算法性能受参数设置的影响也比较明显。同时，对于语音识别、声纹识别、远程会议等应用中背景噪声源为移动说话人、移动车辆的场合，说话过程中背景噪声源的位置将发生变化。此时，由于上述改进算法中引入用于替代固定阻塞矩阵的自适应滤波器、自适应阻塞矩阵中的输入信号均来自对准的语音方向，无法处理背景噪声方向变化对语音信号泄漏造成的影响，其抑制语音信号泄漏到参考噪声通道的性能下降，因此也将影响到算法的语音增强效果。

发明内容

本发明的目的在于针对传统的GSC类型麦克风阵列语音增强算法在背景噪声移动时的性能下降等不足，提供一种可抑制移动噪声的麦克风阵列语音增强装置。

本发明设有5元麦克风组成的等间距线阵、端点检测模块、语音波束形成器模块、固定系数滤波器模块、噪声波束形成器模块、语音信号段波束扫描模块、噪声信号段波束扫描模块、和自适应噪声对消器模块；