[发明专利]一种双层圆环麦克风阵列语音增强方法

说明书

本发明公开了一种双层圆环麦克风阵列语音增强方法，根据声场环境的不同采用不同的波束形成方法，提高了麦克风阵列的对噪声的鲁棒性，其中当声场环境为散射噪声场时，在不同频段分别采用一阶和二阶差分波束形成器项组合的方法进行语音增强，可以在不牺牲白噪声增益的情况下获得较高的方向性因数。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别是一种双层圆环麦克风阵列语音增强方法。

背景技术

麦克风阵列是由多个麦克风组成的具有特定拓扑结构的声音处理系统，其采集到的信号与噪声的相关信息要远大于单个麦克风，因此可以解决多种单麦克风无法处理的实际的声学问题。

环境中存在多种类型的噪声，不同的语音增强算法适用于不同的噪声场，因此，能否适应不同类型的噪声场，是评价麦克风阵列性能的重要指标，为了研究方便，抽象出了三种类型的噪声场：相干噪声场，非相干噪声场，散射噪声场；在相干噪声场中，麦克风阵列中的各阵元接收到的噪声信号具有强相关性；非相干噪声场指在给定空间位置的噪声信号与该空间中所有其他位置的噪声信号都不相关，这是一种理想环境，在实际中并不存在，但在麦克风阵列信号处理领域，通常将阵列自身的电学噪声视为非相干噪声进行处理；而当空间中相干噪声与非相干噪声同时存在时，将这种声场称为散射噪声场，许多实际噪声环境都可以被看作散射噪声,如会议室、汽车噪声等，而任何一个噪声场都会影响到麦克风阵列的语音质量，因此，如何去除噪声以及干扰是语音增强的主要目标之一。

麦克风阵列的性能通过信噪比增益来度量，其定义为输出信噪比与输入信噪比的比值，信噪比增益反映了信号通过阵列前后信噪比的改善程度，差分麦克风阵列中常用白噪声增益和方向性因数2个指标，白噪声增益表示当声场为非相干噪声时的阵增益；方向性因数表示当声场为散射噪声时的阵增益，而在差分麦克风阵列中提高方向性因数需要以牺牲白噪声增益为代价，二者不能同时提高。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种双层圆环麦克风阵列语音增强方法，在不同的声场环境下采用不同的波束形成方法，可以提高麦克风阵列对噪声的鲁棒性，同时可以在不牺牲白噪声增益的情况下获得较高的方向性因数。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种双层圆环麦克风阵列语音增强方法，包括以下步骤：

A、采集通道的时域信号；

B、对采集到的通道的时域信号进行分帧、加窗后得到通道的接收信号的频域表示；

C、对通道的接收信号的频域表示进行短时傅里叶变换，得到整个麦克风阵列接收的信号的频率子带；

D、根据静音段不同通道间的相干函数对声场环境进行判定；

E、当声场环境为非相关噪声场时，在子带上采用一阶差分波束形成器进行波束形成得到权向量；当声场环境为散射噪声场时，在低频段的子带上采用一阶差分波束形成器进行波束形成得到权向量，在高频段的子带上采用二阶差分波束形成器进行波束形成得到权向量；

F、根据权向量计算得到输出信号；

G、将输出信号进行变换后得到增强后的语音信号。

进一步，所述步骤A采集通道的时域信号中，由麦克风阵列对通道的时域信号进行采集，采集到的时域信号为：

y_p,m(k)＝x_p,m(k)+v_p,m(k)；

其中x_p,m(k)为期望信号，v_p,m(k)为噪声，y_p,m(k)为第p个环上第m个麦克风采集的时域信号，k为采样后的时间序列索引。

进一步，所述步骤B中通道的接收信号的频域表示为：