[发明专利]波束形成方法和装置

说明书

本公开提供一种波束形成方法和装置。波束形成装置将指定频率范围进行划分，以得到预定数量个频带，对每个频带的中心频率在时域施加相同的响应约束，以得到相应的时域系数，将时域系数从时域转换到频域，以得到相应的频域系数，对频域系数进行带通滤波，以便仅保留与对应中心频率点关联的系数，从而得到相应的滤波系数，将滤波系数进行合成，以得到相应的波束形成系数，利用波束形成系数进行波束形成处理。本公开对麦克风阵列的数目没有要求，并且适用于不同阵型的麦克风阵列。

技术领域

本公开涉及信息处理领域，特别涉及一种波束形成方法和装置。

背景技术

语音信号属于宽带信号，对于基于窄带信号的波束形成算法，其波束响应会随着信号频率的变化而变化。为了能够使波束响应不随信号频率的变化而变化，特别是在主瓣方向对感兴趣的频率范围保持不变，目前主要采用以下两种思路。第一种方式是利用波束形成中频率和孔径的关系，通过改变阵列的有效孔径使得不同频率对应的波束恒定不变；第一种方式是根据预定准则使得需要合成的波束与期望波束逼近。

发明内容

发明人通过研究发现，在上述的第一种方式中，阵列形状需严格满足扩展结构的要求，并且要求阵列尺寸较大，需要的阵元数目较多。在上述的第二种方式中，尽管可使用任意形状的阵列，但由于贝塞尔(Bessel)级数需要保留到十几阶才能有较好的精度，因此仍需要较多的阵元个数据。

为此，本公开提供一种波束形成方案，以适用不同阵元数量的麦克风阵列。

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种波束形成方法，包括：将指定频率范围进行划分，以得到预定数量个频带；对每个频带的中心频率在时域施加相同的响应约束，以得到相应的时域系数；将所述时域系数从时域转换到频域，以得到相应的频域系数；对所述频域系数进行带通滤波，以便仅保留与对应中心频率点关联的系数，从而得到相应的滤波系数；将所述滤波系数进行合成，以得到相应的波束形成系数；利用所述波束形成系数进行波束形成处理。

在一些实施例中，将所述时域系数从时域转换到频域包括：将与第m个麦克风相关联的时域系数通过补零进行扩展，以得到第m个麦克风的扩展系数，其中第m个麦克风的扩展系数为N维向量，N为频带个数，1≤m≤M，M为麦克风总数；将第m个麦克风的扩展系数从时域转换到频域，以得到第m个麦克风在相应频带的中心频率点的频域系数。

在一些实施例中，对所述频域系数进行带通滤波包括：针对第m个麦克风，将除第n个频率点之外的其它频率点对应的频域系数置零，以得到第m个麦克风在第n个频率点的滤波系数，1≤n≤N。

在一些实施例中，将所述滤波系数进行合成包括：将第m个麦克风在各频率点的滤波系数进行合成，以得到第m个麦克风的合成系数；将各麦克风的合成系数进行合成，以得到相应的波束形成系数。

在一些实施例中，所述响应约束包括：在声波入射角θ的主瓣区域内响应为第一指定值，在声波入射角θ的旁瓣区域内响应为第二指定值，第一指定值大于第二指定值。

在一些实施例中，所述第一指定值为1，所述第二指定值为0。

在一些实施例中，给每个频带的中心频率在时域施加的响应约束与相应频带的中心频率、声波入射角θ和对应的时域系数相关联。

根据本公开的一个或多个实施例的另一个方面，提供一种波束形成装置，包括：频带划分模块，被配置为将指定频率范围进行划分，以得到预定数量个频带；时域系数处理模块，被配置为对每个频带的中心频率在时域施加相同的响应约束，以得到相应的时域系数；转换模块，被配置为将所述时域系数从时域转换到频域，以得到相应的频域系数；滤波模块，被配置为对所述频域系数进行带通滤波，对所述频域系数进行带通滤波，以便仅保留与对应中心频率点关联的系数，从而得到相应的滤波系数；合成模块，被配置为将所述滤波系数进行合成，以得到相应的波束形成系数；波束形成处理模块，被配置为利用所述波束形成系数进行波束形成处理。