[发明专利]一种基于麦克风阵列的室内声源跟随与增强方法

说明书

本发明公开了一种基于麦克风阵列的室内声源跟随与增强方法，对每一路麦克风拾取的模拟声音信号进行抗混叠低通滤波，并对滤波后的模拟信号进行A/D采样和帧划分；对各路声音信号进行帧电平检测，将帧划分为声音帧信号和噪声帧信号，若为噪声帧，则进行存储，若为声音帧，则进行谱对消；选取参考路信号，根据参考路声音帧估计波长，并将各路声音帧与当前参考路声音帧进行互相关操作，进而估计波达角；根据估计的波长、波达角，结合麦克风阵列的几何形状，确定各路声音帧对应的权系数；对各路声音帧进行加权求和确定增强的语音数字信号，并对得到的语音数字信号进行D/A转化，生成模拟信号后传递给扬声器。本发明提升了系统的噪声抑制能力与声音保真性。

技术领域

本发明涉及语音信号处理技术，具体涉及一种基于麦克风阵列的室内声源跟随与增强方法。

背景技术

室内会议或教学中，个人发言总会受限于现有语音系统，学习交流过程中十分不便。如采用无线麦克风或定点式麦克风的语音系统，虽然能够准确地采集目标声源的声音，但是其传输距离限制了发言人的位置，并且电池与麦克风的维护成本较高。基于麦克风阵列的语音系统，通过在室内不同位置安装麦克风扩大了收音范围，解除了发言人的位置限制，由于采用稳定的供电来源如插座等，其管理也更为方便安全。但是由于信号处理方式简单，其拾音容易受到各个方向上干扰源的干扰，无法专注于最主要的发言人，保证声音的真实度，并且没有自愈能力，如果其中任何一路麦克风被损坏，整个系统也会瘫痪。

发明内容

本发明提出了一种基于麦克风阵列的室内声源跟随与增强方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于麦克风阵列的室内声源跟随与增强方法，包括如下步骤：

步骤1、对每一路麦克风拾取的模拟声音信号进行抗混叠低通滤波，并对滤波后的模拟信号进行A/D采样和帧划分；

步骤2、对各路声音信号进行帧电平检测，将帧划分为声音帧信号和噪声帧信号，若为噪声帧，则进行存储，若为声音帧，则与上一噪声帧作谱对消；

步骤3、选取参考路信号，根据参考路声音帧估计波长，并将各路声音帧与当前参考路声音帧进行互相关操作，进而估计波达角；

步骤4、根据估计的波波长、达角，结合麦克风阵列的几何形状，确定各路声音帧对应的权系数；

步骤5、对各路声音帧进行加权求和确定增强的语音数字信号，并对得到的语音数字信号进行D/A转化，生成模拟信号后传递给扬声器；

步骤6、重复步骤1-5，进行下一帧声音信号处理，直至拾声结束。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：1)本发明在定位声源后进行了空域滤波和噪声谱对消处理，提升了系统的噪声抑制能力与声音保真性；2)本发明具有很强的自愈能力，在任何一路麦克风被损坏时，仍能继续正常工作，并且保证了系统的整体性能。

附图说明

图1是本发明基于麦克风阵列的室内声源跟随与增强方法的流程图。

图2是室内四元线性麦克风阵列的语音系统图。

图3是图2的几何数学模型图。

图4是某一数字声音信号的分帧示意图。

图5是对某两路麦克风单元拾取的同一声音帧进行互相关的结果图。

图6是麦克风间声音信号时延Δt与波达角θ的关系示意图。

图7是对某一例的波达角解算值与实际值之间的对比图。

图8是阵列增益方向图，其中(a)是采用0度权系数下的阵列增益方向图，(b)是采用30度权系数下的阵列增益方向图。

图9是该基于麦克风阵列的室内声源跟随与增强方法对室内某一声音的处理效果与普通方法的处理效果对比图。