[发明专利]波束设计方法、装置、设备及存储介质

说明书

本申请公开了一种波束设计方法、装置、设备及存储介质，本申请获取待进行波束设计的目标麦克风阵列的本底噪声的声压级，基于目标麦克风阵列的本底噪声的声压级以及目标信号的声压级，确定波束的白噪声增益下限值，其中目标信号为用户期望通过目标麦克风阵列所采集的信号，至少以波束的白噪声增益不小于所述白噪声增益下限值作为波束设计的约束条件，以最大化目标麦克风阵列的指向性为目标，得到设计的波束系数。本申请将麦克风阵列的本底噪声水平作为波束设计的约束条件，使得设计的波束在指向性和白噪声增益间达到很好的平衡，最终形成的波束在限制白噪声增益不低于白噪声增益下限值的情况下，得到最大化的波束指向性。

技术领域

本申请涉及阵列信号处理技术领域，更具体的说，是涉及一种波束设计方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

随着语音通信和人机交互技术的发展，远场拾音的需求日益迫切，麦克风阵列技术作为实现高质量远场拾音的一项重要手段也越来越受到相关研究人员的重视。麦克风阵列技术主要涉及波束形成算法和麦克风阵列硬件设备，两者相互依赖，组成麦克风阵列系统。

本底噪声是麦克风系统在排除外界环境干扰的情况下自身产生的系统热噪声，属于系统的固有属性。作为麦克风阵列硬件设备的一项重要指标，不仅反映了系统硬件部分的性能，同时也会影响波束形成算法的处理效果。

波束形成算法本质上是通过一组滤波器对各个麦克风信号进行滤波，使目标方向的声波同相叠加，非目标方向的声波反相抵消，达到消除噪声和干扰、增强目标信号的目的。通常波束会对目标方向某一范围以内的声波进行增强，为了让增强范围更加集中(即提高波束的指向性)，更多的抑制非目标方向的噪声和干扰，往往需要对麦克风信号的某些频率进行放大，这同时不可避免地会放大麦克风阵列的本底噪声(即通常所指的白噪声增益)，因此指向性和白噪声增益是波束形成算法中的一对矛盾。

现有的波束设计方法，如经典的超指向波束(Superdirective Beamformer,SD)，其波束目标是使得指向性最大化，最终设计的波束的指向性虽然很好，但是它的白噪声增益却很小，这就导致麦克风阵列的本底噪声将会被放大到很高的水平，甚至会超过目标信号的声压级，导致设计的波束实际使用效果很差。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种波束设计方法、装置、设备及存储介质，以保证设计的波束对阵列的本底噪声的增益维持在一个可接受程度，提高设计的波束的实际使用效果。具体方案如下：

一种波束设计方法，包括：

获取待进行波束设计的目标麦克风阵列的本底噪声的声压级；

基于所述目标麦克风阵列的本底噪声的声压级以及目标信号的声压级，确定波束的白噪声增益下限值，所述目标信号为用户期望通过所述目标麦克风阵列所采集的信号；

至少以波束的白噪声增益不小于所述白噪声增益下限值作为波束设计的约束条件，以最大化所述目标麦克风阵列的指向性为目标，得到设计的波束系数。

优选地，所述基于所述目标麦克风阵列的本底噪声的声压级以及目标信号的声压级，确定波束的白噪声增益下限值，包括：

按照所述目标麦克风阵列的本底噪声的声压级与白噪声增益下限值呈正相关关系，以及所述目标信号的声压级与白噪声增益下限值呈负相关关系，确定波束的白噪声增益下限值。

优选地，最大化所述目标麦克风阵列的指向性的过程，包括：

确定波束对目标方向信号的输出功率，以及波束对各个方向的平均输出功率；

以所述波束对目标方向信号的输出功率，与所述波束对各个方向的平均输出功率的比值，作为所述目标麦克风阵列的指向性评价函数；

以最大化所述指向性评价函数为目标，对所述指向性评价函数进行优化。