[发明专利]一种后置FastICA信号分离的麦克风阵列语音增强方法

说明书

本发明公开了一种后置FastICA信号分离的麦克风阵列语音增强方法，包括：麦克风阵元接收信号获取与预处理；上支路的固定波束形成器对麦克风阵元接收信号进行初级降噪；下支路的自适应阻塞矩阵过滤期望信号，自适应抵消器将多路噪声信号输出为一路噪声信号；将上、下支路自适应抵消器的输出信号执行FastICA算法进行语音和噪声的分离，在分离出的信号中得到增强后的语音信号。本发明能减小目标信号的泄漏、改善增强语音的信噪比，尤其是当背景噪声高斯白噪声信噪比过低时，该方法可展现出优越的去噪性能，且鲁棒性更强。

技术领域

本发明属于电子通讯技术领域，具体涉及一种后置FastICA信号分离的麦克风阵列语音增强方法。

背景技术

语音信号处理对语音的质量有着较高的要求，然而不论是通过语音向他人传递信息，还是与人工智能产品进行人机交互，语音在传输过程中不可避免地会被环境噪声或机器系统的内部噪声所污染甚至是淹没，从而导致语音的清晰度和可懂度严重下降。因此，必须利用语音增强技术予以解决。

语音增强的目的是从被干扰和噪声所污染的语音信号中，提取出清晰度和可懂度较高的原始语音，以改善语音信号质量，并为后续的语音信号处理做准备。

麦克风阵列语音增强方法利用了输入信号的时、频域以及空间信息，可对不同来波方向的信号予以时-频-空域联合处理，具有优秀的空间滤波特性、良好的抗干扰能力等优点。其中最具代表性的广义旁瓣抵消器语音增强方法更是成为许多现代语音增强方法的研究基础，并已被广泛应用于复杂的实际环境中。

然而，广义旁瓣抵消器在实际使用中逐渐暴露出缺点：下支路阻塞矩阵的构建严重依赖于期望信号精确的来波到达方向，但在实际应用中该方向信息又难以获得，因此导致阻塞矩阵无法阻塞掉所有的期望信号，从而会影响后续自适应滤波器权值的更新，增强后的语音信号质量自然不高。此外，广义旁瓣抵消器可有效消除相干噪声，但对非相干噪声的去除表现性能较差，输出的语音信号中经常残留着大量非相干噪声，导致输出语音的信噪比较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种后置FastICA信号分离的麦克风阵列语音增强方法，利用自适应阻塞矩阵代替传统的固定阻塞矩阵，可有效减少因精确来波方向未知而造成的目标信号的泄漏，并在GSC的输出端结合快速独立分量分析(FastICA)算法进一步分离输出信号中的纯净语音和非相干噪声，可在高斯白噪声背景下有效去除含噪语音中的噪声，改善语音信号质量，当输入背景噪声信噪比较低时，去噪性能更加明显，解决了现有广义旁瓣抵消器消除非相干噪声能力差以及阻塞矩阵经常泄漏期望信号的问题。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种后置FastlCA信号分离的麦克风阵列语音增强方法，包括：

步骤1、麦克风阵元接收信号获取与预处理；

步骤2、广义旁瓣抵消器上支路的固定波束形成器对麦克风阵元接收信号进行初级降噪，输出降噪后的含噪语音信号；

步骤3、下支路的自适应阻塞矩阵代替传统固定阻塞矩阵过滤期望信号，输出噪声和干扰，自适应阻塞矩阵后接入一个自适应抵消器，将多路噪声信号输出为一路噪声信号；

步骤4、将上支路固定波束形成器的输出和下支路自适应抵消器的输出信号合成矩阵的形式执行FastlCA算法进行语音和噪声的分离，在分离出的信号中得到增强后的语音信号。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的步骤1中，假设入射信号为s(n)＝[s₁(n)，s₂(n)，…，s_P(n)]^T，P为入射信号数目；

让各麦克风阵元接收的信号与参考阵元接收信号在时域上保持同步，具体为：