[发明专利]基于混响环境下麦克风阵列波束形成方法

权利要求书

1.一种基于混响环境下麦克风阵列波束形成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、获取麦克风接收到的信号：

设在封闭的室内环境下，由N个相同的全向性麦克风组成均匀线阵，有M个语音信号，N＞M，位置为r_m,m＝1,…,M，其中，目标语音信号位置为r₁，其余位置的信号为干扰信号，则第n个麦克风接收到的信号x_n(k)表示为：

式中，H_nm,l是第m个语音到第n个麦克风的房间冲激响应，且长度为l，其中n＝1,…,N，l＝1,…,L；L为房间冲激响应的长度；s_m(k)是第m个语音信号，v_n(k)是第n个麦克风接收到的噪声；k表示离散时间；

步骤2、对第n个麦克风接收到的信号x_n(k)进行分帧加窗处理，得第n个麦克风接收到的加窗信号x_nw(k)；下标w表示加窗处理；

步骤3、对第n个麦克风接收到的加窗信号x_nw(k)进行第i个频率点的傅里叶变换，得x_nw(ω_i,k)：

式中，s_m(ω_i,k)是s_m(k)第n个麦克风接收信号的第i个频率带中的第k帧噪声信号；v_n(ω_i,k)是v_n(k)在第n个麦克风接收信号的第i个频率带中的第k帧噪声信号；

步骤4、基于维纳滤波的方法获得的输出信号

式中，W(ω_i)是第i个频率点的维纳滤波器的系数，是在维纳滤波输出信号的第i个频率带中的第k帧信号，i∈[1,I],I表示离散频率点的总数，I为整数；v_n(ω_i,k)表示第n个麦克风接收信号的第i个频率带中的第k帧噪声信号；i∈[1,I],I表示离散频率点的总数，I为整数；

步骤5、通过基于维纳滤波的LCMV波束形成方法获得麦克风阵列波束形成器的输出信号其中W_n,opt(ω)是第n个麦克风阵列响应的最优权向量，是第n个麦克风接收的信号在整个频率带中的维纳滤波输出信号；

步骤2中的窗函数采用汉明窗函数w(k)，且w(k)＝0.5(1-cos(2πk))；

步骤3中的傅里叶变换为短时傅里叶变换：通过在I个均等间隔的频率点上对频率变量ω进行采样，即ω_i＝2πi/I，得到一个短时傅里叶变换其中q是汉明窗移动的长度；

步骤4中，维纳滤波器系数W(ω_i)的确定方法为：

式中，Φ_ss(ω_i)为目标语音信号在第i个频率点的自功率谱，Φ_xx(ω_i)为麦克风接收信号在第i个频率点的自功率谱；

混响环境下维纳滤波的LCMV分频波束形成方法中麦克风阵列响应的最优权向量获取步骤如下：

1)计算麦克风阵列接收信号的自功率谱Φ_xx(ω)和维纳滤波器系数W(ω_i)，得到维纳滤波器输出

2)将室内环境下的干扰抑制作为约束条件，则波束形成器分频带响应约束条件为：

式中，_C^N表示N维复数域；是频率响应权向量；(·)^*T表示共轭转置；

是低频段频率响应权向量，上标lcmv1表示低频段的LCMV波束形成方法，是高频段频率响应权向量，上标lcmv2表示高频段LCMV波束形成方法，是麦克风阵列接收到的信号的自功率谱，H_1n,l表示目标语音信号方向的第n个麦克风、长度为l的房间冲激响应向量；H_nm,l表示第m个语音信号方向的第n个麦克风、长度为l的房间冲激响应向量；G_D1(ω)为从目标语音信号点到线阵参考点麦克风的波束形成器输出的直达路径低频响应函数，下标D1表示目标语音信号低频段；G_D2(ω)为从目标语音信号点到线阵参考点麦克风的波束形成器输出的直达路径高频响应，下标D2表示目标语音信号高频段；v_n(ω)表示第n个麦克风接收信号的噪声向量；

3)根据LCMV准则，通过维纳滤波器输出语音信号的频域信息分别计算出低频段和高频段最优权值，其中：

式中，维纳滤波器输出信号向量；是第n个麦克风接收的信号在整个频率带中的维纳滤波输出信号；H是房间冲激响应向量，H＝H_n1,l......H_nm,l，则基于分频维纳滤波器的LCMV波束形成的最优权向量W_n,opt(ω)为：

式中，α是矩阵加权系数，是正常数。

2.根据权利要求1述的一种基于混响环境下麦克风阵列波束形成方法，其特征在于，设实际环境中接收信号的频率范围是(ω_min，ω_max)，ω₀是ω_min和ω_max的平均值，则高频和低频的划分方法为：当ω＞ω₀为高频段，当ω≤ω₀为低频段。