[发明专利]基于混响环境下麦克风阵列波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于混响环境下麦克风阵列波束形成方法：步骤1、获取麦克风接收到的信号；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)；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；步骤4、基于维纳滤波的方法获得的输出信号；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。可有效抑制麦克风阵列混响问题，是一种适用于任意阵列结构的波束形成方法。

技术领域

本发明涉及一种基于混响环境下麦克风阵列波束形成方法。

背景技术

波束成形技术已经在语音通信系统、电话会议、语音识别和助听器等方面有着广泛应用，波束成形作为空间滤波器，从由一组麦克风接收的混合信号中提取目标信号。目前，波束形成器有固定波束形成、最小方差无失真响应(minimum variancedistortionless response，MVDR)等经典的宽带波束形成器，但存在阵列响应频率不变性较差、主瓣宽度因频率增大而减小、信号畸变等现象。为了解决宽带波束的畸变，目前出现了最小二乘方法、凸优化方法、特殊阵列结构方法、空间响应约束方法等，这些方法虽然改善了频率不变性，但是对于混响环境应用，上述的方法并不满足要求。

在封闭的空间环境中的目标语音信号通常会受到混响和噪声影响导致语音信号失真，因此抑制混响是目前语音信号处理当中的一个热点问题。近年来研究成熟的抑制或者去除混响的方法包括：逆滤波器方法、广义奇异值分解方法等。其中，逆滤波方法根据房间脉冲响应，设计相应的逆滤波器，通过对混响信号的逆滤波恢复出目标语音信号；而广义奇异值分解方法是估计房间脉冲响应，并且通过匹配滤波实现逆卷积。以上去混响的方法只能去除前期混响，且均没有考虑语音信号在空间上的信息。虽然具有空间指向性的线性约束最小方差波束形成方法(linear constrained minimum variance beamformer,LCMV)在理论上能够去除混响，但是计算复杂度较高，实际上难以实现。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于混响环境下麦克风阵列波束形成方法，可有效抑制麦克风阵列混响问题，是一种适用于任意阵列结构的波束形成方法。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于混响环境下麦克风阵列波束形成方法，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，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，N＞M，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、长度为l的房间冲激响应，且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)