[发明专利]一种麦克风阵列频响校准方法

权利要求书

1.一种麦克风阵列频响校准方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：电音频信号w(n)经扬声器和声传播信道到达麦克风阵列，麦克风阵列输入声信号为x(n)；

S2：声信号x(n)经过k个不同的麦克风及前置放大器，分别得到不同的电信号x₁(n)～x_k(n)；

S3：电信号x₁(n)～x_k(n)分别当作各路校准滤波器的输入信号用于调整各校准滤波器的滤波系数；所述校准滤波器的滤波系数的调整方式为：通过调整各路滤波器的滤波系数使输出信号y₁(n)～y_k(n)均向目标信号d(n)逼近，逼近原则是使y₁(n)～y_k(n)与d(n)之间的均方误差分别最小；

S4：根据上述调整方式，计算各校准滤波器的滤波系数，以完成麦克风阵列的频响校准；

当各路校准滤波器输出信号y₁(n)～y_k(n)向目标信号d(n)逼近实现阵列频响校准时采用如下方式：设一帧数字信号的长度为N，则第i路校准滤波器的输入信号x_i(n)与目标信号d(n)写成以下向量形式

x_i＝[x_i(0),x_i(1),...,x_i(N-1)]^T 式2

d＝[d(0),d(1),...,d(N-1)]^T 式3

其中，[]^T表示向量或矩阵的转置，列出以下代价函数

其中，Σ表示级数求和，使代价函数J最小，求出目标信号d(n)为

d＝(x₀+x₁+...+x_k)/k 式5

即，目标信号的向量形式d等于对各滤波器的输入向量之和求平均。

2.根据权利要求1所述的一种麦克风阵列频响校准方法，其特征还在于：当目标信号d(n)确定后，以第i路滤波器输出信号y_i(n)与目标信号d(n)之间的均方误差最小为准则，计算出第i路滤波器系数h_i(n)采用如下方式：

y_i＝[y_i(0),y_i(1),...,y_i(N-1)]^T 式6

则y_i(n)与d(n)之间误差信号e_i(n)写成以下向量形式

e_i＝[e_i(0),e_i(1),...,e_i(N-1)]^T＝y_i-d 式7

列出另一组代价函数

F_i＝e_i^Te_i 式8

其中，i＝1,2,...,k，k为待校准麦克风的个数，使F_i最小，计算出第i路校准滤波器的滤波系数h_i(n)，计算规则为：

h_i＝[h_i(0),h_i(1),...,h_i(M_i-1)]^T＝(X_i^TX_i)^-1D^Tx_{i_m} 式9

其中，x_{i_m}是由第i路校准滤波器输入向量的前N-M_i+1个元素组成的向量，Mi为第i路校准滤波器的阶数，即

x_{i_m}＝[x_i(0),x_i(1),...,x_i(N-M_i)]^T 式10

而式9中的X_i与D分别为

当i从1取到k时，用上述方法计算出每路校准滤波器的滤波系数，完成麦克风阵列频响校准。

3.根据权利要求2所述的一种麦克风阵列频响校准方法，其特征还在于：当分别对多帧输入数据时进行校准，对得到的多组滤波器系数进行融合、得到滤波器系数采用如下方式：

设第i路麦克风经过Q帧数据进行校准，根据式9得到Q组滤波器系数向量分别为h_{i_1}、h_{i_2}、...h_{i_Q}，其中，h_{i_Q}表示第i路麦克风在第Q帧输入数据得到的滤波器系数向量；此外，Q个滤波器系数向量的平均向量定义为

H_i＝(h_{i_1}+h_{i_2}+...+h_{i_Q})/Q 式13

第i路第q帧滤波器系数向量的方差向量定义为

δ_{i_q}＝(h_{i_q}-H_i)·(h_{i_q}-H_i) 式14

其中，符号“·”表示向量点乘，q＝1,2,...,Q，第i路第q帧滤波器系数向量的方差倒数向量θ_{i_q}被定义为

θ_{i_q}＝[1/δ_{i_q}(0),1/δ_{i_q}(1),...,1/δ_{i_q}(M_i-1)]^T 式15

即，向量θ_{i_q}中的每个元素分别是向量δ_{i_q}所对应元素的倒数，关于第i路校准滤波器，其滤波器系数向量的方差倒数向量和被定义为

θ_i＝θ_{i_1}+θ_{i_2}+……+θ_{i_Q} 式16

根据θ_i和θ_{i_q}(q＝1,2,...,Q)得出Q个滤波器系数权重向量C_{i_1}，C_{i_2}，...，C_{i_q}，...，C_{i_Q}，其中，

C_{i_q}＝[θ_{i_q}(0)/θ_i(0),θ_{i_q}(1)/θ_i(1),...,θ_{i_q}(M_i-1)/θ_i(M_i-1)]^T 式17

根据h_{i_q}和C_{i_q}得出第i路校准滤波器最终的滤波系数

h_i＝h_{i_1}·C_{i_1}+h_{i_2}·C_{i_2}+...+h_{i_Q}·C_{i_Q} 式18

其中，i＝1,2,...,k，k为麦克风数量。