[发明专利]一种实现阵列麦克风波束形成的方法

说明书

本发明提供了一种实现阵列麦克风波束形成的方法，其特征在于，包括以下步骤，1)将需处理的声音范围分为高频部分a－b和低频部分b－c；2)选取比例常数R，使c×R^m＝b，b×Rⁿ＝a；3)以[b×R⁰],[b×R¹],[b×R²],.....,[b×Rⁿ]分别为中心频率，计算每个中心频率对应的二元阵孔径；4)将阵列麦克风每个阵元分解成子带信号，对于其中高频部分的n+1个子带按照二阵元直接相加，低频部分的m个子带按照n+2个阵元加权相加；5)对步骤4)中所有子带按照汉明窗平滑合成，得到了在a－c频率范围内的空间响应。本发明的实现阵列麦克风波束形成的方法采用阵列麦克风孔径叠加和自适应波束形成的方法还原宽带信号，能够使用较少的麦克风单元和较小的阵列尺寸，具有很好的语音还原质量。

技术领域

本发明属于语音信号处理技术领域，具体涉及一种实现阵列麦克风波束形成的方法。

背景技术

在现场会议场景中，分割子带、对子带进行降噪、再对子带合并的谱减法的单通道降噪方法已应用广泛，但这种方法只是抑制了被噪声影响的频谱分量，造成了处理的语音信号失真而降低了语音质量和可理解性。人们在借鉴雷达、天线等阵列的应用后，设计出带有指向性的阵列麦克风。阵列麦克风有诸多优点，例如不需要鹅颈话筒因而更加美观，具有指向性因而有助于抑制会场噪声的干扰，抑制音响设备与发言设备之间可能产生的啸叫等等。阵列麦克风的语音增强算法一般采用波束形成噪音抑制方法，其思想是期望在阵列中心到目标语音间形成一个波束，而波束外的信号被抑制掉，然后对波束内渗入的噪音采用单道噪音抑制算法进行处理，得到最终的目标语音输出。

不过，现有的阵列麦克风噪声抑制技术，普遍存在算法复杂度高，计算量大或者阵列结构特殊、适应性不强的缺陷。主要原因在于，借鉴于雷达、天线等阵列的处理方法，必须适应非常宽泛的电磁波谱。而人耳能明确感知的声波主要在130Hz－8000Hz，语音信号主要在300Hz－3400Hz。虽然声音信号的频率跨度非常大，难以在阵列麦克风有限的阵列尺寸和阵元个数下，使其空间响应在整个频带达到理想的一致性。但也不能简单地认为采用固定或自适应波束成形算法就能实现阵列麦克风语音交互的良好效果，毕竟人耳接收的不是冰冷的电平，而是有很大的主观性。

因此，需要一种综合考虑阵列麦克风孔径和自适应波束形成的方法，结合人类语音信号频率范围，而可以使用较少的麦克风单元和较小的阵列尺寸，在语音的频率范围内实现一致的空间响应。查阅国内外文献，还不存在相关技术方法。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种实现阵列麦克风波束形成的方法，通过对人耳接收的声音频率分为高频和低频两部分进行子带划分，采用阵列麦克风孔径叠加和自适应波束形成的方法还原宽带信号，能够使用较少的麦克风单元和较小的阵列尺寸，在语音的频率范围内实现一致的空间响应，并具有很好的语音还原质量。

本发明的具体技术方案是一种实现阵列麦克风波束形成的方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)将需处理的声音范围分为高频部分a－b和低频部分b－c，其中a＞b＞c，a的取值范围为[4kHz,16kHz]，b的取值范围为[850Hz,3.4kHz]，c的取值范围为[20Hz,1kHz]；

2)选取比例常数R，使c×R^m＝b，b×Rⁿ＝a，其中，m、n为正整数；

3)以[b×R⁰],[b×R¹],[b×R²],.....,[b×Rⁿ]分别为中心频率，计算每个中心频率对应的二元阵孔径得到包括n+2个阵元的阵列麦克风，其中最左侧阵元为参考阵元，其右侧n+1个阵元分别与参考阵元组合成n+1个子阵，n+1个子阵的孔径分别为d₀,d₁,d₂,.....,d_n；