基于圆形麦克风阵列波束形成的回声抵消设计方法技术

本发明专利技术提出一种基于圆形麦克风阵列波束形成的回声抵消设计方法，主要解决现有技术无法精确增益信号源和抑制噪声源的问题。其实现过程是：（1）根据自适应滤波器得到房间的声场冲激响应；（2）扬声器播放校准音，设计对应的导向矢量，使圆形麦克风阵列识别到干扰源方向；（3）根据所得导向矢量设计空域滤波器的权系数，加权得到圆形麦克风阵列的最优方向图；（4）时域上采用闭环结构的子带自适应滤波器滤波，抵消扬声器的回音信号。本方法结合了空域波束形成与时域自适应子带滤波方法，设计得到回声抵消效果显著，提高了语音信号质量和回声消除速度。

【技术实现步骤摘要】
基于圆形麦克风阵列波束形成的回声抵消设计方法
本专利技术属于语音信号处理
，具体涉及一种基于圆形麦克风阵列波束形成的回声抵消设计方法，用于精确增益信号源和抑制噪声源方向的信号。
技术介绍
麦克风阵列信号处理是一种新兴的技术，现已成为语音信号处理领域的一个研究热点。单麦克风接收的信号，是由多个声源和环境噪声叠加的，很难实现各个声源的分离，这样就无法实现声源定位和分离。为了解决单麦克风的这些局限性，利用麦克风阵列进行语音处理的方法应时而生。麦克风阵列由一组按一定几何结构(常用线形、环形)摆放的麦克风组成，对采集的不同空间方向的声音信号进行空时处理，实现噪声抑制、混响去除、人声干扰抑制、声源测向、声源跟踪、阵列增益等功能，进而提高语音信号处理质量，以提高真实环境下的语音识别率。因此，研究基于麦克风阵列的回声抵消，具有重要的意义。目前，对于麦克风阵列回声抵消的研究，主要集中于时域自适应滤波的方法改进。例如，最小均方误差LMS算法或递归最小二乘算法，后者旨在期望响应与滤波器输出之间的平方和最小。当在每次迭代中接受到输入信号的新的采样值时，采用递归形式求解最小二乘问题，使自适应滤波器的系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于圆形麦克风阵列波束形成的回声抵消设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)根据自适应滤波器的原理，采用基于射线模型的IMAGE方法估计出房间的声场冲激响应，也就是扬声器到麦克风阵列间的空间回声路径，为后续的回声抵消提供待消除的扬声器干扰信号；(2)扬声器播放校准音，圆形麦克风阵列根据TDOA基于时延的波达角估计方法，使圆形麦克风阵列识别到扬声器干扰源方向；(3)根据TDOA基于时延的波达角估计方法识别到讲话人的方位，利用扬声器干扰和讲话人的方位信息，得到阵列导向矢量，然后根据导向矢量设计空域滤波器的权系数，加权得到圆形麦克风阵列的空域最优方向图，使阵列的主瓣方向指向讲话人，而扬...

【技术特征摘要】
1.基于圆形麦克风阵列波束形成的回声抵消设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)根据自适应滤波器的原理，采用基于射线模型的IMAGE方法估计出房间的声场冲激响应，也就是扬声器到麦克风阵列间的空间回声路径，为后续的回声抵消提供待消除的扬声器干扰信号；(2)扬声器播放校准音，圆形麦克风阵列根据TDOA基于时延的波达角估计方法，使圆形麦克风阵列识别到扬声器干扰源方向；(3)根据TDOA基于时延的波达角估计方法识别到讲话人的方位，利用扬声器干扰和讲话人的方位信息，得到阵列导向矢量，然后根据导向矢量设计空域滤波器的权系数，加权得到圆形麦克风阵列的空域最优方向图，使阵列的主瓣方向指向讲话人，而扬声器干扰方向位于阵列低旁瓣，空域滤波的目的是使麦克风阵列采集讲话人的语音信号，增益信号源的同时抑制干扰源方向的信号；(4)空域滤波切断了扬声器与麦克风阵列的声学回路，剩余的残留回声信号由时域进行处理，由于语音信号是宽带信号，所以时域上采用闭环结构的子带自适应滤波器滤波，抵消扬声器的残留回声信号。2.如权利要求1所述的基于圆形麦克风阵列波束形成的回声抵消设计方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体实现过程是：如果用线性时不变系统来描述房间声场信道模型，声源信号为s(t)，因此麦克风阵列接收信号x(t)可以表示为s(t)与声场信道冲激响应h(t)的卷积形式，即：x(t)＝s(t)*h(t)+n(t)(1)其中*表示卷积运算，n(t)为噪声，信道估计的目的就是在已知s(t)和x(t)的条件下求解冲击响应h(t)，在射线声场模型中，信道的冲击响应可以认为是由一系列本征声线确定的，这时冲激响应为：其中，M是本征声线的个数，Ai和τi分别是第i个本征对应的衰减因子和传播时延。3.如权利要求1所述的基于圆形麦克风阵列波束形成的回声抵消设计方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正文，陈卓，黄翔，巩朋成，李婕，涂斯纯，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42