本申请提供了一种基于传声器阵列的波束形成方法及装置。该方案包括：将多通道语音时域信号以向量形式转换到频域中，获得向量形式的多通道语音频域信号；对多通道语音频域信号进行初始滤波，获得多通道初始目标语音频域信号；利用由加权带噪协方差矩阵构成的最小功率无失真响应滤波器对多通道语音频域信号进行迭代滤波，获得多通道目标语音频域信号；并在迭代过程中，根据上一次滤波的结果更新加权带噪协方差矩阵。本申请通过对最小功率无失真响应滤波器进行迭代更新，实现信号的迭代滤波，提升了滤波器的鲁棒性，还减小了目标语音的失真。真。真。
【技术实现步骤摘要】
一种基于传声器阵列的波束形成方法和装置
[0001]本申请涉及语音处理
，尤其涉及一种基于传声器阵列的波束形成方法和装置。
技术介绍
[0002]随着硅微传声器的普及应用，传声器尺寸逐渐减少，幅频一致性不断提高。由多个传声器组成的传声器阵列相比于单传声器具有更强的方向性干扰抑制性能，因此，传声器阵列已经越来越广泛的应用在各种具有音频播放和采集的设备中。
[0003]传声器阵列波束形成属于宽带波束形成范畴，通常都需用通过快速傅里叶变换(fast fourier transform，FFT)将待处理的语音时域信号变换到频域中，然后在频域中对每个频带进行加权滤波，最后通过快速傅里叶逆变换(inverse fast fourier transform，IFFT)和重叠相加法(over lap
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add，OLD)得到波束形成后的目标语音时域信号。对每个频带的信号进行滤波器(即滤波器)的设计是整个波束形成的关键，经典的方法有延迟相加(delay
‑
and
‑
sum，DAS)、滤波相加(filter
‑
and
‑
sum，FAS)、超指波束形成(super
‑
directive，SD)等与传声器阵列拾取的信号无关的滤波器设计和优化方法，也有与传声器阵列拾取的信号相关的滤波器设计和优化方法如最小功率无失真响应(minimum power distortionless response，MPDR)以及多通道维纳滤波(multichannel wiener filter，MWF)等。
[0004]现有技术中采用上述滤波器对传声器阵列采集的信号进行波束形成时，由于设计滤波器时存在较大的估计误差，滤波器的鲁棒性较低，导致形成的目标语音信号存在失真问题。在对传声器阵列采集的语音信号进行波束形成时，如何使滤波器具有鲁棒性，提升波束形成性能，减少目标语音失真是目前应用中面临的主要问题。
技术实现思路
[0005]本申请实施例提供一种基于传声器阵列的波束形成方法和装置，在进行初始滤波之后，利用加权带噪协方差矩阵构成的最小功率无失真响应滤波器对传声器阵列采集的信号进行迭代滤波，提升了滤波器的鲁棒性，解决了现有技术中目标语音失真的问题。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种基于传声器阵列的波束形成方法，该方法包括：
[0007]将多通道语音时域信号以向量形式转换到频域中，获得向量形式的多通道语音频域信号，多通道语音时域信号由传声器阵列采集；
[0008]对多通道语音频域信号进行初始滤波，获得多通道初始目标语音频域信号；
[0009]利用由加权带噪协方差矩阵构成的最小功率无失真响应滤波器对多通道语音频域信号进行迭代滤波，获得多通道目标语音频域信号；其中，当前迭代滤波的加权带噪协方差矩阵由上一次迭代滤波获得的语音频域信号估算的功率谱作为加权值对多通道语音频域信号逐个时频点进行加权确定，并且第一次迭代滤波的加权带噪协方差矩阵由多通道初
始目标语音频域信号估算的功率谱作为加权值对带噪信号逐个时频点进行加权确定；
[0010]根据多通道目标语音频域信号确定目标语音时域信号。
[0011]本申请实施例中，采用功率谱对滤波后的信号加权获得加权带噪协方差矩阵，可使协方差矩阵逐渐收敛至噪声协方差矩阵，提升最小功率无失真响应滤波器的滤波性能；采用加权带噪协方差矩阵构成的最小功率无失真响应滤波器对未处理的信号进行迭代滤波，并且在迭代中根据上次迭代获得的信号重新确定加权带噪协方差矩阵，逐步的减小了加权带噪协方差矩阵的估计误差，可提升滤波器的鲁棒性，以减小目标语音的失真。
[0012]在一种可能的实施方式中，在利用加权值对多通道语音频域信号逐个时频点进行加权之前，该方法还包括：
[0013]对功率谱进行指数运算获得加权值。
[0014]本申请实施例中，对功率谱进行指数运算，可加快波束形成的收敛速度，减小滤波时间。
[0015]在一种可能的实施方式中，在当前迭代滤波之前，方法还包括：
[0016]根据上一次迭代滤波输出的语音频域信号和多通道语音频域信号确定声学传递函数；
[0017]根据声学传递函数和当前迭代滤波的加权带噪协方差矩阵，确定当前迭代滤波的最小功率无失真响应滤波器；
[0018]在一种可能的实施方式中，根据上一次迭代滤波输出的语音频域信号和多通道语音频域信号确定声学传递函数包括：
[0019]根据语音频域信号和多通道语音频域信号，获取掩蔽值向量；
[0020]根据掩蔽值向量，获得多通道语音频域信号的目标语音协方差矩阵；
[0021]对目标语音协方差矩阵进行奇异值分解，根据奇异值分解结果确定声学传递函数。
[0022]本申请实施例中，迭代滤波中通过获得掩蔽值和奇异值分解的方法对声学传递函数进行重新估计，可减少声学传递函数的估计误差，进一步提升了滤波器的鲁棒性。
[0023]在一种可能的实施方式中，在第一次迭代滤波之前，方法还包括：
[0024]根据多通道历史语音频域信号和多通道历史目标语音频域信号确定声学传递函数；
[0025]根据声学传递函数和第一次迭代滤波的加权带噪协方差矩阵，确定第一次迭代滤波的最小功率无失真响应滤波器。
[0026]在一种可能的实施方式中，对多通道语音频域信号进行初始滤波，获得多通道初始目标语音频域信号包括：
[0027]利用预设的初始滤波器对多通道语音频域信号进行处理，获得多通道初始目标语音频域信号；
[0028]其中，初始滤波器包括最小功率无失真响应滤波器、延迟求和滤波器、超指向性滤波器和多通道维纳滤波器中的任意一种。
[0029]在一种可能的实施方式中，当初始滤波器为最小功率无失真响应滤波器时，方法还包括：
[0030]获取多通道历史语音频域信号对应的带噪协方差矩阵和声学传递函数；
[0031]根据多通道历史语音频域信号对应的声学传递函数和协方差矩阵确定初始滤波器。
[0032]在一种可能的实施方式中，在获取多通道历史语音频域信号对应的带噪协方差矩阵之前，方法还包括：
[0033]对多通道历史语音频域信号进行一比特量化处理。
[0034]在一种可能的实施方式中，初始滤波器为延迟求和滤波器，方法还包括：
[0035]采用白噪声增益最大化方法确定初始化的滤波器。
[0036]在一种可能的实施方式中，初始滤波器为超指向性滤波器，方法还包括：
[0037]采用噪声扩散场假设方法确定初始滤波器。
[0038]在一种可能的实施方式中，初始滤波器为多通道维纳滤波器，方法还包括：
[0039]获取多通道历史语音频域信号对应的带噪协方差矩阵和噪声协方差矩阵；
[0040]根据多通道历史语音频域信号对应的带噪协方差矩阵和噪声协方差矩阵确定初始滤波器。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于传声器阵列的波束形成方法，其特征在于，包括：将多通道语音时域信号以向量形式转换到频域中，获得向量形式的多通道语音频域信号，所述多通道语音时域信号由所述传声器阵列采集；对所述多通道语音频域信号进行初始滤波，获得多通道初始目标语音频域信号；利用由加权带噪协方差矩阵构成的最小功率无失真响应滤波器对所述多通道语音频域信号进行迭代滤波，获得多通道目标语音频域信号；其中，当前迭代滤波的所述加权带噪协方差矩阵由上一次迭代滤波获得的语音频域信号估算的功率谱作为加权值对所述多通道语音频域信号逐个时频点进行加权确定，并且第一次迭代滤波的所述加权带噪协方差矩阵由所述多通道初始目标语音频域信号估算的功率谱作为加权值对带噪信号逐个时频点进行加权确定；根据所述多通道目标语音频域信号确定目标语音时域信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在利用所述加权值对所述多通道语音频域信号逐个时频点进行加权之前，所述方法还包括：对所述功率谱进行指数运算获得所述加权值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在当前迭代滤波之前，所述方法还包括：根据上一次迭代滤波输出的语音频域信号和所述多通道语音频域信号确定声学传递函数；根据所述声学传递函数和当前迭代滤波的所述加权带噪协方差矩阵，确定当前迭代滤波的最小功率无失真响应滤波器。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一次迭代滤波之前，所述方法还包括：根据多通道历史语音频域信号和多通道历史目标语音频域信号确定声学传递函数；根据所述声学传递函数和第一次迭代滤波的所述加权带噪协方差矩阵，确定第一次迭代滤波的最小功率无失真响应滤波器。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据上一次迭代滤波输出的语音频域信号和所述多通道语音频域信号确定声学传递函数包括：根据所述语音频域信号和所述多通道语音频域信号，获取掩蔽值向量；根据所述掩蔽值向量，获得所述多通道语音频域信号的目标语音协方差矩阵；对所述目标语音协方差矩阵进行奇异值分解，根据奇异值分解结果确定所述声学传递函数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述多通道语音频域信号进行初始滤波，获得多通道初始目标语音频域信号包括：利用预设的初始滤波器对所述多通道语音频域信号进行处理，获得所述多通道初始目标语音频域信号；其中，所述初始滤波器包括最小功率无失真响应滤波器、延迟求和滤波器、超指向性滤波器和多通道维纳滤波器中的任意一种。7.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱锋海，王之禹，项京朋，
申请(专利权)人：北京声加科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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