麦克风阵列信号处理方法、系统、计算机设备及存储介质技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种麦克风阵列信号处理方法、系统、计算机设备及存储介质。该方法包括：采集待处理的音频数据；构造全频带的最小范数滤波器，并确定最小范数滤波器在预设方向上的波束模式；根据波束模式以及所使用的麦克风阵列参数对音频数据在频域上划分子带；将划分得到的各个子带对应的子阵滤波器按频率进行合成，以得到目标滤波器；使用目标滤波器对音频数据进行分子带处理，以得到处理后的目标音频数据。本发明专利技术实施例所提供的麦克风阵列信号处理方法，通过子带合成的技术解决了最小范数滤波器算法所形成的波束模式在高频部分不稳定的问题，从而提高了麦克风阵列的指向性和空间滤波能力。

【技术实现步骤摘要】
麦克风阵列信号处理方法、系统、计算机设备及存储介质
本专利技术实施例涉及音频信号处理
，尤其涉及一种麦克风阵列信号处理方法、系统、计算机设备及存储介质。
技术介绍
麦克风阵列广泛应用于需要远场拾音的场景中，应用于麦克风阵列信号处理的波束形成算法通过构造一个空间滤波器，形成特定的空间指向性，使得麦克风阵列只接受来自期望方向的声音信号，而抑制其他方向的信号，从而提升拾音质量。常见的麦克风阵列波束形成算法主要可以分为加性麦克风阵列波束形成算法和差分麦克风阵列波束形成算法两类。其中，加性麦克风阵列波束形成算法的处理思想是将各麦克风阵元采集到的音频数据先分别进行延时或滤波处理后再加权相加。该类算法的特点是算法通常较简单，阵元个数越多，麦克风阵列输出的信噪比越高。但同时，加性麦克风阵列波束形成算法也存在波束模式对信号频率变化敏感，对低频信号的波束形成效果不好，要实现较好的滤波效果所需的麦克风阵列体积较大等问题。差分麦克风阵列波束形成算法由于具有容易构造频率不变的波束模式、阵元间距小的特点，近年来受到了更多的关注。然而，经典的差分麦克风阵列波束形成算法也存在对白噪声的鲁棒性低的问题，如果拾音环境中出现白噪声，那么白噪声的低频部分会被放大，严重影响语音质量。最小范数滤波器算法通过融合差分阵列算法与加性阵列算法中的LCMV滤波器的设计思想，增加麦克风阵列中的阵元个数来达到一定程度上抑制白噪声低频放大的效果，但同时又使得高频部分的波束模式不稳定。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种麦克风阵列信号处理方法、系统、计算机设备及存储介质，以解决最小范数滤波器在高频部分对频率变化敏感，波束模式不稳定的问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种麦克风阵列信号处理方法，该方法包括：采集待处理的音频数据；构造全频带的最小范数滤波器，并确定所述最小范数滤波器在预设方向上的波束模式；根据所述波束模式以及所使用的麦克风阵列参数对所述音频数据在频域上划分子带；将划分得到的各个子带对应的子阵滤波器按频率进行合成，以得到目标滤波器；使用所述目标滤波器对所述音频数据进行分子带处理，以得到处理后的目标音频数据。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种麦克风阵列信号处理系统，该系统包括：数据采集模块，用于采集待处理的音频数据；滤波器构造模块，用于构造全频带的最小范数滤波器，并确定所述最小范数滤波器在预设方向上的波束模式；子带划分模块，用于根据所述波束模式以及所使用的麦克风阵列参数对所述音频数据在频域上划分子带；目标滤波器获得模块，用于将划分得到的各个子带对应的子阵滤波器按频率进行合成，以得到目标滤波器；数据处理模块，用于使用所述目标滤波器对所述音频数据进行分子带处理，以得到处理后的目标音频数据。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本专利技术任意实施例所提供的麦克风阵列信号处理方法。第四方面，本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本专利技术任意实施例所提供的麦克风阵列信号处理方法。本专利技术实施例提供了一种麦克风阵列信号处理方法，首先采集待处理的音频数据，然后构造全频带的最小范数滤波器，并确定该最小范数滤波器在预设方向上的波束模式，再根据该波束模式以及所使用的麦克风阵列参数对采集的音频数据在频域上划分子带，接着将划分得到的各个子带对应的子阵滤波器按频率进行合成以得到目标滤波器，从而使用目标滤波器对采集的音频数据进行分子带处理，以得到处理后的目标音频数据。本专利技术实施例所提供的麦克风阵列信号处理方法，通过子带合成的技术解决了最小范数滤波器算法所形成的波束模式在高频部分不稳定的问题，从而提高了麦克风阵列的指向性和空间滤波能力。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的麦克风阵列信号处理方法的流程图；图2为本专利技术实施例二提供的麦克风阵列信号处理系统的结构示意图；图3为本专利技术实施例三提供的计算机设备的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的麦克风阵列信号处理方法的流程图。本实施例可适用于均匀线性麦克风阵列进行远场拾音并提升拾音质量的情况，该方法可以由本专利技术实施例所提供的麦克风阵列信号处理系统来执行，该系统可以由硬件和/或软件的方式来实现，一般可集成于计算机设备中。如图1所示，具体包括如下步骤：S11、采集待处理的音频数据。具体的，可以通过麦克风阵列对待处理的音频数据进行采集，对于具体的采集过程，本实施例不作限定。S12、构造全频带的最小范数滤波器，并确定最小范数滤波器在预设方向上的波束模式。具体的，该最小范数滤波器的频率响应公式为：HM，d(ω，α)＝DH(ω,α)[D(ω，α)DH(ω，α)]-1β其中，是大小为(N+1)×M的约束矩阵，N表示麦克风阵列的阶数，M表示麦克风阵列中麦克风阵元的个数，是长度为M的导向向量，α＝[1αN，1…αN，N]Tβ＝[1βN，1…βN，N]T是长度为N+1的向量，其中分别包含波束模式的设计参数αN，n和对应的方向响应βN，n，并有αN，n＝cosθn，而βN，n决定了最小范数滤波器在θn方向上的响应。另有，HM，d(ω,α)表示对于麦克风阵元数量为M且阵元间距为d的麦克风阵列的最小范数滤波器的频率响应，ω表示角频率，[]H表示矩阵的转置共轭，[]-1表示矩阵的逆，[]T表示矩阵的转置，e表示自然常数，表示复数的虚部单位，τ0＝d/c表示麦克风阵列中两个连续阵元之间的延时，d表示麦克风阵列中的阵元间距，c表示声速，取340米/秒。可选的，使用一阶差分算法构造最小范数滤波器，从而更好的解决差分麦克风阵列滤波器低频白噪声放大的问题，则上述的约束矩阵具体可以是：上述的导向向量具体可以是：其中，α＝[1α1]T中包含了波束模式的设计参数α1＝cosθ，θ为波束模式的零点方向，β＝[10]T是α对应的方向响应。示例性的，如构造一阶心型波束模式，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种麦克风阵列信号处理方法，其特征在于，包括：/n采集待处理的音频数据；/n构造全频带的最小范数滤波器，并确定所述最小范数滤波器在预设方向上的波束模式；/n根据所述波束模式以及所使用的麦克风阵列参数对所述音频数据在频域上划分子带；/n将划分得到的各个子带对应的子阵滤波器按频率进行合成，以得到目标滤波器；/n使用所述目标滤波器对所述音频数据进行分子带处理，以得到处理后的目标音频数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种麦克风阵列信号处理方法，其特征在于，包括：
采集待处理的音频数据；
构造全频带的最小范数滤波器，并确定所述最小范数滤波器在预设方向上的波束模式；
根据所述波束模式以及所使用的麦克风阵列参数对所述音频数据在频域上划分子带；
将划分得到的各个子带对应的子阵滤波器按频率进行合成，以得到目标滤波器；
使用所述目标滤波器对所述音频数据进行分子带处理，以得到处理后的目标音频数据。


2.根据权利要求1所述的麦克风阵列信号处理方法，其特征在于，所述麦克风阵列参数包括麦克风阵元数量、阵元间距和采样率；
相应的，所述根据所述波束模式以及所使用的麦克风阵列参数对所述音频数据在频域上划分子带，包括：
将所有麦克风阵元确定为第一子阵，确定所述第一子阵对应的所述波束模式在各个角频率下的第一最大值，并将所述第一最大值对应的角频率确定为第一目标角频率，以根据所述第一目标角频率确定所述第一子阵处理的第一角频率范围；
将所述麦克风阵元数量减一个麦克风阵元确定为第二子阵，确定所述第二子阵对应的所述波束模式在各个角频率下的第二最大值，并将所述第二最大值对应的角频率确定为第二目标角频率，以根据所述第一目标角频率和所述第二目标角频率确定所述第二子阵处理的第二角频率范围；
依次减少一个麦克风阵元以确定后续子阵，并迭代确定对应的角频率范围，直至完成零到所述采样率一半的频率范围内的子带划分。


3.根据权利要求1所述的麦克风阵列信号处理方法，其特征在于，在所述根据所述波束模式以及所使用的麦克风阵列参数对所述音频数据在频域上划分子带之前，还包括：
对所述音频数据进行预处理，以将所述音频数据从时域转换到频域；
相应的，在所述使用所述目标滤波器对所述音频数据进行分子带处理，以得到处理后的目标音频数据之后，还包括：
对所述目标音频数据进行后处理，以将所述目标音频数据从频域转换到时域。


4.根据权利要求3所述的麦克风阵列信号处理方法，其特征在于，所述对所述音频数据进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓刚，赵宏亮，郑能恒，陈绍林，
申请(专利权)人：深圳市长丰影像器材有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44