面向语音通信与交互的麦克风阵列波束形成方法

发布时间：2022-01-19 00:54

　　临境语音通信与智能语音交互都面临复杂声学环境中的远距离高保真拾音难题,解决这一难题的有效途径是使用由多个麦克风传感器组成的麦克风阵列或多通道拾音系统,这种系统的核心是信号处理,通过对空间采样的声场信息进行时、空、频三域的联合处理来实现声源定向/定位、信号增强、噪声抑制、混响抑制、声源分离、声场参数估计等功能。麦克风阵列信号处理的方法有很多,其中研究的最多、使用得最广的方法是波束形成。本文对麦克风阵列波束形成的原理、进展以及当前常用的方法进行简要综述,内容涵盖延迟求和、超指向、差分、正交级数展开、Kronecker和自适应波束形成方法。论文侧重于方法原理、机理和架构方面的探讨,具体的算法实现细节感兴趣的读者可以参考相应的文献。 

【文章来源】：信号处理. 2020,36(06)北大核心CSCD

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

图1 时域和频域波束形成结构

顾名思义,延迟求和波束形成就是将各麦克风的观测信号引入适当的延迟,再将延迟后的信号叠加起来。引入时延的目的是使得各通道中来自期望声源的信号成分在时间上是同步的,各通道的时延量取决于声源相对阵列的方位。在频域,延迟求和波束形成器可非常简洁地表示为:h DS (ω)= 1 Μ d(ω,? 0 ) (8)

图3给出了一个基于均匀线形麦克风阵列的延迟求和波束形成器在不同频率上的波束图,阵元个数为M=5,相邻阵元之间的间距为1 cm,极坐标的极轴为阵元的连线(0°～180°),导向方向为0°。由于阵列的空间响应是以阵列的轴向为对称的,因此,二维波束图就能完全反应阵列的空域响应。由图可见:①导向方向(0°)响应最大,因此能够保证来自导向方向的信号不被衰减;②低频段波束图指向性差,见图3(a)和(b),所以该波束形成器在低频段的噪声抑制能力差;③阵列的波束图随频率变化而变化,波束图的频率一致性差,因此,若将延迟求和波束形成器用于处理宽带音频或语音信号,很容易引入信号畸变。4 超指向波束形成


本文编号：3595914