基于波束形成算法的麦克风阵列语音处理研究与实现

发布时间：2017-04-13 19:00

  本文关键词：基于波束形成算法的麦克风阵列语音处理研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着半导体技术的快速发展,处理器性能的不断提升,多通道麦克风阵列语音处理技术凭借优越的语音拾取性能逐渐取代了单通道的语音处理技术,麦克风阵列也广泛应用到市场上各种语音处理设备比如手机、对讲机、数字助听器等的语音拾取部分。今天的高端数字助听器有着强大的数字信号处理能力,特别是近十几年来步入数字化时代后,数字助听器的优势更加明显,其低噪声、节能、小型化和自适应调节等特点都是模拟助听器所欠缺的,成为听力患者的希望。麦克风阵列在数字助听器中的广泛使用尤为突出,多麦克风盒式助听器将成为今后助听器发展的主流。论文主要的研究内容是应用于数字助听器的麦克风阵列语音处理算法,该算法基于波束形成技术。论文研究了常规波束形成算法、线性约束最小方差(LCMV)波束形成算法,并基于广义旁瓣消除(GSC)设计了一种基于最小均方误差(LMS)的自适应波束形成算法,完成了算法各部分处理模块,实现了语音增强功能。论文对三种语音增强算法进行了仿真验证,分析了每种算法的优缺点。其中常规波束形成算法有一定语音增强效果,但是处理后语音质量偏低,去噪效果有限,LCMV波束形成算法去噪性能高,但是计算量偏大,不适合数字助听器使用。本文所设计的LMS-GSC麦克风阵列语音增强算法输出信噪比明显高于常规波束形成算法,并且在保证语音质量的同时计算量较少,适用于数字助听器。论文中设计了一种计算量小、估计准确的语音活动检测算法。只有语音检测算法高速有效,才能提高整个语音增强算法的效果。为了提高语音信号延时补偿的准确性,论文在互相关极值法的基础上引入最短路径算法,目的是屏蔽方向性噪声,提高目标语音的获取能力。本文设计了数据流程和软件实现,分析了内部的基本运算,讨论了算法中的问题并对程序加以优化。改进后的语音增强算法成功在ARM Cortex-A8嵌入式开发板上实现。仿真结果证明,算法处理的效果良好。
【关键词】：麦克风阵列 助听器 语音增强 波束形成
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN912.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 麦克风阵列的应用和研究现状9-10
• 1.3 课题研究目的及意义10-11
• 1.4 论文主要研究内容11-13
• 第2章 语音处理基础知识13-19
• 2.1 语音信号模型13-15
• 2.2 噪声和干扰15-16
• 2.3 信噪比和干噪比16-17
• 2.4 性能度量17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 第3章 麦克风阵列语音定位算法19-33
• 3.1 麦克风这阵列语音定位概述19
• 3.2 语音帧活动检测19-21
• 3.3 时延估计算法21-22
• 3.4 方向角计算方法22-24
• 3.4.1 二维空间方向角计算22-23
• 3.4.2 三维空间方向角计算23-24
• 3.5 最短路径演算法24-25
• 3.6 软件实现及实验结果25-32
• 3.7 本章小结32-33
• 第4章 麦克风阵列语音增强算法33-52
• 4.1 多通道语音增强介绍33
• 4.2 波束形成算法基础33-34
• 4.3 常规波束形成算法34-37
• 4.3.1 基本原理和算法34-36
• 4.3.2 理论性能分析36-37
• 4.4 自适应波束形成算法37-42
• 4.4.1 GSC波束形成器原理38-40
• 4.4.2 LCMV波束形成器原理40
• 4.4.3 LCMV-GSC波束形成器40-42
• 4.5 基于RLS和LMS的迭代线性自适应波束形成42-49
• 4.5.1 基于RLS的迭代线性自适应波束形成算法43-45
• 4.5.2 基于LMS确定性梯度波束形成算法45-48
• 4.5.3 基于LMS随机梯度波束形成算法48-49
• 4.6 仿真结果与算法比较49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 第5章 系统设计与实现方案52-58
• 5.1 系统设计方案概述52-54
• 5.1.1 硬件设计方案52-53
• 5.1.2 软件设计方案53-54
• 5.2 语音算法设计方案及参数分析54-56
• 5.2.1 语音增强算法的总体方案55
• 5.2.2 语音增强算法中参数分析55-56
• 5.3 算法开发流程和优化56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-64
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果64-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 孙科学;成谢锋;;一种心音信号盲源分离方法[J];电子测量与仪器学报;2012年06期

2 李鸿宾;;鸡尾酒会效应[J];音响技术;2007年07期

3 张洪渊,史习智;一种任意信号源盲分离的高效算法[J];电子学报;2001年10期

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本文编号：304230