数字助听器中波束形成算法的研究

发布时间：2017-10-12 22:27

  本文关键词：数字助听器中波束形成算法的研究

  更多相关文章： 波束形成 BMVDR BMVDR-η BMVDR-ITF 耳间时间差

【摘要】：人口老龄化将成为我国未来一段时间内人口结构的一个主要特征,这意味着老年人的数量将越来越多。听力衰退在老年人群中是一种最常见的健康问题,大多数老年人都在不同程度上存在听力衰退的情况。可以预计未来我国的助听器市场有着巨大的潜力和广阔的发展空间。去噪算法是助听器中最主要的算法之一,但传统的去噪算法并不具备模拟人耳所具有的“鸡尾酒会效应”特性的能力。针对这一问题,本文对波束形成算法进行研究。在对波束形成算法进行深入的了解之后,推导并实现了助听器中常用的波束形成算法,包括一阶差分麦克风结构(FDM)、MVDR、LCMV和GSC算法。由于双耳助听器相比于单耳助听器在对噪声的抑制、对声源定位以及提高语音可懂度方面具有更好的效果,本文根据双耳助听器的结构特点,设计了应用于双耳助听器中的BMVDR算法。当双耳助听器中麦克风数量为单耳助听器中麦克风数量的2倍时,BMVDR算法的每一侧输出都会使用一个抽头数为单耳助听器中滤波器抽头数2倍的线性滤波器来对输入信号进行处理。所以BMVDR有比FDM和MVDR更好的噪声抑制能力。由于BMVDR算法对双耳助听器中的所有麦克风接收信号进行处理,使得阵列阵元数多于单耳助听器中的阵元数。这使得BMVDR有比FDM和MVDR更好的空间分辨率。在对BMVDR算法进行了推导与分析之后,对该算法进行对比仿真,仿真结果验证了理论分析的结果。双耳助听器相比于单耳助听器的一个重要优势就是可以保留双耳线索。本文讨论了BMVDR算法对双耳线索中的耳间时间差(ITD)的保留能力。由于BMVDR算法会在最大程度上抑制噪声信号的特点,导致BMVDR不具有保留方向噪声空间信息的能力。针对这一缺陷而设计的BMVDR-η和BMVDR-ITF波束形成器可以较好地解决这一问题。BMVDR-η通过对方向干扰设置加权因子可以有效保留方向噪声空间信息。BMVDR-ITF通过加入方向噪声的输入和输出ITF相等的限制条件来实现对其空间信息的保留。由于BMVDR-ITF具有更少的约束条件,该结构具有更好的噪声抑制能力相比于BMVDR-η。但对于方向噪声空间信息的保留是以降低输出信噪比为代价的。最后算法在PC上进行仿真,仿真结果验证了理论的分析。
【关键词】：波束形成 BMVDR BMVDR-η BMVDR-ITF 耳间时间差
【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】：R764.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 课题研究的历史及国内外发展现状10-15
• 1.2.1 波束形成在语音增强应用中的发展11-13
• 1.2.2 助听器未来研究的热点问题13-15
• 1.3 本论文主要研究内容15-16
• 第2章 数字助听器的原理16-27
• 2.1 宽动态压缩16-17
• 2.2 高频重塑17-18
• 2.3 回波抵消18-19
• 2.4 波束成形19-21
• 2.4.1 波束形成的基本原理19-20
• 2.4.2 波束形成器的性能度量指标20-21
• 2.5 一种常用的双麦克风波束形成算法FDM21-25
• 2.5.1 系统零增益方向与自适应增益值的关系22-24
• 2.5.2 增益值的最优解24-25
• 2.5.3 算法仿真25
• 2.6 本章小结25-27
• 第3章 基于最优准则的波束形成算法及GSC的实现27-38
• 3.1 MVDR算法27-29
• 3.1.1 最小方差无失真响应（MVDR）算法27-28
• 3.1.2 MVDR算法的仿真28-29
• 3.2 LCMV波束形成器29-32
• 3.2.1 算法推导29-30
• 3.2.2 LCMV波束形成器算法仿真30-32
• 3.3 广义旁瓣抵消（GSC）算法32-34
• 3.3.1 GSC的结构32-33
• 3.3.2 GSC的推导33-34
• 3.4 GSC算法的实现34-37
• 3.4.1 GSC算法的实现结构图34-35
• 3.4.2 算法实现过程中的优化35
• 3.4.3 GSC算法仿真35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 基于MVDR算法的改进与仿真分析38-55
• 4.1 基于MVDR改进的BMVDR算法38-40
• 4.2 BMVR算法仿真与结果分析40-44
• 4.2.1 方向图比较41-43
• 4.2.2 对于目标方向上产生的信噪比增益的比较43-44
• 4.3 基于ITF的双耳线索保留模型44-46
• 4.4 基于BMVDR改进BMVDR-η46-47
• 4.5 基于BMVDR改进的BMVDR-ITF47-48
• 4.6 双耳线索保留能力的分析48-49
• 4.7 算法性能分析49-51
• 4.8 ITD信息保留仿真51-54
• 4.9 本章小结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 马小玲;刘训;张思幸;张锰康;曹修山;田刘铭;高雯;;国内助听器的现状调研与发展分析[J];中央民族大学学报(自然科学版);2014年01期

2 何艳辉;梁维谦;董保帅;张浩;;基于频域的数字助听器中的啸叫检测与抑制[J];电声技术;2012年08期

3 梁瑞宇;奚吉;张学武;;数字助听器发展现状及其算法综述[J];信息化研究;2011年01期

，

本文编号：1021288