一种可跟踪移动声源方向的麦克风阵列语音增强算法

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1、第54卷第4期厦门大学学报(自然科学版)Vo1．54No．42015年7月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Ju1．2015一种可跟踪移动声源方向的麦克风阵列语音增强算法陈磊，江伟华，童峰，洪青阳(1．厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，2．厦门大学信息科学与技术学院，福建厦门361005)摘要：麦克风阵列语音增强技术已在语音信号处理中得到广泛研究．但在智能家居等领域中，当说话人等声源移动导致声源方向相对麦克风阵列发生变化时，由此产生的信号泄露将严重影响消噪性能．本文提出了一种基于麦克风阵列进行移动声源方向跟踪和噪声消除的联合算法，该

2、方法利用两个平行滤波器组构成梯度迭代的移动声源方向跟踪器，并将该声源跟踪器嵌入广义旁瓣抵消器结构中从而进行声源方向梯度迭代跟踪和麦克风阵列语音增强的联合实现．在实验室噪声背景下移动声源的语音增强结果表明了该方法的有效性．关键词：语音增强；麦克风阵列；梯度迭代；广义旁瓣抵消器中图分类号：TN912．3文献标志码：A文章编号：0438—0479(2015)04—0551—05由Griffiths和Jim提出的广义旁瓣抵消器(gen—响环境下定位性能下降等问题；Nadiri等_】4_采用球面eralizedsidelobecanceller，GSC)l1是一种常用的麦克调和函数(sphericalh

3、armonics，SH)提高严重混响条风阵列噪声消除方法_2]，在语音信号处理领域得到广件下的声源定向性能，但该算法需要采用较为复杂、泛的研究和应用_3]，如视频会议[4]、现代助听器[5]、智阵元数较多(>32元)的球形麦克风阵列．能机器人等，使用麦克风阵列处理声音信号已成为同时，传统上声源方向估计和语音增强处理由相一个热点ET]．Gannot等_8提出了基于传输函数GSC互独立的测向算法和增强算法分别完成，因此在方向的麦克风阵列语音增强结构以处理不同的声学传输估计阶段无法利用语音增强来改善方向估计精度，而函数．李芳兰等提出了采用可调波束形成器(adjust—方向估计精度又直接影响语音增强效

4、果．基于此，本ablegeneralizedsidelobecanceller，AGSC)麦克风阵文提出了可跟踪声源方向的麦克风阵列语音增强算列语音增强算法．针对传统麦克风阵列孔径有限的问法，该算法采用两个平行滤波器组作为梯度导引的声题，由分布在空间中多个节点组成的分布式麦克风阵源方向跟踪器，利用梯度信息进行声源方向的迭代跟列成为当前的研究热点_1“]．踪，并将此跟踪器嵌入GSC结构中，从而实现声源方由于声源固定时容易获得较高的声源方向估计向梯度迭代跟踪和语音增强的联合实现，改善算法在性能，上述麦克风阵列语音增强算法在声源固定时表声源移动时的语音增强性能．实验室背景噪声下移动现出良好的降噪效果

5、．但在智能家居、视频会议、移动声源的语音增强实验结果证明了本文算法的有效性．机器人等场合中当说话人等声源移动时，声源方向相对麦克风阵列发生变化，由此导致的声源方位估计误1GSC差引起的信号泄露将严重影响消噪性能．广义互相关(generalizedcross—correlation，GCO)l1。胡被广泛应用GSC结构如图1所示，由非自适应支路和自适应于移动声源方位估计，但存在对信噪比要求较高、混支路组成．图中上方的非自适应支路采用系数固定的收稿日期：2014—11O6录用日期：2015一O4—28基金项目：国家自然科学基金(61105026)；福建省高校产学合作重大项目(2015H6019)*

6、通信作者：fton@@xInu．edu．cn引文格式：陈磊，江伟华，童峰，等．一种可跟踪移动声源方向的麦克风阵列语音增强算法[J]．厦门大学学报：自然科学版，2O15，54(4)：55l555．Citation：ChenLei，JiangWeihua，TongFeng，eta1．Amicrophonearrayspeechenhancementalgorithmwithtrackingcapabilityuponmovingspeakers[J]．JournalofXiamenUniversity：NaturalScience，2015，54(4)：551-555．(inChinese)厦门大

7、学学报(自然科学版)滤波器对按照声源方位时延补齐后的各通道信号x本文提出的内嵌声源方向跟踪器GSC算法结构(”)进行滤波处理，得到初步增强的参考信号d()．下如图2所示．考虑M(以M为偶数的情况为例)个麦克方自适应支路通过阻塞矩阵B对各通道信号进行白风组成的阵列孔径为d的均匀直线阵，设声场为远场适应滤波，去除其中的目标语音成分，得到噪声干扰传播模型，声波以平行波方式传播．记x()一[信号U()．G