一种对噪声场具有鲁棒性的语音增强方法

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1、第31卷第4期大连交通大学学报Vo1．3lNo．42010年8月JOURNAL0FDALIANJIAOT0NGUNIVERSITYAug．2010文章编号：1673—9590(2010)04．0029—04一种对噪声场具有鲁棒性的语音增强方法张丽艳，林隆宇，贾世杰，李桂林，曾洁，郭宇明(大连交通大学电气信息学院，辽宁大连116028)摘要：对于可变噪声场，提出了一种自适应波束形成与后置滤波融合的波束形成麦克风阵列语音增强方法．针对自适应波束形成语音增强方法和后置滤波方法分别适用于强相干噪声场和非相干噪声场的现象，此方法将两种方法结

2、合，既能抑制相干噪声，又能抑制非相干噪声．仿真实验表明，该方法对相干和非相干噪声场均有较好的消噪性能，因此具有较好的噪声鲁棒性．关键词：自适应波束形成；后置滤波；麦克风阵列；语音增强文献标识码：A0引言束形成结合，给出了一种新的波束形成语音增强方法，该方法对于相干噪声场和非相干噪声场均语音增强技术是信号处理领域中的主要研究有较好的消噪性能．内容，在现代多媒体通信体技术以及人工智能系统中应用广泛．语音增强方法自提出至今，1声学模型经历了单麦克风语音增强技术到阵列语音增强技设语音信号为s(rt)，方向干扰噪声为术的转化，因为麦克风阵列

3、语音处理技术采用“电子瞄准”的方法，可以从声源位置获取较高，()(1≤≤．，)，语音源和第-『个干扰噪声源品质的语音因而得到广泛应用．其中波束形成是与第i个麦克风之间的声学通道传递函数分别为麦克风阵列语音增强的典型算法，它可分三h(n)和h(n)，背景噪声为73(n)，则第i个麦克类u4J：固定波束形成、自适应波束形成、后置滤波风接收信号可以表示为波束形成．固定波束形成语音增强由于采用的滤，波器的权值固定不变，因而方法简单，运算量低，Xi()=s(n)(n)+∑(n)J=L容易实现，能够抑制背景噪声，但是不具备自适应h(n)+(n

4、)(1)抑制强干扰的能力，因此对于可变噪声场，效果一式中“”表示线性卷积．改变有向干扰噪声般．自适应波束形成方法，例如Frost提出的线性，()和背景噪声(n)的大小，可以改变噪声场约束自适应波束形成法J，是在某种约束条件的性质．下，使输出信号能量达到最小．这是用优化手段实现语音增强的一种方法，这种算法在相干噪声场2波束形成方法情况下，可以得到较高的信噪比改善，但在弱相干2．1自适应波束形成方法噪声场或在散射噪声场中，性能甚至不如传统的Frost提出的线性约束自适应波束形成法固定波束形成方法．后置滤波语音增强方法可以用来去除非相干

5、噪声，但在相干噪声场情况下性是一种线性约束自适应波束形成方法．该方法是能退化，甚至不能应用．为此，本文针对噪声场可一种带约束的最小均方算法，是在保持注视方向变的应用场合，将自适应波束形成和后置滤波波上频响不变的条件下使输出噪声功率最小的方收稿日期：2010-03-05基金项目：国家科技部创新基金资助项目(09C2622123243)作者简介：张丽艳(1974一)，女，讲师，博士，主要从事信号处理的研究E-mail：zhangly@ajtu．edu．cn．大连交通大学学报第3l卷法．该方法的原理结构框图如图l所示．^[Re{肘一lM

6、(甜))】即，l(t．O)=(击M(∞)()(7)()式中(∞)与()分别表示互功率谱与自功率谱，“Re(·)”表示取实部运算符．总之，后置滤波方法可以有效地消除非相干图1线性约束自适应波束形成原理框图噪声，在消除强相干噪声方面具有一定的局限性．3自适应波束形成与后置滤波融合设有个麦克风，每个通道帧长为N，MN维滤波的语音增强方法器向量为=【Wl2⋯W](2)针对自适应波束形成语音增强方法和后置滤输入信号向量为波方法分别适用于强相干噪声场和非相干噪声场=[I2⋯】(3)的现象，本文将两种方法结合，提出了新的波束形成麦克风阵列语音增

7、强方法，该方法对相干和非则线性约束自适应波束形成的输出为Y。t(n)=。T(n)(4)相干噪声场均有较好的消噪性能．因此该方法具有较好的鲁棒性．最后，关于MN个滤波器系数的问题就变为线性3．1算法结构约束最小方差(LCMV)优化求解问题，即minT本文将Frost提出的自适应波束形成方法与wRxxw(5)Zelinski提出的后置滤波方法结合，给出了一种融T【s．t．c加=厂合算法的原理结构框图，如图3所示．该方法仍可总之，自适应波束形成语音增强方法使用为看作是一种后置滤波波束形成方法，采用自适应数较少的麦克风，便可以抑制此方向上

8、的强相关波束形成法的输出代替固定波束形成法的输出．于扰噪声，但是，随着混响程度的加深，自适应波这种方法本质上均属于自适应波束形成法与后置束形成方法对非相干噪声的消噪性能迅速退化．滤波波束法两种方法的融合算法，它继承了这两2．2后置滤波的语音增强方法