可適應(yīng)強(qiáng)烈背景噪聲的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種語(yǔ)音信號(hào)處理裝置，尤其是涉及一種可適應(yīng)強(qiáng)烈背景噪聲的麥克 風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 麥克風(fēng)陣列技術(shù)由多個(gè)麥克風(fēng)按照一定空間結(jié)構(gòu)組合而成，其采集到的語(yǔ)音信號(hào) 在時(shí)頻域的基礎(chǔ)上增加了空間域信息，從而可對(duì)采集到的多路信號(hào)進(jìn)行空時(shí)分集處理，麥 克風(fēng)陣列可對(duì)不同方向上的信號(hào)形成不同響應(yīng)，也即陣列的空間指向特性，因而可充分利 用多路語(yǔ)音提供的空間信息提高語(yǔ)音信號(hào)信噪比，改善語(yǔ)音信號(hào)處理性能，在語(yǔ)音識(shí)別、說(shuō) 話(huà)人識(shí)別、視頻會(huì)議等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。
[0003] 在較為安靜的背景環(huán)境下，目前常用的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)算法都有較好的語(yǔ)音 增強(qiáng)檢測(cè)性能，但在實(shí)際背景噪聲環(huán)境特別是在汽車(chē)、空調(diào)外機(jī)、音響、家電、機(jī)械等背景噪 聲較為強(qiáng)烈而持續(xù)的情況下，常規(guī)麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音算法的語(yǔ)音增強(qiáng)性能往往不能令人滿(mǎn) 意?？紤]到實(shí)際使用的大部分情況是有背景噪聲的，而汽車(chē)、空調(diào)外機(jī)、音響等背景噪聲較 為強(qiáng)烈而持續(xù)的情況常常存在于各類(lèi)語(yǔ)音信號(hào)處理領(lǐng)域中。因此，研究可適應(yīng)強(qiáng)烈背景噪 聲情況下的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)裝置對(duì)于提高語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的穩(wěn)健性和實(shí)用性都起 著關(guān)鍵的作用。
[0004] 中國(guó)專(zhuān)利ZL 200510105526.7提出一種使用噪聲降低的多通道自適應(yīng)語(yǔ)音信號(hào)處 理方法，該方法通過(guò)對(duì)GSC的固定波束通路增加一個(gè)自適應(yīng)處理器改善信號(hào)通道的信噪比。 該方法借助頻域時(shí)延估計(jì)來(lái)補(bǔ)償各通道時(shí)延，以使得波束對(duì)準(zhǔn)聲源方向。該方法在獲取了 聲源方向后，按照聲源方向通過(guò)阻塞矩陣形成參考噪聲通路，因此當(dāng)部分語(yǔ)音信號(hào)成分泄 漏到參考噪聲通路時(shí)將影響GSC算法的語(yǔ)音增強(qiáng)性能。
[0005] 中國(guó)專(zhuān)利ZL 2012104970169公開(kāi)了一種可抑制移動(dòng)噪聲的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng) 裝置，該裝置首先基于端點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果分別對(duì)語(yǔ)音段、噪聲段信號(hào)進(jìn)行波束掃描，獲取噪聲 源、語(yǔ)音聲源方向信息;在獲得噪聲源、語(yǔ)音聲源方向信息后可換算出每個(gè)通道的時(shí)延補(bǔ)償 指并據(jù)此進(jìn)行噪聲方向、語(yǔ)音聲源方向的時(shí)延補(bǔ)償疊加形成分別對(duì)準(zhǔn)噪聲源、語(yǔ)音聲源的 波束;最后通過(guò)語(yǔ)音通路、噪聲通路進(jìn)行噪聲自適應(yīng)噪聲消除處理，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音增強(qiáng)。
[0006] 中國(guó)專(zhuān)利ZL 2009102654269公開(kāi)一種麥克風(fēng)陣列降噪控制方法及裝置，該裝置對(duì) 麥克風(fēng)陣列采集的所有聲音信號(hào)計(jì)算入射角度，并根據(jù)入射角度進(jìn)行信號(hào)成分的統(tǒng)計(jì)，從 而根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果中噪聲成分所占的比率確定控制參數(shù)，對(duì)自適應(yīng)濾波器進(jìn)行控制，達(dá)到消 除噪聲、提高信噪比的目的。
[0007] 但是，當(dāng)存在汽車(chē)、空調(diào)外機(jī)、音響等較為強(qiáng)烈和持續(xù)的背景噪聲時(shí)，由于來(lái)自聲 源的語(yǔ)音信號(hào)被強(qiáng)烈背景噪聲掩蓋，此時(shí)，上述文獻(xiàn)中頻域時(shí)延估計(jì)、波束掃描、入射角度 計(jì)算等方法均已無(wú)法有效獲取聲源方向信息進(jìn)行麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)。因此，在強(qiáng)烈的背 景噪聲下傳統(tǒng)的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)方法無(wú)法獲得語(yǔ)音增強(qiáng)效果，而需利用其他信息來(lái)抑 制背景噪聲的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種可適應(yīng)強(qiáng)烈背景噪聲的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)裝置。
[0009] 本發(fā)明設(shè)有麥克風(fēng)陣列、波束掃描模塊、波束變化檢測(cè)模塊、語(yǔ)音波束形成模塊、 波束恒量檢測(cè)模塊、噪聲波束形成模塊、自適應(yīng)噪聲消除模塊；
[0010] 所述麥克風(fēng)陣列的輸出端分別接波束掃描模塊、語(yǔ)音波束形成模塊、噪聲波束形 成模塊，波束掃描模塊的波束變化信號(hào)輸出端接波束變化檢測(cè)模塊的輸入端，波束變化檢 測(cè)模塊的輸出端通過(guò)語(yǔ)音聲源方向接語(yǔ)音波束形成模塊的輸入端，語(yǔ)音波束形成模塊的輸 出端接自適應(yīng)噪聲消除模塊的輸入端;波束掃描模塊的波束恒量信號(hào)輸出端接波束恒量檢 測(cè)模塊的輸入端，波束恒量檢測(cè)模塊的輸出端經(jīng)噪聲源方向接噪聲波束形成模塊的輸入 端，噪聲波束形成模塊的輸出端接自適應(yīng)噪聲消除模塊的輸入端，自適應(yīng)噪聲消除模塊的 輸出端輸出增強(qiáng)語(yǔ)音信號(hào)。
[0011] 所述麥克風(fēng)陣列可采用至少2元麥克風(fēng)陣列。
[0012] 所述麥克風(fēng)陣列用于進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)多通道采集，麥克風(fēng)陣列采集的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)前 置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路后通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)直接輸入波束掃描模塊、語(yǔ)音波束形成模塊和噪 聲波束形成模塊。
[0013] 所述波束掃描模塊對(duì)接收到的強(qiáng)烈噪聲背景下語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行波束掃描，獲取含噪 信號(hào)的方向信息；波束恒量檢測(cè)模塊對(duì)掃描模塊獲取的方向信息提取恒定成分，獲取強(qiáng)烈 背景噪聲的方向信息；并輸入噪聲波束形成模塊，根據(jù)噪聲方向信息計(jì)算各通道時(shí)延補(bǔ)償 值，并據(jù)此對(duì)麥克風(fēng)陣列各通道接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償、疊加以增強(qiáng)噪聲方向語(yǔ)音信號(hào);波 束變化檢測(cè)模塊對(duì)掃描模塊獲取的方向信息提取變化成分，獲取語(yǔ)音信號(hào)的方向信息;獲 取的語(yǔ)音方位信息輸入語(yǔ)音波束形成模塊，根據(jù)語(yǔ)音方向信息計(jì)算各通道時(shí)延補(bǔ)償值，并 據(jù)此對(duì)麥克風(fēng)陣列各通道接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償、疊加以增強(qiáng)語(yǔ)音方向語(yǔ)音信號(hào)；自適應(yīng) 噪聲消除器模塊則利用輸入的語(yǔ)音信號(hào)、噪聲信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)噪聲對(duì)消處理，并輸出增強(qiáng) 語(yǔ)音信號(hào)。
[0014] 本發(fā)明針對(duì)聲紋識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等智能家居、辦公等領(lǐng)域存在強(qiáng)烈背景噪聲時(shí)麥 克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)的困難，本發(fā)明提出首先采用技術(shù)成熟、使用簡(jiǎn)單方便的波束掃描手段 來(lái)獲取含噪信號(hào)波束，并通過(guò)對(duì)波束中恒量和變化成分的檢測(cè)獲得噪聲及聲源方向信息， 用于麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)算法實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音增強(qiáng)。
[0015] 基于上述考慮，本發(fā)明提出利用麥克風(fēng)陣列對(duì)強(qiáng)烈背景噪聲中說(shuō)話(huà)人語(yǔ)音造成的 空間波束域非平穩(wěn)進(jìn)行檢測(cè)，利用對(duì)強(qiáng)烈背景噪聲下空間波束的恒定和變化成分的檢測(cè)區(qū) 分強(qiáng)烈背景噪聲和語(yǔ)音信號(hào)，從而可在強(qiáng)烈背景噪聲條件下有效地獲得聲源的正確方向， 提高強(qiáng)烈背景噪聲條件下的語(yǔ)音增強(qiáng)性能。由于本發(fā)明提出的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)裝置利 用的是強(qiáng)烈噪聲與語(yǔ)音信號(hào)在空間域非平穩(wěn)特征的差異進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)需采用信號(hào)能量進(jìn)行 檢測(cè)，因而可適用于語(yǔ)音信號(hào)被強(qiáng)烈背景噪聲掩蓋的惡劣環(huán)境下獲取聲源方向改善語(yǔ)音增 強(qiáng)性能。
[0016] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)適應(yīng)強(qiáng)烈背景噪聲的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)的具體思路為:首先對(duì)接收 的含噪語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行波束掃描，獲取波束信息;對(duì)波束分別進(jìn)行恒量和變化檢測(cè)獲得噪聲、 語(yǔ)音方向；獲得噪聲源、語(yǔ)音聲源方向信息后可換算出每個(gè)通道的時(shí)延補(bǔ)償指并據(jù)此進(jìn)行 噪聲方向、語(yǔ)音聲源方向的時(shí)延補(bǔ)償疊加形成分別對(duì)準(zhǔn)噪聲源、語(yǔ)音聲源的波束;最后通過(guò) 語(yǔ)音通路、噪聲通路進(jìn)行噪聲自適應(yīng)噪聲消除處理，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音增強(qiáng)。
[0017] 與目前已有的傳統(tǒng)麥克風(fēng)陣列定位與語(yǔ)音增強(qiáng)方法相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在 于：由于采用波束掃描結(jié)合波束恒量、變化檢測(cè)在空間域區(qū)分信號(hào)與噪聲，不依賴(lài)于信號(hào)和 噪聲的能量關(guān)系因而可工作在信號(hào)被強(qiáng)烈噪聲掩蓋的惡劣應(yīng)用情況。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成框圖。
[0019] 圖2為5元麥克風(fēng)陣列及其與微處理器連接電路原理圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例波束掃描各通道時(shí)延補(bǔ)償原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特征、優(yōu)點(diǎn)更加明顯易懂，以下實(shí)施例將結(jié)合附圖具體 說(shuō)明如下：
[0022] 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有麥克風(fēng)陣列1、波束掃描模塊2、波束變化檢測(cè)模塊3、 語(yǔ)音波束形成模塊4、波束恒量檢測(cè)模塊5、噪聲波束形成模塊6、自適應(yīng)噪聲消除模塊7; [0023]所述麥克風(fēng)陣列1的輸出端分別接波束掃描模塊2、語(yǔ)音波束形成模塊4、噪聲波束 形成模塊6,波束掃描模塊2的波束變化信號(hào)輸出端接波束變化檢測(cè)模塊3的輸入端，波束變 化檢測(cè)模塊3的輸出端通過(guò)語(yǔ)音聲源方向A接語(yǔ)音波束形成模塊4的輸入端，語(yǔ)音波束形成 模塊4的輸出端接自適應(yīng)噪聲消除模塊7的輸入端;波束掃描模塊2的波束恒量信號(hào)輸出端 接波束恒量檢測(cè)模塊5的輸入端，波束恒量檢測(cè)模塊5的輸出端經(jīng)噪聲源方向B接噪聲波束 形成模塊6的輸入端，噪聲波束形成模塊6的輸出端接自適應(yīng)噪聲消除模塊7的輸入端，自適 應(yīng)噪聲消除模塊7的輸出端輸出增強(qiáng)語(yǔ)音信號(hào)。
[0024] 所述麥克風(fēng)陣列1可采用5元麥克風(fēng)陣列。
[0025] 所述麥克風(fēng)陣列用于進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)多通道采集，麥克風(fēng)陣列采集的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)前 置放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路C后通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)直接輸入波束掃描模塊、語(yǔ)音波束形成模塊和噪 聲波束形成模塊。
[0026] 所述波束掃描模塊對(duì)接收到的強(qiáng)烈噪聲背景下語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行波束掃描，獲取含噪 信號(hào)的方向信息；波束恒量檢測(cè)模塊對(duì)掃描模塊獲取的方向信息提取恒定成分，獲取強(qiáng)烈 背景噪聲的方向信息；并輸入噪聲波束形成模塊，根據(jù)噪聲方向信息計(jì)算各通道時(shí)延補(bǔ)償 值，并據(jù)此對(duì)麥克風(fēng)陣列各通道接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償、疊加以增強(qiáng)噪聲方向語(yǔ)音信號(hào);波 束變化檢測(cè)模塊對(duì)掃描模塊獲取的方向信息提取變化成分，獲取語(yǔ)音信號(hào)的方向信息;獲 取的語(yǔ)音方位信息輸入語(yǔ)音波束形成模塊，根據(jù)語(yǔ)音方向信息計(jì)算各通道時(shí)延補(bǔ)償值，并 據(jù)此對(duì)麥克風(fēng)陣列各通道接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償、疊加以增強(qiáng)語(yǔ)音方向語(yǔ)音信號(hào)；自適應(yīng) 噪聲消除器模塊則利用輸入的語(yǔ)音信號(hào)、噪聲信號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)噪聲對(duì)消處理，并輸出增強(qiáng) 語(yǔ)音信號(hào)。
[0027] 本發(fā)明提出的可適應(yīng)強(qiáng)烈背景噪聲的麥克風(fēng)陣列語(yǔ)音增強(qiáng)裝置實(shí)現(xiàn)強(qiáng)烈背景噪 聲下語(yǔ)音增強(qiáng)功能的步驟包括:波束掃描、波束恒量檢測(cè)、波束變