麦克风阵列声源定位和语言增强技术研究

论文摘要

麦克风作为语音拾取的重要工具,广泛的运用于语音信号处理工作中。然而,单个麦克风在噪声处理、声源定位和跟踪,语音提取和分离等方面存在明显不足,严重影响了语音通信质量。如果使用多个麦克风组成阵列,对来自不同方向的信号进行空时处理,将有利于自动跟踪说话人的方向和位置并提高信噪比,从而弥补上述不足。因此,麦克风阵列系统已经成为当前阵列语音信号处理研究的一个热点。基于麦克风阵列的声源定位及语音增强技术在视频会议、声音检测、助听器、车载免提电话等领域有重要的应用价值。而应用于雷达声纳领域的传统的阵列信号处理理论已非常完善,很多用于阵列信号处理的算法加以修改就可以用于麦克风阵列当中。本文首先从上述应用背景出发,讨论了基于麦克风阵列的声源定位技术,分析了三大类实现声源定位的算法。之后,根据阵列信号处理中的MUSIC算法为原型,按照语音信号自身的特点,将该算法进行改进,改进后的算法可以应用于近场的声源定位。并在此基础上介绍了一种基于T型阵的三维定位方法,提高了定位精度且降低了计算复杂度。由声源定位得到的信息,介绍了延迟叠加波束形成和广义旁瓣对消两种语音增强方法。最后,通过声源定位和语音增强实验,验证了以上算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 麦克风阵列的研究意义
• 1.2 麦克风阵列的技术背景
• 1.3 麦克风阵列研究的难点及需要解决的问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 声源定位理论基础
• 2.1 语音信号处理基础
• 2.1.1 语音的特性
• 2.1.2 噪声特性
• 2.1.3 语音信号的预处理
• 2.2 基于可控波束形成的声源定位法
• 2.3 基于时延估计的声源定位法
• 2.3.1 广义互相关函数法
• 2.3.2 自适应时延估计法
• 2.3.3 方位估计
• 2.4 基于空间谱估计的声源定位法
• 2.5 本章小结
• 第3章 近场MUSIC算法声源定位
• 3.1 传统MUSIC算法
• 3.2 近场麦克风阵列信号模型
• 3.3 谱抵消去噪及语音检测
• 3.3.1 谱抵消去噪
• 3.3.2 语音检测
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 MUSIC算法的改进
• 3.4.1 算法原理
• 3.4.2 实验结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 T型阵3D-MUSIC声源定位
• 4.1 近场3D-MUSIC算法
• 4.2 算法分析
• 4.3 基于T型阵的近场声源定位
• 4.4 实验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 麦克风阵列语音增强系统
• 5.1 声源环境和阵列模型
• 5.1.1 声源模型
• 5.1.2 麦克风阵列信号模型
• 5.1.3 噪声特性
• 5.2 固定波束形成法
• 5.2.1 基本原理
• 5.2.2 消噪性能分析
• 5.3 广义旁瓣对消算法
• 5.3.1 GSC系统结构与原理
• 5.3.2 GSC系统的消噪性能分析
• 5.4 实验结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢