一种可跟踪移动声源方向的麦克风阵列语音增强算法.pdf

第 54卷 第 4期 2015年 7月 厦门大学学报(自然科学版) Journal of Xiamen University(Natural Science) Vo1．54 No．4 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：TN 912．3 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— eralized sidelobe canceler，GSC)l1 是一种常用的麦克 风阵列噪声消除方法_2]，在语音信号处理领域得到广 泛的研究和应用_3]，如视频会议[4]、现代助听器[5]、智 能机器人 等，使用麦克风阵列处理声音信号已成为 一 个热点E T]．Gannot等_8 提出了基于传输函数 GSC 的麦克风阵列语 音增强结构 以处理不 同的声学传输 函数．李芳兰等 提出了采用可调波束形成器 (adjust— able generalized sidelobe canceler，AGSC)麦克 风阵 列语音增强算法．针对传统麦克风阵列孔径有限的问 题，由分布在空间中多个节点组成的分布式麦克风阵 列成为当前的研究热点_1 “]． 由于声源 固定 时容易 获得较高的声源 方向估计 性能 ，上述麦克风阵列语音增强算法在声 源固定 时表 现 出良好的降噪效果．但在智能家居 、视频会议 、移动 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 差引起 的信号泄露将严重影响消噪性能．广义互相关 (generalized cross—correlation，GCO)l1 。胡被广 泛应用 于移动声源方位估计，但存在对信噪比要求较高、混 响环境下定位性能下降等问题 ；Nadiri等_】4_采用球面 调和函数(spherical harmonics，SH)提 高严重混响条 件下 的声源定 向性能 ，但该算法需要采用较为复杂、 阵元数较多(32元 )的球形麦克风阵列． 同时，传统上声源方向估计和语音增强处理由相 互独立的测向算法和增强算法分别完成，因此在方向 估计阶段无法利用语音增强来改善方 向估计精度 ，而 方 向估计精度又直接影响语音增强效 果．基于此，本 文提出了可跟踪声源方向的麦克风阵列语音增强算 法，该算法采用两个平行滤波器组作为梯度导引的声 源方向跟踪器，利用梯度信息进行声源方向的迭代跟 踪 ，并将此跟踪器嵌入 GSC结构 中，从而实现声源方 向梯度迭代跟踪和语音增强的联合实现，改善算法在 声源移动时的语音增强性能．实验室背景噪声下移动 声源的语音增强实验结果证明了本文算法的有效性． 1 GSC GSC结构如图 1所示，由非 自适应支路和 自适应 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—11 O6 录用 日期 ：2015一O4—28 基金项 目：国家 自然科学基金；福建省高校产学合作重大项 目(2015H6019) *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)：55l 555． Citation：Chen Lei，Jiang W eihua，Tong Feng，et a1．A microphone array speech enhancement algorithm with tracking capability upon moving speakers[J]．Journal of Xiamen University：Natural Science，2015，54(4)：551-555．(in Chinese) 厦门大学学报(自然科学