超级麦克风-台北科技大学资讯工程系.PDF

台北科技大學資訊工程系 實務專題計畫成果報告 超級麥克風 專題編號：093CSIE-S009 專題計劃參與人員曾智鵬 賴柏林 指導教授：尤信程 副教授 執行期間：92 年 2學期至 93 年 1 學期 目錄 第 一 章 前言 1 1.1 緣由與目的1 第 二 章 DSP簡介 3 2.1 什麼是 DSP(Digital Signal Processor) 3 2.2 ＤＳＰ與一般單晶片的差異3 2.3 ＤＳＰ基本理論5 2.4 ＤＳＰ的應用6 第 三 章 Adaptive filter 與麥克風陣列 8 3.1 Adaptive filter 適應性噪音消除器 8 3.2 麥克風陣列10 第 四 章 實驗 12 4.1 實驗步驟 12 4.2 使用工具 12 4.3 結果 14 第 五 章 結論 23 附錄 24 i 第 一 章 前言 1.1 緣由與目的 麥克風在現今生活上有著廣泛的應用，而生活環境中，充滿了各式各樣的噪音， 因為麥克風除了接收到人們發出的聲音之外，同時也接收了環境週遭的噪音。 這些噪音嚴重的影響麥克風收音的效能最近幾年使用訊號處理技術來降低環境 噪音對語音訊號的影響已經越來越受到重視，陸續有許多研究機構投入此一領 域進行相關的研究，因此如果能發展出一套有效抑制噪音的系統，將會是非常 實用的。 麥克風是負責把人們所發出的聲訊號轉換成電訊號， 但麥克風真的只有這 樣的功能而已嗎？ 不能再提供其它相關的資訊了嗎？ 其實不然，若同時擺放 很多麥克風在特定位置， 使其成為一麥克風陣列， 再搭配上相關電路， 可使 得麥克風不只能做聲音擷取， 還可以偵測出聲源方向， 有了聲源方向就可以 使應用更廣泛。例如：我們可以經由麥克風將噪音與所要接收的聲音去做分析， 就可以將噪音消除，已得到比較佳的聲音。 一般傳統類比式的助聽器構造十分簡單，聲音訊號經由麥克風收近來之 後，經由放大器將振幅放大，再經由耳機輸出供聽覺障礙者收聽。由於傳統的 助聽器對於訊號並不做選擇性放大，也就是說當聽覺障礙者在與人溝通時，對 方說話的語音訊號被放大，同時四周的聲音如器機車引擎，冷氣機甚至其他人 說話的聲音都會被放大。對於聽覺障礙者而言，其並非只有不容易聽到聲音， 而且對於聲音的分辨能力並不佳。故單純的將聲音放大會讓聽覺障礙者覺得十 分吵雜，如何分離語音與其他的噪音變成為一個重要的課題。 由於一般人在與他人溝通時，經常是面對面說話，固對方講話的聲音通常 1 位於助聽器與用者的正前方，因此本研究的目的是希望能夠以正前方所收到的 聲音訊號為語音訊號，而其他方向聲音訊號視為背景噪音並將其消除。再助聽 器的架構上希望以二個麥克風便能達成目的。也由於數位訊號處理器的進步， 可以將訊號及實執行的適應性噪音消除演算法，將背景噪音去除。經過一連串 的各種情況模擬，我們發現含有噪音的主要訊號再經過一連串的處理，所播放 出來的聲音，聲音變的非常乾淨且清楚，把大部份的背景噪音濾掉了，效果非 常的顯著，並且能夠立即播放。 對語音訊號消除雜音的方法有很多種，一般來說以主動式的方法來雜音效能比 較好，此專題以 DSP處理器配合 Adaptive Filter 與 LMS演算法以及麥克風陣 列，做一個主動式雜音消除系統，來達到有效的加強語音，抑制噪音的目的。