一种麦克风阵列及实现语音信号增强的方法

摘要

本发明公开了一种麦克风阵列及实现语音信号增强的方法，其特征在于，先将N个具有相同单元方向因子的阵元均匀径向地向外排列在一个半径为R的圆周上；形成2π弧度范围的信号接收处理的圆形阵列；或者将所述阵元均匀径向地向外排列在一个半径为R、圆心角为φ的一段圆弧上构成φ弧度范围信号接收处理的的部分圆形阵列；然后根据期望的信号方位，按照阵列的需要处理的音频信号的中心频率计算出各个阵元上的加权值以及某一2π/N弧度范围内的入射方向对应的加权向量，随之可以利用循环移位操作得到整个圆形阵列或部分圆形阵列其他入射方向的加权向量；最后对各个阵元上接收到的信号按计算出来的加权值进行加权合并。

主权项

1.一种用麦克风阵列实现语音信号增强的方法，其特征在于，包括下述步骤：a)将多个具有相同单元方向因子的阵元均匀径向地向外排列在一个半径为R的圆周上以形成2π弧度范围的信号接收处理的圆形阵列或者将所述阵元均匀径向地向外排列在一个半径为R、圆心角为φ的一段圆弧上构成φ弧度范围信号接收处理的部分圆形阵列；所述圆形阵列或部分圆形阵列的相邻两个阵元与圆心连线的夹角为2π/N弧度，N是阵元的总数目，对圆形阵列而言，N取值范围为3至500；对部分圆形阵列而言，N取值范围为2至500；b)根据期望的信号入射角度，按照阵列的设计工作频率计算出各个阵元上的加权值，包括相位加权或/和幅度加权，所述阵列的设计工作频率为需要处理的音频信号的中心频率；对于加权值的计算，只需计算出某一2π/N弧度范围内的入射方向对应的加权向量，随之利用循环移位操作得到整个圆形阵列或部分圆形阵列其他入射方向的加权向量；所述某一2π/N弧度范围内的入射方向对应的加权向量为：$W_{f_0,{\theta }_d}=A\left({\theta }_d\right)={(1,e^{j\frac{2\pi }{{\lambda }_0}r[{\cos \theta }_d-\cos (\frac{2\pi }{N}-{\theta }_d)]},e^{j\frac{2\pi }{{\lambda }_0}r[{\cos \theta }_d-\cos (\frac{2\pi }{N}2-{\theta }_d)]},...,e^{j\frac{2\pi }{{\lambda }_0}r[{\cos \theta }_d-\cos (\frac{2\pi }{N}(N-1)-{\theta }_d)]})}^T$式中：θ_d表示为期望的信号入射角度；f₀表示阵列的设计工作频率；表示该频率对应的波长；T表示矩阵转置；c)对各个阵元上接收到的信号按计算出来的加权值进行加权合并；步骤b)所述循环移位操作是指在期望的信号入射角度为θ_d时计算出的加权向量为如果期望的信号入射角度改变k是任意一整数，即对应入射方向为时，加权向量为这里定义为的循环移位，即：k＞0时$\mathrm{SHIFT}(W_{f_0,{\theta }_d},k)={\left(\begin{array}{cccccc}{W}_{f_0,{\theta }_d}(N-k+1)& ···& W_{f_0,{\theta }_d\left(N\right)}& W_{f_0,{\theta }_d}\left(1\right)& ···& W_{f_0,{\theta }_d}(N-k)\end{array}\right)}^T$k＜0时$\mathrm{SHIFT}(W_{f_0,{\theta }_d},k)={\left(\begin{array}{cccccc}{W}_{f_0,{\theta }_d}(1-k)& ···& W_{f_0,{\theta }_d\left(N\right)}& W_{f_0,{\theta }_d}\left(1\right)& ···& W_{f_0,{\theta }_d}(-k)\end{array}\right)}^T$k＝0时$\mathrm{SHIFT}(W_{f_0,{\theta }_d},k)=W_{f_0,{\theta }_d}$其中是加权向量的第i个元素；步骤c)所述加权合并的方法为将各阵元所接收到的信号按步骤b)得到的加权向量加权相加，加权合并后得到的信号为：$y\left(t\right)=\mathrm{Real}\left[\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{W}_{f_c,{\theta }_d}^{H}s(t-t_k)\right]---\left(6\right)$或$y\left(t\right)=\mathrm{Real}\left[\underset{k=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}{A}_k{W}_{f_c,{\theta }_d}^{H}s(t-t_k)\right]---\left(7\right)$其中，(6)式为相位加权表达式；(7)式为幅度加权表达式；式中：t_k表示信号到第k个阵元的延时；A_k表示第k个阵元上的幅度加权值；Real[.]表示取实部；H表示矩阵的共轭转置。