CN111954121A - 一种麦克风阵列定向拾音方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种麦克风阵列定向拾音方法及***,所述方法执行以下步骤:步骤1:布置由若干麦克风组成的呈一字型分布的麦克风阵列,所述一字型分布的麦克风阵列包括位于中间的小间距均匀阵列和位于两侧的大间距非均匀阵列;步骤2:根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号;步骤3:根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号;步骤4:基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,采用自适应滤波方法,得到目标信号。根据本发明的方法,通过较宽的非均匀阵列设计更优的超指向波束形成,同时利用差分波束形成技术有效获取噪声信息,在超指向波束形成的基础上结合了自适应滤波技术,可以更加有效地抑制噪声。
Description
技术领域
本发明涉及音频处理技术领域,特别涉及一种麦克风阵列定向拾音方法及***。
背景技术
目前的麦克风阵列定向拾音方法,主要是根据麦克风阵列阵型设计超指向波束权值,将此固定权值加权至麦克风接收信号,得到增强后的信号,然而,采用这种麦克风阵列定向拾音方法,低频的超指向波束形成的主瓣的较宽,其在强噪环境下降噪效果差。
为了解决在强噪环境中获取特定方向语音的问题,亟需一种麦克风阵列定向拾音方法及***。
发明内容
本发明提供一种麦克风阵列定向拾音方法及***,用以解决在强噪环境中获取特定方向语音的问题。
本发明提供了一种麦克风阵列定向拾音方法,所述方法执行以下步骤:
步骤1:布置由若干麦克风组成的呈一字型分布的麦克风阵列,所述一字型分布的麦克风阵列包括位于中间的小间距均匀阵列和位于两侧的大间距非均匀阵列;
步骤2:根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号;
步骤3:根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号;
步骤4:基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,采用自适应滤波方法,得到目标信号。
进一步地,在所述步骤S1中,所述小间距均匀阵列中麦克风的数量为4个,所述大间距非均匀阵列中麦克风的数量为4个,并且对称地位于所述小间距均匀阵列的两侧,以使所述呈一字型分布的麦克风阵列整体为8个麦克风组成的对称非均匀阵列。
进一步地,在所述呈一字型分布的麦克风阵列中,第一间距大于第二间距,第二间距大于第三间距,其中:
所述第一间距为所述大间距非均匀阵列中位于同一侧的两个麦克风的间距;
所述第二间距为所述大间距非均匀阵列中靠近所述小间距均匀阵列的麦克风与同一侧的所述小间距均匀阵列中边缘位置的麦克风的间距;
所述第三间距为所述小间距均匀阵列中两个麦克风之间的间距。
进一步地,在所述步骤1之后,所述步骤2之前,所述方法还包括以下步骤:
将所述一字型分布的麦克风阵列所接收的信号进行短时傅里叶变换。
进一步地,所述步骤2:根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号执行以下步骤:
步骤S21:根据所述一字型分布的麦克风阵列的整体阵型,设计超指向波束形成权值,其中,波束主瓣方向为阵列90°方向;
步骤S22:将所述一字型分布的麦克风阵列中的全部麦克风所接收的信号,利用超指向波束形成权值在频域进行加权,得到所述初步增强信号。
进一步地,所述步骤3:根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号执行以下步骤:
步骤S31:根据所述小间距均匀阵列,设计差分波束形成权值,其中,波束零陷方向为阵列90°方向;
步骤S32:将所述小间距均匀阵列中的麦克风所接收的信号,利用差分波束形成权值在频域进行加权,得到所述噪声估计信号。
进一步地,所述步骤4:基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,采用自适应滤波方法,得到目标信号执行以下步骤:
步骤S41:基于所述噪声估计信号,采用自适应滤波算法,将所述初步增强信号中的残余噪声滤除,得到滤除噪声后的增强信号;
步骤S42:对所述滤除噪声后的增强信号进行短时傅里叶逆变换,得到最终的目标信号。
本发明实施例提供的一种麦克风阵列定向拾音方法,具有以下有益效果:通过较宽的非均匀阵列设计更优的超指向波束形成,同时利用差分波束形成技术有效获取噪声信息,在超指向波束形成的基础上结合了自适应滤波技术,可以更加有效地抑制噪声。
本发明还提供一种麦克风阵列定向拾音***,包括:
麦克风阵列布置模块,用于布置由若干麦克风组成的呈一字型分布的麦克风阵列,所述一字型分布的麦克风阵列包括位于中间的小间距均匀阵列和位于两侧的大间距非均匀阵列;
初步增强信号获取模块,用于根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号;
噪声估计信号获取模块,用于根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号;
目标信号生成模块,用于基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,得到目标信号。
进一步地,所述初步增强信号获取模块包括:
超指向波束形成权值设计单元,用于根据所述一字型分布的麦克风阵列的整体阵型,设计超指向波束形成权值,其中,波束主瓣方向为阵列90°方向;
初步增强信号生成单元,用于将所述一字型分布的麦克风阵列中的全部麦克风所接收的信号,利用超指向波束形成权值在频域进行加权,得到所述初步增强信号。
进一步地,所述噪声估计信号获取模块包括:
差分波束形成权值生成单元,用于根据所述小间距均匀阵列,设计差分波束形成权值,其中,波束零陷方向为阵列90°方向;
噪声估计信号生成单元,用于将所述小间距均匀阵列中的麦克风所接收的信号,利用差分波束形成权值在频域进行加权,得到所述噪声估计信号。
本发明实施例提供的一种麦克风阵列定向拾音***,具有以下有益效果:通过较宽的非均匀阵列设计更优的超指向波束形成,同时利用差分波束形成技术有效获取噪声信息,在超指向波束形成的基础上结合了自适应滤波技术,可以更加有效地抑制噪声。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明实施例中一种麦克风阵列定向拾音方法的流程示意图;
图2为本发明实施例中一种麦克风阵列定向拾音方法中麦克风阵列的分布示意图;
图3为本发明实施例中一种麦克风阵列定向拾音***的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种麦克风阵列定向拾音方法,如图1所示,所述方法执行以下步骤:
步骤1:布置由若干麦克风组成的呈一字型分布的麦克风阵列,所述一字型分布的麦克风阵列包括位于中间的小间距均匀阵列和位于两侧的大间距非均匀阵列;
步骤2:根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号;
步骤3:根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号;
步骤4:基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,采用自适应滤波方法,得到目标信号。
上述技术方案的工作原理为:目标信号方位为阵列90°方向。在阵列间距较宽时超指向波束主瓣可设计更窄,因此可以更有效获取目标方向的信号,而差分波束形成通常适用于小间距阵列,有鉴于此,本发明布置由位于中间的小间距均匀阵列和位于两侧的大间距非均匀阵列所组成的一字型分布的麦克风阵列,通过一字型分布的麦克风阵列整体和小间距均匀阵列分别获取初步增强信号信号及估计噪声信号,然后通过自适应滤波算法将初步增强信号中的残余噪声数据消除,得到最终的目标信号。
在所述步骤1之后,所述步骤2之前,所述方法还包括以下步骤:
将所述一字型分布的麦克风阵列所接收的信号进行短时傅里叶变换。
上述技术方案的有益效果为:通过较宽的非均匀阵列设计更优的超指向波束形成,同时利用差分波束形成技术有效获取噪声信息,在超指向波束形成的基础上结合了自适应滤波技术,可以更加有效地抑制噪声。
在一个实施例中,在所述步骤S1中,所述小间距均匀阵列中麦克风的数量为4个,所述大间距非均匀阵列中麦克风的数量为4个,并且对称地位于所述小间距均匀阵列的两侧,以使所述呈一字型分布的麦克风阵列整体为8个麦克风组成的对称非均匀阵列。
上述技术方案的工作原理为:具体地,参阅图2,为本发明实施例提供的一种麦克风阵列定向拾音方法中麦克风阵列的分布示意图。其中,该图2只是示意性地展示出该麦克风阵列中若干麦克风的分布情况,当本发明的麦克风阵列的分布形式并不是只局限于该图2所示的情况,本发明的麦克风阵列的分布形式可具有其他不同的分布形式,这里并不再一一地进行列举。
从该图2可见,在所述呈一字型分布的麦克风阵列中,第一间距大于第二间距,第二间距大于第三间距,其中:
所述第一间距为所述大间距非均匀阵列中位于同一侧的两个麦克风的间距;
所述第二间距为所述大间距非均匀阵列中靠近所述小间距均匀阵列的麦克风与同一侧的所述小间距均匀阵列中边缘位置的麦克风的间距;
所述第三间距为所述小间距均匀阵列中两个麦克风之间的间距。
上述技术方案的有益效果为:提供了一字型分布的麦克风阵列的具体分布形式。
在一个实施例中,所述步骤2:根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号执行以下步骤:
步骤S21:根据所述一字型分布的麦克风阵列的整体阵型,设计超指向波束形成权值,其中,波束主瓣方向为阵列90°方向;
步骤S22:将所述一字型分布的麦克风阵列中的全部麦克风所接收的信号,利用超指向波束形成权值在频域进行加权,得到所述初步增强信号。
上述技术方案的工作原理为:首先根据一字型分布的麦克风阵列设计超指向波束形成权值,然后将全部麦克风所接收的信号,利用超指向波束形成权值在频域进行加权,得到初步增强信号,其中波束主瓣方向为阵列90°方向即为阵列正对方向。
具体而言,在一字型分布的麦克风阵列的分布示意图如图2所示时,首先对全部8颗麦克风所构成的非均匀阵列设计超指向波束形成权值,再通过该超指向波束形成权值获取初步增强信号。
上述技术方案的有益效果为:提供了根据一字型分布的麦克风阵列得到初步增强信号的具体步骤。
在一个实施例中,所述步骤3:根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号执行以下步骤:
步骤S31:根据所述小间距均匀阵列,设计差分波束形成权值,其中,波束零陷方向为阵列90°方向;
步骤S32:将所述小间距均匀阵列中的麦克风所接收的信号,利用差分波束形成权值在频域进行加权,得到所述噪声估计信号。
上述技术方案的工作原理为:首先,根据小间距均匀阵列,设计差分波束形成权值,然后将小间距均匀阵列中的麦克风所接收的信号,利用差分波束形成权值在频域进行加权,得到噪声估计信号,其中波束零陷方向为阵列90°方向即为阵列正对方向。
具体而言,在一字型分布的麦克风阵列的分布示意图如图2所示时,首先根据中间4颗麦克风所构成的均匀阵列设计差分波束形成权值,再通过该差分波束形成权值估计噪声信号。
上述技术方案的有益效果为:提供了根据小间距均匀阵列得到噪声估计信号的具体步骤。
在一个实施例中,所述步骤4:基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,采用自适应滤波方法,得到目标信号执行以下步骤:
步骤S41:基于所述噪声估计信号,采用自适应滤波算法,将所述初步增强信号中的残余噪声滤除,得到滤除噪声后的增强信号;
步骤S42:对所述滤除噪声后的增强信号进行短时傅里叶逆变换,得到最终的目标信号。
上述技术方案的工作原理为:通过自适应滤波算法以及噪声估计信号,将初步增强信号中的残余噪声滤除,并进行短时傅里叶逆变换,得到最终的目标信号。
上述技术方案的有益效果为:提供了基于初步增强信号和噪声估计信号,得到目标信号的具体步骤。
如图3所示,本发明实施例提供了一种麦克风阵列定向拾音***,包括:
麦克风阵列布置模块301,用于布置由若干麦克风组成的呈一字型分布的麦克风阵列,所述一字型分布的麦克风阵列包括位于中间的小间距均匀阵列和位于两侧的大间距非均匀阵列;
初步增强信号获取模块302,用于根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号;
噪声估计信号获取模块303,用于根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号;
目标信号生成模块304,用于基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,得到目标信号。
上述技术方案的工作原理为:目标信号方位为阵列90°方向。在阵列间距较宽时超指向波束主瓣可设计更窄,因此可以更有效获取目标方向的信号,而差分波束形成通常适用于小间距阵列,有鉴于此,本发明的麦克风阵列布置模块301布置由位于中间的小间距均匀阵列和位于两侧的大间距非均匀阵列所组成的一字型分布的麦克风阵列,初步增强信号获取模块302通过一字型分布的麦克风阵列整体获取初步增强信号信号,噪声估计信号获取模块303通过小间距均匀阵列获取估计噪声信号,目标信号生成模块304通过自适应滤波算法将初步增强信号中的残余噪声数据消除,得到最终的目标信号。
麦克风阵列布置模块301所布置的小间距均匀阵列中麦克风的数量为4个,大间距非均匀阵列中麦克风的数量为4个,并且对称地位于小间距均匀阵列的两侧,以使呈一字型分布的麦克风阵列整体为8个麦克风组成的对称非均匀阵列。
具体地,参阅图2,为本发明实施例提供的一种麦克风阵列定向拾音***中麦克风阵列的分布示意图。其中,该图2只是示意性地展示出该麦克风阵列中若干麦克风的分布情况,当本发明的麦克风阵列的分布形式并不是只局限于该图2所示的情况,本发明的麦克风阵列的分布形式可具有其他不同的分布形式,这里并不再一一地进行列举。
从该图2可见,在所述呈一字型分布的麦克风阵列中,第一间距大于第二间距,第二间距大于第三间距,其中:
所述第一间距为所述大间距非均匀阵列中位于同一侧的两个麦克风的间距;
所述第二间距为所述大间距非均匀阵列中靠近所述小间距均匀阵列的麦克风与同一侧的所述小间距均匀阵列中边缘位置的麦克风的间距;
所述第三间距为所述小间距均匀阵列中两个麦克风之间的间距。
上述技术方案的有益效果为:通过较宽的非均匀阵列设计更优的超指向波束形成,同时利用差分波束形成技术有效获取噪声信息,在超指向波束形成的基础上结合了自适应滤波技术,可以更加有效地抑制噪。
在一个实施例中,所述初步增强信号获取模块302包括:
超指向波束形成权值设计单元,用于根据所述一字型分布的麦克风阵列的整体阵型,设计超指向波束形成权值,其中,波束主瓣方向为阵列90°方向;
初步增强信号生成单元,用于将所述一字型分布的麦克风阵列中的全部麦克风所接收的信号,利用超指向波束形成权值在频域进行加权,得到所述初步增强信号。
上述技术方案的工作原理为:超指向波束形成权值设计单元根据一字型分布的麦克风阵列设计超指向波束形成权值,初步增强信号生成单元将全部麦克风所接收的信号,利用超指向波束形成权值在频域进行加权,得到初步增强信号,其中波束主瓣方向为阵列90°方向即为阵列正对方向。
上述技术方案的有益效果为:借助于超指向波束形成权值设计单元和初步增强信号生成单元,可以得到初步增强信号。
在一个实施例中,所述噪声估计信号获取模块303包括:
差分波束形成权值生成单元,用于根据所述小间距均匀阵列,设计差分波束形成权值,其中,波束零陷方向为阵列90°方向;
噪声估计信号生成单元,用于将所述小间距均匀阵列中的麦克风所接收的信号,利用差分波束形成权值在频域进行加权,得到所述噪声估计信号。
上述技术方案的工作原理为:差分波束形成权值生成单元根据小间距均匀阵列,设计差分波束形成权值,噪声估计信号生成单元将小间距均匀阵列中的麦克风所接收的信号,利用差分波束形成权值在频域进行加权,得到噪声估计信号,其中波束零陷方向为阵列90°方向即为阵列正对方向。
上述技术方案的有益效果为:借助于差分波束形成权值生成单元和噪声估计信号生成单元,可以得到噪声估计信号。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种麦克风阵列定向拾音方法,其特征在于,所述方法执行以下步骤:
步骤1:布置由若干麦克风组成的呈一字型分布的麦克风阵列,所述一字型分布的麦克风阵列包括位于中间的小间距均匀阵列和位于两侧的大间距非均匀阵列;
步骤2:根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号;
步骤3:根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号;
步骤4:基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,采用自适应滤波方法,得到目标信号。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤S1中,所述小间距均匀阵列中麦克风的数量为4个,所述大间距非均匀阵列中麦克风的数量为4个,并且对称地位于所述小间距均匀阵列的两侧,以使所述呈一字型分布的麦克风阵列整体为8个麦克风组成的对称非均匀阵列。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述呈一字型分布的麦克风阵列中,第一间距大于第二间距,第二间距大于第三间距,其中:
所述第一间距为所述大间距非均匀阵列中位于同一侧的两个麦克风的间距;
所述第二间距为所述大间距非均匀阵列中靠近所述小间距均匀阵列的麦克风与同一侧的所述小间距均匀阵列中边缘位置的麦克风的间距;
所述第三间距为所述小间距均匀阵列中两个麦克风之间的间距。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤1之后,所述步骤2之前,所述方法还包括以下步骤:
将所述一字型分布的麦克风阵列所接收的信号进行短时傅里叶变换。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤2:根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号执行以下步骤:
步骤S21:根据所述一字型分布的麦克风阵列的整体阵型,设计超指向波束形成权值,其中,波束主瓣方向为阵列90°方向;
步骤S22:将所述一字型分布的麦克风阵列中的全部麦克风所接收的信号,利用超指向波束形成权值在频域进行加权,得到所述初步增强信号。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤3:根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号执行以下步骤:
步骤S31:根据所述小间距均匀阵列,设计差分波束形成权值,其中,波束零陷方向为阵列90度方向;
步骤S32:将所述小间距均匀阵列中的麦克风所接收的信号,利用差分波束形成权值在频域进行加权,得到所述噪声估计信号。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤4:基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,采用自适应滤波方法,得到目标信号执行以下步骤:
步骤S41:基于所述噪声估计信号,采用自适应滤波算法,将所述初步增强信号中的残余噪声滤除,得到滤除噪声后的增强信号;
步骤S42:对所述滤除噪声后的增强信号进行短时傅里叶逆变换,得到最终的目标信号。
8.一种麦克风阵列定向拾音***,其特征在于,包括:
麦克风阵列布置模块,用于布置由若干麦克风组成的呈一字型分布的麦克风阵列,所述一字型分布的麦克风阵列包括位于中间的小间距均匀阵列和位于两侧的大间距非均匀阵列;
初步增强信号获取模块,用于根据所述一字型分布的麦克风阵列,得到初步增强信号;
噪声估计信号获取模块,用于根据所述小间距均匀阵列,得到噪声估计信号;
目标信号生成模块,用于基于所述初步增强信号和所述噪声估计信号,得到目标信号。
9.如权利要求8所述的***,其特征在于,所述初步增强信号获取模块包括:
超指向波束形成权值设计单元,用于根据所述一字型分布的麦克风阵列的整体阵型,设计超指向波束形成权值,其中,波束主瓣方向为阵列90°方向;
初步增强信号生成单元,用于将所述一字型分布的麦克风阵列中的全部麦克风所接收的信号,利用超指向波束形成权值在频域进行加权,得到所述初步增强信号。
10.如权利要求8所述的***,其特征在于,所述噪声估计信号获取模块包括:
差分波束形成权值生成单元,用于根据所述小间距均匀阵列,设计差分波束形成权值,其中,波束零陷方向为阵列90°方向;
噪声估计信号生成单元,用于将所述小间距均匀阵列中的麦克风所接收的信号,利用差分波束形成权值在频域进行加权,得到所述噪声估计信号。
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- 2020-08-21 CN CN202010850399.8A patent/CN111954121B/zh active Active
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