麦克风阵列声源定位和语言增强技术研究

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。

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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

5.3.1 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

致谢