基于手机麦克风阵列的语音增强方法研究

摘要

在日常生活中，使用手机通信时会受到噪声和混响的干扰，麦克风所采集到的信号不是纯净的语音信号。为了对语音信号进行增强，提高通话质量，手机麦克风阵列技术逐渐成为研究热点。麦克风阵列技术是将多个麦克风按照一定规律组成一个阵列，当语音和环境信息被多个麦克风收集时，麦克风阵列可以通过调节每个通道的滤波系数，在期望方向上有效地形成一个指向目标声源的波束，对这个波束内的信号进行增强，波束外的信号进行抑制，从而达到同时提取声源和抑制噪声的目的。在手机端运用麦克风阵列是一个新兴研究课题，还面临着很多问题。本文主要研究在手机的免提模式和手持模式下，采用哪些系统结构和算法可以达到良好的语音增强效果。主要工作如下：
　　1.对现有的时延估计方法和麦克风波束形成方法进行归纳总结，得出它们的优缺点以及适用环境。结合在手机端使用麦克风阵列面临的问题，找出可以运用的方法。
　　2.对手机免提模式下的常处环境进行分析，得知室内混响和远场噪声是干扰通话质量的两大关键元素。提出一种在波束形成前对信号进行前置滤波的方案来进行语音增强。根据室内混响衰减系数，提出一种改进的去混响算法。麦克风采集信号经过去混响和去噪后再经过加权-全和得到系统输出信号，这种方案经过测试效果良好，但是随着噪声信号的增大，语音增强效果有所下降。
　　3.对手机手持模式下的常处环境进行分析，得出影响语音通讯质量的主要元素为噪声信号。利用GSC波束形成法可以有效消除相关噪声信号，Zelinski后置滤波法消除非相关噪声效果好的特点，将两种方法结合起来形成一种语音增强方案。这种方案经过测试效果良好，且消噪系统在信噪比下降时，语音增强效果下降比较缓慢。
　　4.针对手机模型的多样性，分析出它们在日常生活中使用时，声源相对于麦克风最常出现的位置，将麦克风阵列的波束指向那个方向。在此过程中，要注意使用者的习惯问题，有些人习惯用左手持机，有些人则习惯用右手，这两种情况下，理想拾音方向不同。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2麦克风阵列技术研究现状

1.3本文的主要贡献与创新

1.4本论文的结构安排

第二章 麦克风阵列的背景知识

2.1语音信号处理的背景知识

2.2麦克风阵列语音处理的背景知识

2.3本章小结

第三章 麦克风阵列技术

3.1时间延迟估计和声源定位

3.2麦克风波束形成技术

3.3常规消噪方法

3.4本章小结

第四章 麦克风阵列在手机上的应用

4.1麦克风阵列运用于手机上的难点

4.2目前常用手机麦克风技术

4.3阵元参数选择

4.4免提模式下的麦克风阵列

4.5手持模式下的麦克风阵列

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果