[发明专利]基于分段频点选择的语音信号盲分离方法和双耳助听系统

权利要求书

1.一种适用于双耳助听系统的基于分段频点选择的语音信号盲分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

对麦克风接受到的语音信号通过短时傅里叶变换变换到频域，并划分为低频区域和高频区域；

进行第一阶段筛选：在低频区域和高频区域分别以混合信号的协方差矩阵行列式和混合信号的幅值平方相关函数为标准选择频点，将被选择的频点归入初选频点集合，未被选择的频点归入未选频点集合；

对于初选频点集合，计算分离矩阵并从所述分离矩阵中提取归一化衰减和延迟参数，用于解决顺序不确定性和由空间混叠引起的高频区域估计的延迟参数不准确性；

进行第二阶段筛选：根据所述归一化衰减和延迟参数，采用基于正态分布的离群点检测方法对初选频点进行筛选，得到终选频点集合，未被选择的频点归入未选频点集合；

对终选频点集合和未选频点集合中所有频点的分离矩阵使用最小失真原则解决幅值不确定性，完成信号的初始分离；

对于终选频点集合，初始分离信号即最终分离信号；对于未选频点集合，基于初始分离信号，使用维纳滤波对混合信号进行重新分离；

将所有频点上的最终分离信号利用逆短时傅里叶变换变换到时域，完成信号的分离。

2.如权利要求1所述的一种适用于双耳助听系统的基于分段频点选择的语音信号盲分离方法，其特征在于，所述第一阶段筛选具体包括：

在能量集中的低频区域，计算该区域中每个频点上混合信号协方差矩阵的行列式；

将这些频点的行列式除以最大值进行归一化处理，选择归一化后行列式值大于一定阈值的频点归入初选频点集合；

在独立性较强的高频区域，计算该区域中每个频点上混合信号的幅值平方相关函数；

选择幅值平方相关函数值小于一定阈值的频点归入初选频点集合。

3.如权利要求1所述的一种适用于双耳助听系统的基于分段频点选择的语音信号盲分离方法，其特征在于，计算分离矩阵并从所述分离矩阵中提取归一化衰减和延迟参数，用于解决顺序不确定性和由空间混叠引起的高频区域估计的延迟参数不准确性包括：

对初选频点利用FastICA和量化自然梯度结合算法进行迭代计算得到分离矩阵，对分离矩阵求逆得到混合矩阵；

划分发生空间混叠频点与不发生空间混叠频点；

分别对发生空间混叠频点与不发生空间混叠频点进行排序，并在每个初选频点处提取归一化衰减延迟参数。

4.如权利要求3所述的一种适用于双耳助听系统的基于分段频点选择的语音信号盲分离方法，其特征在于，

对于不发生空间混叠的初选频点，对混合矩阵基向量进行幅值，相位和频率归一化去除不确定性，利用K-mean聚类算法完成排序后，提取每个初选频点处的归一化衰减和延迟参数；

对于发生空间混叠的初选频点，利用从不发生空间混叠频点的分离矩阵中估计的归一化衰减和延迟参数构建发生空间混叠频点的模型向量；通过迭代寻优完成排序，得到每个初选频点处的归一化衰减和延迟参数。

5.如权利要求1所述的一种适用于双耳助听系统的基于分段频点选择的语音信号盲分离方法，其特征在于，所述采用基于正态分布的离群点检测方法对初选频点集合进行筛选包括：

将遵循正态分布的数据出现在3μσ±之外的数据点定义为离群点，其中μ为均值，σ为标准差；对于初选频点集合中的归一化衰减和延迟参数进行离群点检测，将检测出的离群点归入未选频点集合，从而得到终选频点集合。

6.如权利要求1所述的一种适用于双耳助听系统的基于分段频点选择的语音信号盲分离方法，其特征在于，所述未选频点集合的分离矩阵计算方法为：

用终选频点的归一化衰减和延迟参数表示归一化混合矩阵；

对归一化混合矩阵求逆得到未选频点分离矩阵。

7.如权利要求1所述的一种适用于双耳助听系统的基于分段频点选择的语音信号盲分离方法，其特征在于，对于未选频点集合，基于初始分离信号使用维纳滤波对混合信号进行重新分离包括：

将一个分离信号看做目标信号，另一个分离信号看做为噪声，计算每个频点处的维纳增益，对混合信号进行重新分离。