[发明专利]低信噪比见长的麦克风阵列语音去噪增强方法

说明书

本发明提供的一种低信噪比见长的麦克风阵列语音去噪增强方法，基于改进的人耳完美二元时频掩蔽的麦克风阵列语音增强算法，解决了现有技术的麦克风阵列语音增强算法在信噪比较低的情况下的性能较差的问题，将人耳的掩蔽效应巧妙加入到麦克风阵列语音去噪增强算法中，首先获取初阶采集增强的语音信号，然后根据带噪信号和初阶采集增强的语音信号判断预估噪声信号，通过初阶采集增强的语音信号和判断预估噪声信号之间的信噪比关系设置阈值，计算完美二元时频掩蔽算法并合成增强后的语音信号。经过本发明算法增强后的语音信号可懂度更高，音质更好，在噪声强度较大、信噪比低的场景下，性能优势更加明显。

技术领域

本发明涉及一种麦克风阵列语音去噪增强方法，特别涉及一种低信噪比见长的麦克风阵列语音去噪增强方法，属于语音去噪增强技术领域。

背景技术

声音的质量是决定人与人之间交流、甚至是人与机器之间交互是否高效的关键性因素，在各种现实环境中，人类采集语音时总是会不可避免的受到各种各样的噪声的干扰削弱，进而不同程度的影响通信的效果和质量，例如通信电子设备固有的电噪声、来自周围环境的背景噪声、房间混响回声、通过传输媒介带来的噪声等都能对语音造成严重干扰，语音通信的质量不能得到有效保障，导致利用语音进行处理或分析的各种系统的性能下降，例如在街道或车站内使用手机，常受到周围嘈杂环境的各种噪声的干扰，另外人机交互等智能设备在最些年逐渐成为热点，如果这些智能设备在强噪声干扰的环境下使用，语音识别的准确率会大幅降低，甚至可能无法正常使用或造成其他严重后果。因此，采用语音去噪增强算法预处理接收到的语音信号十分必要，通过语音去噪增强预处理，可以达到消除混响和回声的干扰、有效抑制背景噪声、提高语音通信的质量和改善语音可懂度的目的。

语音去噪增强预处理的具体实施方案和很多因素紧密相关，例如具体的应用场景、噪声源或干扰信号的特性、麦克风的数量等，其中，使用不同数量的麦克风采集到的音频信号的声道数也不同，能带来不同的语音增强效果，一般来说麦克风数量越多，语音增强的实现越容易，效果也更好，有至少一个麦克风靠近噪声源位置，还能利用自适应去噪技术消除噪声。

麦克风阵列语音增强使用由多个麦克风组成的麦克风阵列去采集语音和周围环境的信号，在期望方向上形成一个波束去拾取波束内的语音信号，可消除波束外的噪声信号的干扰，达到同时提取目标声源信号和抑制无关噪声信号的目的，利用麦克风阵列进行语音增强可明显提高增强效果。目前麦克风阵列语音增强技术正处于蓬勃发展阶段，具有良好的应用前景。体现出极大的优越性，在语音增强预处理技术阶段选择使用麦克风阵列收集信号更符合未来发展潮流。

现有技术的麦克风阵列语音增强算法有延时-求和波束形成方法，该方法给麦克风阵列接收信号不同的时延补偿，同步由不同麦克风采集的语音信号，进而通过加权求和的方式得到麦克风阵列的输出，但形成的波束的主瓣与信号的频率相关，如果目标声源与波束最大增益方向出现偏差，语音会严重失真；现有技术的滤波波束形成方法在时间对齐的同时，还对信号进行滤波，但在使用的麦克风个数较少时，不能取得较好的语音增强效果，也不能有效消除如方向性噪声和房间混响之类的相干噪声；现有技术的自适应波束形成方法用于处理语音信号和噪声随时间变化的环境，在保证期望方向信号不变的条件下，使阵列的输出功率达到最小，但是不可避免的会抵消掉带噪信号中一部分目标语音信号，这会降低语音的可懂度，从而在一定程度上会影响语音增强的效果，如果噪声场中含有非相干噪声或相关性较弱的噪声信号，降噪效果将更差；现有技术基于子空间的算法能有相对好的语音增强效果，但受到计算复杂度高的限制，不能推广到实际应用中，几乎没有实用价值。