麦克风阵列的信号处理方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了麦克风阵列的信号处理方法及装置，包括：将麦克风阵列采集到的M路输入信号进行固定波束形成后得到参考目标信号，将所述参考目标信号进行语音激活检测后得到语音激活检测结果，将所述M路输入信号进行目标出现概率分析后得到目标出现概率，将所述M路输入信号通过拥塞矩阵后得到M-1路参考干扰信号；根据所述语音激活检测结果和所述目标出现概率，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数，并利用所述确定的滤波器组的滤波系数对所述M-1路参考干扰信号进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号；将所述参考目标信号减去所述滤波处理后的参考干扰信号，得到所述麦克风阵列的输出信号。可以最大程度降低对目标信号的损伤。
【专利说明】麦克风阵列的信号处理方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明实施例涉及信号处理【技术领域】，尤其涉及一种麦克风阵列的信号处理方法及装置。
【背景技术】
[0002]通常，在麦克风阵列中，最常用到的波束形成技术是广义旁瓣抵消(英文=GeneralSidelobe Canceller,简称GSC)技术，其中，广义旁瓣抵消技术采用的广义旁瓣抵消算法主要由三部分组成:固定波束形成、拥塞矩阵以及多输入抵消。具体来说，将麦克风阵列采集到的M路输入信号经过固定波束形成后得到的输出信号作为多输入抵消的参考目标信号；将麦克风阵列采集到的M路输入信号经过拥塞矩阵得到M-1路噪声/干扰参考信号；根据参考目标信号和M-1路噪声/干扰参考信号，通过多输入抵消器将噪声/干扰从参考目标信号中抵消，得到最终的GSC输出信号。其中，GSC输出信号又用于指导多输入抵消器中的M-1组自适应滤波器的系数更新。
[0003]然而，在实际应用中，由于组成麦克风阵列的各个麦克风之间的一致性和间距可能存在一定的差异，另外实际环境中往往存在时变的混响，因此，拥塞矩阵获得的M-1路噪声/干扰参考信号中存在目标信号的泄漏，从而会导致后续多输入抵消器的性能下降，使得经过麦克风阵列处理后目标信号损伤严重，自适应滤波器的稳态误差增大，影响通话质量。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种麦克风阵列的信号处理方法及装置，用以解决由于各麦克风之间一致性差异、间距差异以及真实环境中时变的混响导致的M-1路噪声/干扰参考信号中存在目标信号泄漏的问题，可以最大程度降低对目标信号的损伤。
[0005]第一方面，本发明提供一种麦克风阵列的信号处理方法，包括:
[0006]将麦克风阵列采集到的M路输入信号X(n)进行固定波束形成后得到参考目标信号d (η)，将所述参考目标信号d(n)进行语音激活检测后得到语音激活检测结果，将所述M路输入信号进行目标出现概率分析后得到目标出现概率，将所述M路输入信号通过拥塞矩阵后得到M-1路参考干扰信号U (η)；
[0007]根据所述语音激活检测结果和所述目标出现概率，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数，并利用所述确定的滤波器组的滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号y (η)；
[0008]将所述参考目标信号d (η)减去所述滤波处理后的参考干扰信号y (η)，得到所述麦克风阵列的输出信号ABF(η)。
[0009]基于第一方面，在第一种可能的实现方式中，所述将所述M路输入信号进行目标出现概率分析后得到目标出现概率，包括:
[0010]根据所述M路输入信号的互相关函数，分别估算每相邻两个麦克风采集到的信号之间的时延差；
[0011]利用时延差与信号源入射角度的对应关系，根据所述估算的各时延差，分别估算各时延差对应的信号源入射角度；
[0012]将所述估算的各信号源入射角度取平均值得到信号源入射角度平均值；
[0013]根据预设的主瓣范围与旁瓣范围以及所述信号源入射角度平均值，估算目标出现概率。
[0014]基于第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述将所述M路输入信号进行目标出现概率分析后得到目标出现概率，包括:
[0015]根据所述M-1路参考干扰信号U(n)，分别计算对应的参考干扰信号的能量值
i = 1，2，…M-1，在计算得到的各能量值中取最小值
【权利要求】
1.一种麦克风阵列的信号处理方法，其特征在于，包括: 将麦克风阵列采集到的M路输入信号X(n)进行固定波束形成后得到参考目标信号d(η)，将所述参考目标信号d(n)进行语音激活检测后得到语音激活检测结果，将所述M路输入信号X (η)进行目标出现概率分析后得到目标出现概率P，将所述M路输入信号通过拥塞矩阵后得到M-1路参考干扰信号U (η)； 根据所述语音激活检测结果和所述目标出现概率，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数，并利用所述确定的滤波器组的滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号y (η)； 将所述参考目标信号d(n)减去所述滤波处理后的参考干扰信号y (η)，得到所述麦克风阵列的输出信号ABF(η)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述M路输入信号进行目标出现概率分析后得到目标出现概率，包括: 根据所述M路输入信号的互相关函数，分别估算每相邻两个麦克风采集到的信号之间的时延差； 利用时延差与信号源入射角度的对应关系，根据所述估算的各时延差，分别估算各时延差对应的信号源入射角度； 将所述估算的各信号源入射角度取平均值得到信号源入射角度平均值； 根据预设的主瓣范围与旁瓣范围以及所述信号源入射角度平均值，估算目标出现概率。`
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述M路输入信号进行目标出现概率分析后得到目标出现概率，还包括: 根据所述M-1路参考干扰信号U(n)，分别计算对应的参考干扰信号的能量值i =1，2，…M-1，在计算得到的各能量值中取最小值=咖乍为参考干扰信号的能量最小值； 计算当前帧的参考目标信号的能量值Efbf，将所述当前帧的参考目标信号的能量值Efbf除以所述参考干扰信号的能量最小值，得到当前的目标干扰能量比值； 根据预设的目标干扰能量比例范围以及所述当前的目标干扰能量比值，估算目标出现概率。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述语音激活检测结果和所述目标出现概率，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数，并利用所述确定的滤波器组的滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U (η)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号y(n)，包括: 若所述语音激活检测结果为背景噪声时，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为背景噪声滤波器组的滤波系数(Hi(Ii) I i = 1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y (n) =yMise(η);或者 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率大于预设的目标信号阈值，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为背景噪声滤波器组的滤波系数(Hi (n) |i = 1，2，...M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U (n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y(n)=yMise(n);或者 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率小于预设的干扰标信号阈值thintOT，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' i(n) |i = 1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U (η)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y(n)=yinte(n);或者 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率小于预设的目标信号阈值thtmgrt并大于预设的干扰标信号阈值thinte，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' i(n) |i = 1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y (n) =Yinter fc)。
5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述语音激活检测结果和所述目标出现概率，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数，并利用所述确定的滤波器组的滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号y(n)，还包括: 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率等于预设的目标信号阈值thtogrt，则确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为背景噪声滤波器组的滤波系数(Hi(Ii) |i = 1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U (η)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y(n)=yn[)ise(n);或者确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' Jn) |i = 1，2，...M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U (η)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为 y(n)=yinter(n)； 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率等于预设的干扰标信号阈值thintOT，则确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' i(n) |i = 1，2，…M-1}`，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U (η)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述语音激活检测结果和所述目标出现概率，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数，并利用所述确定的滤波器组的滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号y(n)，还包括: 利用背景噪声滤波器组的滤波系数饵(η) I i = l,2,…M-1}，对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到背景噪声抑制输出信号yMise(η)； 利用干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' i(n) |i = 1，2，…M-1}，对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到干扰抑制输出信号yinte(η)； 根据所述目标出现概率计算混合比例因子β ; 根据所述混合比例因子β，将所述背景噪声抑制输出信号yn()ise(n)和干扰抑制输出信号yint?(n)进行混合得到滤波处理后的参考干扰信号y (η)。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述参考目标信号d(n)减去所述滤波处理后的参考干扰信号y (η)，得到所述麦克风阵列的输出信号ABF(η)之后，包括:若所述语音激活检测结果为背景噪声时，则利用所述M路输入信号X(n)和所述输出信号ABF (η)，将所述背景噪声滤波器组的滤波系数更新为{Hdn+l) |i = 1，2，…M_l};或者 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率大于预设的目标信号阈值thtogrt，则不更新所述背景噪声滤波器组的滤波系数和所述干扰抑制滤波器组的滤波系数；或者 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率小于预设的干扰标信号阈值thinte，利用所述M路输入信号X(n)和所述输出信号ABF (η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' i(n+l) |i = 1，2，…M-1};或者 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率小于预设的目标信号阈值thtarget并大于预设的干扰标信号阈值thintOT，则根据所述目标出现概率，计算所述干扰抑制滤波器组的更新步长step(η)，利用所述更新步长step(η)、所述M路输入信号X (η)和所述输出信号ABF (η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' i(n+l) |i = 1，2，…M-1}。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述参考目标信号d(n)减去所述滤波处理后的参考干扰信号y (η)，得到所述麦克风阵列的输出信号ABF(η)之后，包括: 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率等于预设的目标信号阈值thtogrt，则不更新所述背景噪声滤波器组的滤波系数和所述干扰抑制滤波器组的滤波系数；或者根据所述目标出现概率，计算所述干扰抑制滤波器组的更新步长step (η)，利用所述更新步长step (η)、所述M路输入信号X (η)和所述输出信号ABF (η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' Jn+l) |i = 1，2，…M-1}； 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率等于预设的干扰标信号阈值thinte，利用所述M路输入信号X(n)和所述输出信号ABF (η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' ,(11+1)11 = 1,2^-11};或者根据所述目标出现概率，计算所述干扰抑制滤波器组的更新步长step (η)，利用所述更新步长step (η)、所述M路输入信号X (η)和所述输出信号ABF (η)，将所述`干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' i(n+l) |i =I, 2，…M-1}。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述参考目标信号d(n)减去所述滤波处理后的参考干扰信号y (η)，得到所述麦克风阵列的输出信号ABF(η)之后，包括: 若所述语音激活检测结果为背景噪声时，利用所述M路输入信号Χ(η)和所述输出信号ABF (η)，将所述背景噪声滤波器组的滤波系数更新为{Hjri+l) |i = 1，2，…M_l};若所述语音激活检测结果为语音帧时，则不更新所述背景噪声滤波器组的滤波系数； 根据所述目标出现概率，计算所述干扰抑制滤波器组的更新步长step (η)，利用所述更新步长step (η)、所述M路输入信号Χ(η)和所述输出信号ABF(η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' i(n+l) I i=l, 2，…M-1}。
10.一种麦克风阵列的信号处理装置，其特征在于，包括: 固定波束处理模块，用于将麦克风阵列采集到的M路输入信号X(n)进行固定波束形成后得到参考目标信号d (η)； 语音激活检测模块，用于将所述固定波束处理模块得到的参考目标信号d(n)进行语音激活检测后得到语音激活检测结果；目标出现概率分析模块，用于将所述M路输入信号进行目标出现概率分析后得到目标出现概率P ; 拥塞矩阵处理模块，用于将所述M路输入信号通过拥塞矩阵后得到M-1路参考干扰信号 U (η)； 滤波模块，用于根据所述语音激活检测模块得到的语音激活检测结果和所述目标出现概率分析模块得到的目标出现概率，确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数，并利用所述确定的滤波器组的滤波系数对所述拥塞矩阵处理模块得到的M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号y (η)； 消除模块，用于将所述固定波束处理模块得到的参考目标信号d(n)减去所述滤波模块滤波处理后的参考干扰信号y (η)，得到所述麦克风阵列的输出信号ABF(η)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述目标出现概率分析模块具体用于: 根据所述M路输入信号的互相关函数，分别估算每相邻两个麦克风采集到的信号之间的时延差； 利用时延差与信号源入射角度的对应关系，根据所述估算的各时延差，分别估算各时延差对应的信号源入射角度； 将所述估算的各信号源入射角度取平均值得到信号源入射角度平均值； 根据预设的主瓣范围与旁瓣范围以及所述信号源入射角度平均值，估算目标出现概率。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述目标出现概率分析模块具体用于: 根据所述M-1路参考干扰信号U (η)，分别计算对应的参考干扰信号的能量值^w.，i =`1，2，…M-1，在计算得到的各能量值中取最小值=作为参考干扰信号的能量最小值； 计算当前帧的参考目标信号的能量值Efbf，将所述当前帧的参考目标信号的能量值Efbf除以所述参考干扰信号的能量最小值，得到当前的目标干扰能量比值； 根据预设的目标干扰能量比例范围以及所述当前的目标干扰能量比值，估算目标出现概率。
13.根据权利要求10-12任一项所述的装置，其特征在于: 若所述语音激活检测模块得到的语音激活检测结果为背景噪声时，则所述滤波模块具体用于: 确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为背景噪声滤波器组的滤波系数(Hi(Ii) |i=1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y(n)=yMise(n);或者 若所述语音激活检测模块得到的语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率分析模块得到的目标出现概率大于预设的目标信号阈值thtmgrt，则所述滤波模块具体用于: 确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为背景噪声滤波器组的滤波系数饵(n) |i=1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y(n)=yMise(n);或者 若所述语音激活检测模块得到的语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率分析模块得到的目标出现概率小于预设的干扰标信号阈值thinte，则所述滤波模块具体用于: 确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' i(n) |i = 1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U (η)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y(n)=yinte(n);或者 若所述语音激活检测模块得到的语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率分析模块得到的目标出现概率小于预设的目标信号阈值thtogrt并大于预设的干扰标信号阈值thint?，则所述滤波模块具体用于: 确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' i(n) |i = 1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U (η)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y(n)=yinte(n)。
14.根据权利要求10-12任一项所述的装置，其特征在于: 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率等于预设的目标信号阈值thtogrt，则所述滤波模块具体用于: 确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为背景噪声滤波器组的滤波系数(Hi (n) |i=1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y(n)=yMise(n);或者确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' i (η) I i = 1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为y (n) =yinter (Π)； 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率等于预设的干扰标信号阈值thinter，则所述滤波模块具体用于:` 确定进行滤波处理的滤波器组的滤波系数为干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' i(n) |i = 1，2，…M-1}，利用所述确定滤波系数对所述M-1路参考干扰信号U (η)进行滤波处理，得到滤波处理后的参考干扰信号为。
15.根据权利要求10-12任一项所述的装置，其特征在于，所述滤波模块具体还用于: 利用背景噪声滤波器组的滤波系数(Hi (n) |i = 1，2，...M-1}，对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到背景噪声抑制输出信号7_>)； 利用干扰抑制滤波器组的滤波系数{H' i(n) |i = 1，2，…M-1}，对所述M-1路参考干扰信号U(n)进行滤波处理，得到干扰抑制输出信号yinte(η)； 根据所述目标出现概率分析模块得到的目标出现概率计算混合比例因子β ; 根据所述混合比例因子β，将所述背景噪声抑制输出信号yn()ise(n)和干扰抑制输出信号yint?(n)进行混合得到滤波处理后的参考干扰信号y (η)。
16.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括:系数更新模块； 若所述语音激活检测模块得到的语音激活检测结果为背景噪声时，则所述系数更新模块具体用于: 利用所述M路输入信号X(η)和所述输出信号ABF(η)，将所述背景噪声滤波器组的滤波系数更新为 IHi (η+1) I i = 1，2，...M-1};或者 若所述语音激活检测模块得到的语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率分析模块得到的目标出现概率小于预设的干扰标信号阈值thinte，则所述系数更新模块具体用于: 利用所述M路输入信号X(n)和所述输出信号ABF(η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' Jn+l) I i = 1，2，…Μ-1};或者 若所述语音激活检测模块得到的语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率小于预设的目标信号阈值thtmgrt并大于预设的干扰标信号阈值thinte，则所述系数更新模块具体用于: 根据所述目标出现概率，计算所述干扰抑制滤波器组的更新步长step (η)，利用所述更新步长step (η)、所述M路输入信号Χ(η)和所述输出信号ABF(η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' i(n+l) I i = 1，2，…M-1}。
17.根据权利要求14所述的装置，其特征在于: 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率等于预设的目标信号阈值thtogrt，则所述系数更新模块具体用于: 根据所述目标出现概率，计算所述干扰抑制滤波器组的更新步长step (η)，利用所述更新步长step (η)、所述M路输入信号Χ(η)和所述输出信号ABF(η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' i(n+l) I i = 1，2，…M-1}； 若所述语音激活检测结果为语音帧时，且所述目标出现概率等于预设的干扰标信号阈值thint?，则所述系数更新模块具体用于: 利用所述M路输入信号X(n)`和所述输出信号ABF(η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' i(n+l) |i = I, 2,...M-1};或者根据所述目标出现概率，计算所述干扰抑制滤波器组的更新步长step(η)，利用所述更新步长step(η)、所述M路输入信号X (η)和所述输出信号ABF (η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' i(n+l) |i = 1，2，…M-1}。
18.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述系数更新模块具体还用于: 若所述语音激活检测结果为背景噪声时，利用所述M路输入信号X(n)和所述输出信号ABF (η)，将所述背景噪声滤波器组的滤波系数更新为{^(η+Ι) |i = 1，2，...M-1}； 根据所述目标出现概率，计算所述干扰抑制滤波器组的更新步长step (η)，利用所述更新步长step (η)、所述M路输入信号Χ(η)和所述输出信号ABF(η)，将所述干扰抑制滤波器组的滤波系数更新为{H' i(n+l) I i = 1，2，…M-1}。
【文档编号】G10L21/0208GK103871420SQ201210538690
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月13日 优先权日:2012年12月13日
【发明者】李海婷, 刘媛媛, 艾雅·苏谟特 申请人:华为技术有限公司