麦克风阵列语音增强算法分析

刘宓

（哈尔滨商业大学外语学院，黑龙江 哈尔滨 150028）

麦克风阵列技术运用到了阵列信号处理技术，在语音播放系统的运用过程之中具有较强的抗干扰能力，能够实现对波束的灵活控制，在噪音比较大的环境之中能够运用，在车载声控系统、视频会议以及一些大型会议场所中均具有较大的应用价值。

一、麦克风阵列语音增强方法

（一）运用固定波束进行语音效果增强

运用固定波束进行语音效果增强在目前的语音效果体系之中已经形成了较为成熟的技术体系，为麦克风接收到的信号增加一些延时补偿，以此使得输出信号能够保持同步，同时使得入射信号能够增益，在具体的运用过程中主要增加麦克风的数量即能够增强语音播报效果。但是在具体的运用过程中对非相干燥声难以实现有效抑制，针对环境的适用具有一定的限制性。因此需要与其他技术手段结合使用[1]。

（二）运用自适应波束形成器进行语音效果增强

1972年Frost研究出适应波束形成器，运用线性约束最小方差来实现。运用中在增益某一方向上有用信号的同时，使得阵列输出信号达到最小的功率。在这一理论形成的基础之上，Griffiths与Jim在1982年提出广义旁瓣消除器的概念，即GSC，Generalized Sidelobe Canceller。目前运用最为广泛的系统之一是广义旁瓣消除器，在系统中建立了自适应通道以及非自适应通道，能够实现对带噪声语音信号的有效处理，自适应通道中的阻塞矩阵运用过程中在对声音进行技术处理之后剩下多通道噪声参考信号，自适应滤波器对此进行分析与估计，在估算之后可以抵消噪声分量，以此实现噪音清理[2]。

（三）运用后置滤波的麦克风阵列语音增强

在非相干噪声抑制层面上后置滤波具有重要的应用空间，在时变的声学环境中也能够达到良好的运用。在运用过程中，如果麦克风接受到相同的信号，同时噪声信号能够实现独立同分布，表现为噪声与信号之间不相关，此时分析噪声的特性，并在此基础上分析噪声的特性，按照滤波器权系数，滤波信号接收到的信息数据，从而能够实现语音增强。

但是后置滤波方法在运用过程中会受到时延误差的影响，因此使得增强之后的语音信号可能没有正确反映真实的语音信号。难以实现对方向性的强干扰的有效抑制效果，在具体运用过程中需要与其他方法结合使用。

（四）运用近场波束进行麦克风阵列语音增强

运用近场波束进行麦克风阵列语音增强方法运用过程中考虑到了近场声学以及具体声源的位置情况。这是由于常规的波束形成方法运用过程中没有充分考虑到声源位于麦克风阵列近场时产生的波前弯曲率，因此在拾取语音信号时难以达到良好的效果，因此在运用中可以近场补偿入射声波，这一方法在运用过程中需要能够确定已知声源位置，由于近场声学的复杂性，这一方法在实际中的运用较为有限[3]。

（五）运用子空间进行麦克风阵列语音增强

子空间方法在运用过程中需要考虑信号的自相关矩阵以及协方差矩阵，并对数值进行奇异值分解，对有噪音的语音进行专业化处理，将有用信号与噪音隔离，并重构信号，以此得到增强之后的信号。Asano 在具体的运用过程中提出的于相干子空间的麦克风阵列语音增强方法充分借鉴运用了子空间方法。在具体的运作过程中能够将语音划分为不同的频带之中，之后对空间中的各个频带进行分析，以此实现子空间处理，实现对语音信息的有效处理运用。

运用子空间进行麦克风阵列语音增强方式中受到降噪性受噪声场的影响作用较小，在相干噪声场以及非相关噪声场中均能够达到一定的降低噪音效果，但是在运用过程中需要较大的计算量，难以对此实现实时噪音处理。

（六）运用盲源分离进行麦克风阵列语音增强

在实际的麦克风阵列语音增强运用过程中往往难以有效获取信道传递参数以及信号源情况，因此需要运用盲源分离技术，即Blind Source Separation,BSS。盲源分离运用过程中能够对干扰的统计特性以及输入源信号进行分析，从而能够对传感器阵列接收到的多种信号进行各个分量的单独提取。Jutten.C与Herault.J 在研究过程中在信道先验条件以及信源没有获取的条件下，实现了对有用信号的分离，其中运用到的是人工神经网络分离技术，创建了盲源分离技术。我国很多学者在麦克风阵列语音增强运用过程中也在积极探索盲源分离技术的运用方式。

二、结束语

与传统单麦克风相比，麦克风阵列技术运用过程中能够达到语音增强效果，在远程会议、职能控制以及办公自动化等领域中有着重要运用。语音信号属于宽带的非平稳信号，在传输过程中会受到周围环境的影响，麦克风阵列系统的运用能够达到良好的降噪效果，减少语音失真现象，在运用过程中需要考虑到计算时间以及系统成本，以此来达到良好的时效性以及实用性。在具体运用方式的选择上应当结合自身所处的噪音环境选择最佳的麦克风阵列结构。