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麦克风阵列语音增强算法的研究与DSP实现

王波  
【摘要】: 语音增强的目的是尽可能地减小噪声干扰以获得更为纯净的语音信号。传统的语音增强技术采用单个麦克风,虽然能对噪声起到一定的抑制作用,但是由于仅利用了时/频信息,而使干扰抑制的效果在空间强混响环境下并不理想。当今的语音增强技术利用多个麦克风组成的阵列结构进行语音处理。麦克风阵列所提供的空域和时/频域信息,可以很好地解决空间混响这一问题。 时延估计是麦克风阵列语音增强系统中的重要组成部分,其准确性直接影响了语音增强的效果。利用互功率谱相位(CSP)技术及其改进方法GCSP虽然能得到较为准确的时延估计值,但是其性能受到混响和帧长的制约,当麦克风路数较多时,计算量较大,难以实时实现。基于瞬时相干函数的基本互相关方法,不仅可以在强混响和低信噪比环境下给出较为准确的时延估计结果,同时也大大减少了互相关函数的移位操作次数,有效地降低了计算复杂度。 基于DSP芯片的实时软件系统设计,不仅要考虑算法性能,同时还要充分考虑硬件资源成本及其对于计算复杂度的制约。本文在比较了各类DSP芯片的基础上选择了ADI公司的经典的Blackfin系列芯片之一ADSP-BF533,应用配套的集成开发环境VisualDSP++完成了软件部分的设计和仿真。 本文以麦克风阵列语音增强的基本理论为切入点,深入研究和比较了各类麦克风阵列语音增强和时延估计算法,在此基础上,针对特定的应用环境,以典型的GSC算法为核心提出了一种基于ADSP-BF533处理器的麦克风阵列语音增强系统的软件实现方案,并在选定的DSP平台上予以实时实现。仿真实验表明,该方案取得了较为理想的语音增强效果。


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