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麦克风阵列自适应GSC语音增强方法研究

陆浩志  
【摘要】:在智能化普及的今天,语音通信的应用极为广泛,语音信号处理技术不断被更新和推进。语音信号处理对语音的质量有着较高的要求,然而语音拾取设备收集到的语音却经常夹杂着大量噪声,严重影响了原始语音的清晰度和可懂度,必须寻找有效方法消除噪声以获得所需的语音,因此,语音增强技术的重要性就显得尤为突出。单通道语音增强方法具有原理简单、对硬件要求低、易于实现等优点,但对移动声源拾取到的信号信噪比较低。麦克风阵列语音增强方法可对拾取的信号进行时-频-空域联合处理,在目标信号追踪、抗干扰等方面具有优越的性能。本文旨在为应用于不同噪声背景下的麦克风阵列语音增强方法寻求更好的解决方案,主要研究工作包括:(1)针对纯高斯噪声背景下,传统广义旁瓣抵消器(GSC)消除非相干噪声能力差和阻塞矩阵无法很好地滤除目标信号的问题,提出了一种后置Fast ICA信号分离的改进GSC语音增强方法。该方法利用自适应阻塞矩阵代替传统阻塞矩阵,可有效减少因精确来波方向未知而造成的目标信号的泄漏,并在GSC的输出端结合快速独立分量分析(Fast ICA)算法进一步分离输出信号中的纯净语音和非相干噪声,以提高输出语音信号的质量。(2)针对以α-稳定分布噪声为代表的非高斯噪声背景下,传统广义旁瓣抵消器消噪能力大幅衰减的问题,提出了一种基于凸组合滤波器的改进GSC语音增强方法。该方法利用凸组合滤波器替换传统的自适应抵消器,以凸组合独特的“并联”式滤波,实现了自适应滤波器对α-稳定分布噪声的协同滤波;同时,选用最大箕舌线准则改进线性自适应滤波算法的代价函数,使改进后的自适应滤波算法在对抗非高斯噪声时具有更强的鲁棒性,从而使得改进GSC可有效消除脉冲噪声,以还原出纯净的目标信号。(3)针对多噪声背景下,传统广义旁瓣抵消器收敛速度较慢且对噪声消除表现性能差的问题,提出了一种基于改进谱减法的改进GSC语音增强方法。该方法在传统GSC的输出端接入了一个反馈滤波器,使得GSC下支路自适应滤波器的代价函数被改变,从而加快了滤波器的收敛速度。同时,为传统GSC接入了改进谱减法模块,以期对输出语音做进一步处理,消除输出语音中残留的噪声,最终尽可能地还原出较少噪声残留的语音信号。


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