一种双麦克风语音增强的方法与流程

技术特征：

1.一种双麦克风语音增强的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)采用双麦克风来接收两通道含噪语音信号，语音源位于两麦克风连线上且在其中一个麦克风m1一端，噪声源位于两个麦克风的连线上且在另一个麦克风m2的一端，采样频率fs、声速c，则两麦克风的距离d为公式(1)所示：

第i个采样时刻由m1得到的语音信号为s(i)，由m2得到的噪声信号为n(i)，m1和m2得到的带噪语音信号为x1(i)和x2(i)，如公式(2)、公式(3)所示：

x1(i)＝s(i) βn(i-1)(2)，

x2(i)＝n(i) βs(i-1)(3)，

其中β为0＜β＜1表示声音由m1到m2传播d距离时的信号幅度衰减因子，

首先对两通道含噪语音信号进行差分运算即采用固定差分波束形成抑制方向噪声，并获得后续处理所需要的差分信号ys(i)和差分噪声yn(i)，具体为：将两路麦克风信号做差分运算，得到差分信号ys(i)如公式(4)所示：

差分噪声yn(i)如公式(5)所示：

2)对步骤1)得到的差分信号ys(i)和差分噪声yn(i)的语音畸变不进行恢复运算即对差分信号ys(i)和差分噪声yn(i)采用基于语音活动检测vad的改进自适应噪声抵消anc算法，消除差分信号ys(i)中的残余噪声，改进anc算法中的自适应处理器选用最小均方lms，anc算法中的主输入为差分信号ys(i)、参考输入为差分噪声yn(i)，如公式(6)、公式(7)、公式(8)、公式(9)、公式(10)所示：

y(i)＝w^t(i)·yn(i)(6)，

w(i)＝[w0(i),w1(i),w2(i),...,wn(i)]^t(8)，

e(i)＝ys(i)-y(i)(9)，

w(i 1)＝w(i) μe(i)yn(i)(10)，

其中,y(i)为自适应滤波器的输出信号、yn(i)为差分噪声信号yn(i)在不同时刻取值组成的向量、e(i)为误差信号，n为自适应fir滤波器的阶数、w(i)为自适应滤波器的系数向量，通过调整自适应滤波器的系数w(i)来使误差信号e(i)的均方期望值最小、μ代表自适应滤波器系数的更新步长，其中的vad通过ys(i)进行有声/无声时间段的检测，并将检测结果用于控制自适应滤波器系数的更新与否；

3)采用改进的anc语音增强：anc的自适应滤波器系数仅在无语音的时间段进行自适应更新，而在有语音的时间段则保持自适应滤波器系数不变，即基于vad的anc算法为采用时域有限冲击响应滤波恢复算法fir对步骤1)得到的差分信号ys(i)和差分噪声yn(i)的语音畸变进行恢复运算：

由公式(4)得到：差分运算输出的信号ys(i)并非语音信号s(i)，而是s(i)的畸变信号s(i)-β²s(i-2)，对公式(4)作z变换可得：

ys(z)＝(1-β²z^-2)s(z)(11)，

由公式(11)得到公式(12)：

公式(12)由z域转化到时域、l＝30时，有：

取

则

其中，h为恢复滤波器的系数，l为恢复滤波器的阶数，自适应噪声抵消anc可对差分信号ys(i)中的残留噪声进行抑制，即公式式(9)中的e(i)具有比ys(i)更高的信噪比，因此恢复滤波针对e(i)进行，即：

其中，

技术总结
本发明公开了一种双麦克风语音增强的方法，这种方法首先通过对两通道含噪语音信号进行差分运算来抑制方向噪声，并对差分运算导致的语音信号畸变先不进行恢复运算，而是采用基于语音活动检测VAD的改进自适应噪声抵消ANC算法进一步消除剩余噪声，然后再对畸变的语音信号进行恢复运算，而在对畸变的语音信号进行恢复运算的过程中，采用时域恢复算法，可获得比已有的频域恢复算法更小的运算量和更小的时延。这种方法能够抑制方向噪声、改善语音的质量、鲁棒性强，且易于实现。

技术研发人员：曾庆宁;王红丽;龙超
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2021.03.02
技术公布日：2021.06.11