一种期望声源方向可调的双麦克风降噪方法

技术特征：
1.一种期望声源方向可调的双麦克风降噪方法，其特征在于包括：预处理过程：对双麦克风接收到的带噪信号x1(t)和x2(t)进行离散采样、预加重、分帧及加窗处理，再经过短时傅里叶变换得到频域信号x1(ω)和x2(ω)；波束形成过程：在双麦克风连线的中点处引入虚拟麦克风，根据中心差分格式对频域信号x1(ω)和x2(ω)进行差分变换，构造差分信号y1(ω)和y2(ω)，计算差分信号y1(ω)和y2(ω)的功率谱的统计平均值，并将统计平均值的比值记为方向性函数γ(ω,θ)，分析方向性函数γ(ω,θ)的性质，通过归一化函数将其直接映射为噪声掩蔽值λ(ω)，将频域信号x1(ω)与噪声掩蔽值λ(ω)相乘得到消除掉竞争方向噪声后的信号r1(ω)；后置维纳滤波过程：对r1(ω)中的信号能量和噪声能量进行估计得到通道信噪比并计算增益函数，从而消除信号r1(ω)中的残余噪声。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述预处理过程为：将带噪信号x1(t)和x2(t)进行离散采样，再对语音的高频部分进行预加重处理；将采样信号x1(n)和x2(n)分为长度为10ms的帧后加等长的汉明窗w(n)，加窗后的信号通入缓存区留待处理，经过短时傅里叶变换得到当前帧频域信号，根据实数序列傅里叶变换的共轭对称性，输出前1/2个频点的信号进行波束形成处理。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述波束形成过程包括幅度对齐、计算功率谱、计算方向性函数值、计算阈值和归一化映射；幅度对齐方式为对频域信号x1(ω)和x2(ω)分别乘以比例因子进行幅度对齐；计算功率谱时：假设期望波束为s(ω)，其方向预置为α，在双路麦克风中点处引入虚拟麦克风接收期望波束s(ω)，根据中心差分格式和频域信号x1(ω)、x2(ω)与期望波束s(ω)的空间关系构造差分信号y1(ω)和y2(ω)，计算差分信号y1(ω)和y2(ω)的功率谱；计算方向性函数值时：其中差分信号y1(ω)和y2(ω)功率谱的统计平均值的比值为方向性函数γ(ω,θ)的值，讨论γ(ω,θ)的性质，当声源实际入射方向θ等于给定的期望声源入射方向α时，γ(ω,θ)趋于无穷，并且在θ＝α轴的两边，函数值单调且近似对称；计算阈值及归一化映射时：由于γ(ω,θ)趋于无穷大，根据预先设定的主瓣宽度θ计算一个阈值ω，通过sigmoid函数的归一化映射，直接将γ(ω,θ)映射成对应频点的噪声掩蔽值λ(ω)，将x1(ω)与λ(ω)相乘得到消除掉竞争方向噪声后的信号r1(ω)(ω)4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述后置维纳滤波过程包括计算信噪比指数、计算对数谱偏差、修改或重置噪声标志和计算增益函数值；
计算信噪比指数时，将信号r1(ω)根据临界带宽准则分为若干个通道，估计每个通道的能量，将通道噪声能量估计初始化为前四帧的通道能量，据此计算通道信噪比指数；计算对数谱偏差时，设计非线性数据表作为语音指标表，将信噪比指数映射成度量语音质量的一组数字，将一定频率范围内的语音指标总和作为当前通道的语音质量评估结果，对当前通道的信号能量取对数，并计算长时对数谱能量与短时对数谱能量的偏差；修改或重置噪声标志，根据计算所得的语音指标总和、信噪比指数、对数谱偏差参数信息，判断当前帧是语音帧还是噪声帧，重置噪声更新标志，检查前几帧的更新标志，如果噪声长时间得不到更新，认为结果已不可靠，则强制更新信噪比指数；计算增益函数值时，利用通道信噪比指数计算通道增益值去除残余的背景噪声，根据噪声更新标志的结果，更新下一帧的噪声能量估计。

技术总结
本发明公开了一种期望声源方向可调的双麦克风降噪方法，包括：预处理过程，将双麦克风接收的带噪信号x1(t)和x2(t)进行离散采样、预加重、分帧及加窗处理，再经过短时傅里叶变换，得到频域信号X1(ω)和X2(ω)；波束形成过程，在双麦克风连线的中点处引入虚拟麦克风，根据中心差分格式对频域信号X1(ω)和X2(ω)进行差分变换，构造差分信号Y1(ω)和Y2(ω)。计算差分信号Y1(ω)和Y2(ω)的功率谱的统计平均值，并将统计平均值的比值记为方向性函数Γ(ω,θ)，分析方向性函数Γ(ω,θ)的性质，通过归一化函数将其直接映射为噪声掩蔽值λ(ω)。将X1(ω)与λ(ω)相乘得到消除掉竞争方向噪声后的信号R1(ω)；后置维纳滤波过程，对R1(ω)中的信号能量和噪声能量进行估计得到通道信噪比并计算增益函数，进一步消除R1(ω)中的残余噪声。中的残余噪声。中的残余噪声。


技术研发人员：赵清颖 陈喆 殷福亮
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/7/8