基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法及裝置，其中方法包括：獲取傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，基于傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，構(gòu)造各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣；在歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的歸一化自相關(guān)矩陣構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器；獲取傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)，該音頻信號(hào)為時(shí)域信號(hào)；利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。通過(guò)本發(fā)明中的基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法及裝置，只需要在一個(gè)很小的范圍內(nèi)選取一個(gè)合適的參數(shù)，就能夠在白噪聲增益和指向性因子之間獲得很好地平衡，實(shí)施簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】
基于參數(shù)化超増益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及聲學(xué)信號(hào)處理領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于參數(shù)化超增益波束形成 器的音頻信號(hào)提取方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 波束形成技術(shù)在信號(hào)處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，它通常是利用傳感器陣列在空間 形成一個(gè)濾波器，該濾波器響應(yīng)最大的方向?qū)?zhǔn)期望方向，該濾波器對(duì)干擾的抑制取決于 干擾方向上濾波器響應(yīng)的幅度。圖1示出了相關(guān)技術(shù)中的傳感器陣列的響應(yīng)示意圖，如圖1 所示，該傳感器陣列在0°方向的響應(yīng)最大。
[0003] 波束形成大致可以分為兩大類，一類是固定波束形成，另一類是自適應(yīng)波束形成。 固定波束形成的濾波器系數(shù)不隨應(yīng)用環(huán)境的變化而變化，如延遲相加波束形成和超增益波 束形成，而自適應(yīng)波束形成的濾波器系數(shù)隨信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性的變化而自適應(yīng)的改變，如線性 約束最小方差波束形成。
[0004] 超增益波束形成器屬于固定波束形成器，和其它的固定波束形成器相比，在同樣 傳感器數(shù)目的情況下，超增益波束形成器可以獲得最大的指向性，因此能更為有效地抑制 來(lái)自主波束以外其它方向上的噪聲。但在實(shí)際應(yīng)用中，超增益波束形成面臨最大的問(wèn)題就 是白噪聲放大問(wèn)題，尤其是對(duì)于陣列間距很小的超增益波束形成，其低頻處的白噪聲增益 非常低，因而限制了其在實(shí)際系統(tǒng)中的應(yīng)用。如何開發(fā)出穩(wěn)健的超增益波束形成技術(shù)一直 是一個(gè)很具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。常見(jiàn)的解決辦法是對(duì)噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣進(jìn)行對(duì)角加載， 通過(guò)在噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣的對(duì)角線元素上加載一個(gè)小的常數(shù)(又稱加載因子)來(lái)改 變?cè)摼仃嚨臈l件數(shù)，從而提高白噪聲增益。
[0005] 發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)中基于對(duì)角加載的超增益波束形成雖然能夠提高 白噪聲增益，但是理論上加載因子的選擇范圍是從零到無(wú)窮大，在實(shí)際應(yīng)用中，將很難去選 擇一個(gè)合適的加載因子，導(dǎo)致基于對(duì)角加載的超增益波束形成技術(shù)實(shí)施困難，實(shí)用性不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào) 提取方法及裝置，只需要在一個(gè)很小的范圍內(nèi)選取一個(gè)合適的參數(shù)，就能夠在白噪聲增益 和指向性因子之間獲得很好地平衡，實(shí)施簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。
[0007] 第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提 取方法，所述方法包括:獲取傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，基于所述傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，構(gòu) 造各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣;在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?數(shù)后的所述歸一化自相關(guān)矩陣構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器;獲取所述傳感器陣列中各個(gè) 傳感器采集到的音頻信號(hào)，所述音頻信號(hào)為時(shí)域信號(hào)；利用所述參數(shù)化超增益波束形成器 對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。
[0008] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面第一種可能的實(shí)施方式，其中，基于 所述傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，構(gòu)造各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣，包括:根據(jù)所述傳感器 陣列中傳感器的數(shù)量Μ和相鄰傳感器之間的間距δ構(gòu)造 Μ XM的各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩 陣Γ ( ω )，矩陣Γ ( ω )的第（i j)個(gè)元素表示為
其中，ω為角頻率，τ〇為相鄰傳感器之間的最大聲傳播時(shí)延，τ〇 = δ/c，c為所述音頻信號(hào)在空 氣中的傳播速度。
[0009] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面第二種可能的實(shí)施方式，其中，在所 述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的所述歸一化自相關(guān)矩陣構(gòu)建參數(shù)化超 增益波束形成器，包括:在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的所述歸一 化自相關(guān)矩陣定義參數(shù)化信噪比增益;在期望方向信號(hào)不失真約束條件下最大化所述參數(shù) 化信噪比增益，得到所述參數(shù)化超增益波束形成器。
[0010] 結(jié)合第一方面第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面第三種可能 的實(shí)施方式，其中，在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的所述歸一化自 相關(guān)矩陣定義參數(shù)化信噪比增益，包括:對(duì)所述歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )進(jìn)行特征分解，得 到Γ ( ω )=υ( ω ) Λ ( ω )υΤ( ω )，其中，ω為角頻率，υ( ω )為正交矩陣，Λ ( ω )為對(duì)角矩陣， UT( ω )為矩陣U( ω )的轉(zhuǎn)置;基于所述特征分解的結(jié)果，在所述歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )中 引入?yún)?shù)Ρ，定義Ι/p階歸一化自相關(guān)矩陣為
3所述 Ι/p階歸一化自相關(guān)矩陣，P e [ 1，3];根據(jù)所述Ι/p階歸一化自相關(guān)矩陣定義所述參數(shù)化信 噪比增益為
其中，GP[h(co)]為所述參數(shù)化信噪比增益，h (ω )為長(zhǎng)度為Μ的線性濾波器，Μ為所述傳感器陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為h( ω )的共輒 轉(zhuǎn)置，d( ω )為所述傳感器陣列的導(dǎo)向矢量。
[0011] 結(jié)合第一方面第二種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面第四種可能 的實(shí)施方式，其中，在期望方向信號(hào)不失真約束條件下最大化所述參數(shù)化信噪比增益，得到 所述參數(shù)化超增益波束形成器，包括:求解優(yōu)化問(wèn)I
subject to hH (ω )d( ω ) = 1的解，得到所述參數(shù)化超增益波束形成器
；其中， hP,P( ω )為所述參數(shù)化超增益波束形成器，ω為角頻率，h( ω )表示長(zhǎng)度為Μ的線性濾波器，Μ 為所述傳感器陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為h( ω )的共輒轉(zhuǎn)置，階歸一化自相 關(guān)矩陣，d( ω )為所述傳感器陣列的導(dǎo)向矢量，dH( ω )為d( ω )的共輒轉(zhuǎn)置
歸一化自相關(guān)矩陣，pe [1，3]。
[0012] 結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面第五種可能的實(shí)施方式，其中，在利 用所述參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行提取之前，所述方法還包括:應(yīng)用短 時(shí)傅里葉變換將所述音頻信號(hào)由時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào);利用所述參數(shù)化超增益波束形 成器對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行提取，包括:利用所述參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)所述頻域信號(hào) 進(jìn)行提取。
[0013] 第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提 取裝置，矩陣構(gòu)造模塊，用于獲取傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，基于所述傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信 息，構(gòu)造各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣;波束形成器構(gòu)建模塊，用于在所述歸一化自相 關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的所述歸一化自相關(guān)矩陣構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成 器;信號(hào)獲取模塊，用于獲取所述傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)，所述音頻信 號(hào)為時(shí)域信號(hào);信號(hào)提取模塊，用于利用所述參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn) 行提取，得到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。
[0014] 結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述 波束形成器構(gòu)建模塊包括:信噪比增益定義單元，用于在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?數(shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的所述歸一化自相關(guān)矩陣定義參數(shù)化信噪比增益;波束形成器構(gòu)建單 元，用于在期望方向信號(hào)不失真約束條件下最大化所述參數(shù)化信噪比增益，得到所述參數(shù) 化超增益波束形成器。
[0015] 結(jié)合第二方面第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面第二種可能 的實(shí)施方式，其中，所述信噪比增益定義單元包括:特征分解子單元，用于對(duì)所述歸一化自 相關(guān)矩陣r ( ω )進(jìn)行特征分解，得到Γ ( ω ) =υ( ω ) Λ ( ω )υτ( ω )，其中，ω為角頻率，u (ω )為正交矩陣，Λ ( ω )為對(duì)角矩陣，UT( ω )為矩陣U( ω )的轉(zhuǎn)置;矩陣定義子單元，用于基 于所述特征分解的結(jié)果，在所述歸一化自相關(guān)矩陣Ρ(ω)中引入?yún)?shù)p，定義Ι/p階歸一化 自相關(guān)矩陣為
為所述Ι/p階歸一化自相關(guān)矩陣，P e
[1，3];信噪比增益定義子單元，用于根據(jù)所述l/ρ階歸一化自相關(guān)矩陣定義所述參數(shù)化信 噪比增益為
其中，GP[h( ω )]為所述參數(shù)化信噪比增益，h( ω ) 為長(zhǎng)度為Μ的線性濾波器，Μ為所述傳感器陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為h( ω )的共輒轉(zhuǎn) 置，d( ω )為所述傳感器陣列的導(dǎo)向矢量。
[0016] 結(jié)合第二方面第一種可能的實(shí)施方式，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面第三種可能的 實(shí)施方式，其中，所述波束形成器構(gòu)建單元用于:求解優(yōu)化問(wèn)題min h" 〇>ΓΛsub ject h(./M to hH( ω )d( ω ) = 1的解，得到所述參數(shù)化超增益波束形成署
其中，hP,P( ω )為所述參數(shù)化超增益波束形成器，ω為角頻率，h( ω )表示長(zhǎng)度為Μ的線性濾 波器，Μ為所述傳感器陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為h( ω )的共輒轉(zhuǎn)置，為l/ρ階歸一 化自相關(guān)矩陣，d( ω )為所述傳感器陣列的導(dǎo)向矢量，dH( ω )為d( ω )的共輒轉(zhuǎn)置， 階歸一化自相關(guān)矩陣，pe [1，3]。 P
[0017] 本發(fā)明實(shí)施例中，首先構(gòu)造各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣，然后在歸一化自 相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器，最后利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì) 傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。通 過(guò)本發(fā)明實(shí)施例中的基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法及裝置，只需要在 一個(gè)很小的范圍內(nèi)，如1至3的范圍內(nèi)，選取一個(gè)合適的參數(shù)構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器， 就能夠在白噪聲增益和指向性因子之間獲得很好地平衡，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下對(duì)期望方向信號(hào) 的獲取，實(shí)施簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，從而有效緩解相關(guān)技術(shù)中加載因子選擇困難，基于對(duì)角加載 的超增益波束形成技術(shù)實(shí)施困難，實(shí)用性不足的問(wèn)題。
[0018] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合 所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附 圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì) 范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這 些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0020] 圖1示出了相關(guān)技術(shù)中的傳感器陣列的響應(yīng)示意圖；
[0021] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào) 提取方法的流程示意圖；
[0022] 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例1提供的另一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信 號(hào)提取方法的流程示意圖；
[0023] 圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例2提供的一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào) 提取裝置的模塊組成示意圖；
[0024] 圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例2提供的另一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信 號(hào)提取裝置的模塊組成示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅 是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí) 施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的 實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí) 施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所 有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]考慮到相關(guān)技術(shù)中基于對(duì)角加載的超增益波束形成技術(shù)實(shí)施困難，實(shí)用性不足的 問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法及裝置，下面 結(jié)合實(shí)施例進(jìn)行具體描述。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 本實(shí)施例提供了一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法，本發(fā)明 實(shí)施例的執(zhí)行主體為音頻信號(hào)提取服務(wù)器，音頻信號(hào)提取服務(wù)器首先構(gòu)造各向同性噪聲的 歸一化自相關(guān)矩陣，其次在歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器， 然后獲取傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)，最后利用參數(shù)化超增益波束形成器 對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。其中，來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)簡(jiǎn)稱 為期望方向信號(hào)，音頻信號(hào)提取服務(wù)器可以使用現(xiàn)有的任何型號(hào)的計(jì)算終端，這里不再一 一贅述。
[0029] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例1提供的一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào) 提取方法的流程示意圖，如圖2所示，該方法包括以下步驟：
[0030] 步驟S202，獲取傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，基于該傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，構(gòu)造各向 同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣。
[0031] 本實(shí)施例中，傳感器陣列可以為任意形狀，包括但不限于方形陣列、圓形陣列等。 本實(shí)施例中的方法既可以用來(lái)處理窄帶信號(hào)亦可以處理寬帶信號(hào)如語(yǔ)音信號(hào)。
[0032] 本步驟中，根據(jù)傳感器陣列中傳感器的數(shù)量Μ和相鄰傳感器之間的間距δ構(gòu)造 MXM 的各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )，矩陣Γ ( ω )的第(ij)個(gè)元素表示為：
[0033]
⑴
[0034]公式（1)，ω為角頻率，ω =2Jif，f>〇為時(shí)間頻率為相鄰傳感器之間的最大聲傳 播時(shí)延，τ〇 = δ/c，c為音頻信號(hào)在空氣中的傳播速度。
[0035]具體地，步驟S202中，假設(shè)一均勻線性傳感器陣列含有Μ個(gè)全指向性傳感器，聲源 以平面波的形式傳播，其入射方位和傳感器陣列呈角度Θ。理想情況下各個(gè)傳感器上接收到 的信號(hào)剛好相差一個(gè)時(shí)延，此時(shí)陣列的導(dǎo)向矢量可以表不為：
[0036]
(2)
[0037] 上式(2)中上標(biāo)Τ表示對(duì)向量的轉(zhuǎn)置操作，/ = #是虛數(shù)單位。
[0038] 對(duì)于超增益波束形成，假設(shè)相鄰傳感器的間距δ很小，且聲源信號(hào)從端射方向入 射，g卩θ = 〇,因此，麥克風(fēng)陣列接收信號(hào)可以表示為：
[0039] γ(ω) = [Υ!(ω) Υ2(ω) ... ΥΜ(ω)]τ
[0040] =χ( ω )+ν( ω )
[0041] =d( ω )Χ( ω )+ν( ω )， (3)
[0042] 這里：α?) = 是第m個(gè)傳感器接收到的信號(hào)，Χ( ω )是期望方 向信號(hào)，Vm( ω )是第m個(gè)傳感器上的加性噪聲，χ( ω ) = d( ω )Χ( ω )，這里d( ω ) = d( ω，〇)，ν (ω )類似y( ω )定義。
[0043] 通常，波束形成是對(duì)各傳感器接收到的信號(hào)乘以一個(gè)復(fù)數(shù)權(quán)值再相加得到輸出， 即
[0044]
(4)
[0045] 這里Ζ( ω )是對(duì)期望方向信號(hào)Χ( ω )的估計(jì)，上標(biāo)$表示取共輒，h( ω )是長(zhǎng)度為Μ的 線性濾波器，上標(biāo)η是共輒轉(zhuǎn)置操作。同時(shí)需要期望方向信號(hào)不失真，該不失真約束定義為hH (ω)(1(ω) = 1〇
[0046] 為了推導(dǎo)出最優(yōu)波束形成器，本實(shí)施例定義幾個(gè)基本的性能評(píng)價(jià)參數(shù)，它們分別 是波束圖、白噪聲增益、指向性因子。
[0047] (1)波束圖反應(yīng)了陣列對(duì)平面波從Θ方向入射時(shí)的響應(yīng)，它定義為 [00481
(5)
[0049] (2)白噪聲增益反應(yīng)了陣列對(duì)陣列和傳感器對(duì)各種不匹配的魯棒性，它定義為如 下形式
[0050]
(6)
[0051] (3)指向性因子反應(yīng)了波束形成器的方向性增益，它被定義為
[0052]
. (7)
[0053] 這里上式中ΜΧΜ的各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣Γ(ω)的第（ij)個(gè)元素如 公式(1)所示，表示為
[0054]步驟S204,在歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的歸一化自相關(guān)矩 陣構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器。
[0055] 本步驟能夠通過(guò)以下兩個(gè)子步驟(1)和(2)實(shí)現(xiàn)：
[0056] (1)在歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的歸一化自相關(guān)矩陣定義 參數(shù)化信噪比增益。
[0057]本子步驟(1)具體包括：
[0058] (11)對(duì)歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )進(jìn)行特征分解，得到
[0059] Γ ( ω )=U( ω ) Λ ( ω )UT( ω )， (8)
[0060] 其中，ω為角頻率，U( ω )為正交矩陣，UT( ω )為矩陣U( ω )的轉(zhuǎn)置，UT( ω )U( ω )=U (ω )UT( ω ) = !"，Λ ( ω )為對(duì)角矩陣，Λ ( ω )的所有對(duì)角元素都是正值。
[0061] (12)基于特征分解的結(jié)果，在歸一化自相關(guān)矩陣Γ(ω)中引入?yún)?shù)p，定義l/ρ階 歸一化自相關(guān)矩陣為
[0062]
(9)
[0063] 其中，為l/ρ階歸一化自相關(guān)矩陣，Pe [ 1，00]，優(yōu)選Pe [ 1，3]。
[0064] (13)根據(jù)l/ρ階歸一化自相關(guān)矩陣定義參數(shù)化信噪比增益為
[0065]
(.10.)
[0066] 其中，GP[h( ω )]為參數(shù)化信噪比增益，h( ω )為長(zhǎng)度為Μ的線性濾波器，Μ為傳感器 陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為h( ω )的共輒轉(zhuǎn)置，d( ω )為傳感器陣列的導(dǎo)向矢量。這里很 顯然有G~[h( ω ) ] =W[h( ω ) ]andGi[h( ω ) ] =D[h( ω ) ] 0
[0067] (2)在期望方向信號(hào)不失真約束條件下最大化參數(shù)化信噪比增益，得到參數(shù)化超 增益波束形成器。
[0068] 本子步驟具體執(zhí)行為：求解優(yōu)化問(wèn)題
. h(.iy) (ω ) = 1的解，得到參數(shù)化超增益波束形成器
[0069]
(11)
[0070] 其中，hP,P( ω )為參數(shù)化超增益波束形成器，ω為角頻率，h( ω )表示長(zhǎng)度為Μ的線 性濾波器，Μ為傳感器陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為h( ω )的共輒轉(zhuǎn)置，為l/ρ階歸一 化自相關(guān)矩陣，d( ω )為傳感器陣列的導(dǎo)向矢量，dH( ω )為d( ω )的共輒轉(zhuǎn)置
階歸一化自相關(guān)矩陣，p e [ 1，00 ]，優(yōu)選p e [ 1，3]。
[0071] 這里l/ρ是參數(shù)超增益波束形成的參數(shù)階數(shù)，參數(shù)矩陣!··^#可如下計(jì)算：
[0072]
(12)
[0073] 至此，能夠得到參數(shù)化超增益波束形成器的白噪聲增益為
[0074]
(13)
[0075] 參數(shù)化超增益波束形成器的指向性系數(shù)為
[0076]
(M)
[0077] 對(duì)于任意的Pl$p2,總有
[0078] (615)
[0079] (16)
[0080] 很顯然，通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)P，可以得到不同形式的波束形成器：當(dāng)P=1時(shí)，能夠得到傳 統(tǒng)的超增益波束形成器，即h P>1( ω )=hs( ω )，它在給定傳感器數(shù)目的前提下能得到最大的 指向性因子;當(dāng)P = m時(shí)，能夠得到延時(shí)相加波束形成器，即，它在給定傳感器數(shù)目的前提下 能得到最大的白噪聲增益；當(dāng)l〈P〈m時(shí)，能夠得到折衷的波束形成器，它的白噪聲增益隨著 參數(shù)P的增加而增加，指向性因子隨著參數(shù)P增加而減小，如果選擇合適的參數(shù)P，參數(shù)化超 增益波束形成器h P,P( ω )能夠在很好地改善白噪聲放大問(wèn)題的前提下同時(shí)保持合理的指向 性。
[0081] 步驟S206,獲取上述傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)，該音頻信號(hào)為 時(shí)域信號(hào)。
[0082] 步驟S208,利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)上述音頻信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自期 望方向的音頻信號(hào)。
[0083] 本步驟具體可以為，利用公對(duì)上述音頻信號(hào)進(jìn)行提 取，得到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。
[0084] 本步驟中，能夠利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自期 望方向的音頻信號(hào)，還能夠利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自 期望方向的音頻信號(hào)。當(dāng)對(duì)頻域信號(hào)提取時(shí)，在步驟S208之前，本實(shí)施例中的方法還包括： 應(yīng)用短時(shí)傅里葉變換將上述音頻信號(hào)由時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào);此時(shí)，利用參數(shù)化超增 益波束形成器對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行提取，具體執(zhí)行為:利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)頻域信 號(hào)進(jìn)行提取。
[0085]需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中，對(duì)傳感器接收到的信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換(對(duì)于非平穩(wěn) 的信號(hào)如語(yǔ)音信號(hào)，采取分幀處理進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換），對(duì)變換后的頻域信號(hào)在各個(gè)頻段 分開處理，如果是窄帶信號(hào)就只需要在有信號(hào)能量的頻段處理，如果是寬帶信號(hào)則在全頻 段或者信號(hào)能量集中的頻段進(jìn)行處理。
[0086]本發(fā)明實(shí)施例中，首先構(gòu)造各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣，然后在歸一化自 相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器，最后利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì) 傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。通 過(guò)本發(fā)明實(shí)施例中的基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法，只需要在一個(gè)很 小的范圍內(nèi)，如1至3的范圍內(nèi)，選取一個(gè)合適的參數(shù)構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器，就能夠 在白噪聲增益和指向性因子之間獲得很好地平衡，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下對(duì)期望方向信號(hào)的獲 取，實(shí)施簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，從而有效緩解相關(guān)技術(shù)中加載因子選擇困難，基于對(duì)角加載的超 增益波束形成技術(shù)實(shí)施困難，實(shí)用性不足的問(wèn)題。
[0087] 需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中步驟S202至步驟S204所示的構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形 成器的過(guò)程與步驟S206所示的獲取音頻信號(hào)的過(guò)程可以同時(shí)進(jìn)行，也可以先獲取音頻信 號(hào)，后構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器，也可以如圖2所示先構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器， 后獲取音頻信號(hào)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)施例中的方案中，步驟S202至步驟 S204所示的構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器的過(guò)程與步驟S206所示的獲取音頻信號(hào)的過(guò)程 的先后順序可以不進(jìn)行具體限定。
[0088] 為進(jìn)一步說(shuō)明構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器的過(guò)程與獲取音頻信號(hào)的過(guò)程之間 的邏輯關(guān)系，本實(shí)施例還提供了如圖3所示的方法流程，該流程中，構(gòu)建參數(shù)化超增益波束 形成器與獲取音頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)行，圖3所示的方法流程，具備圖2所示的方法流程相同的技 術(shù)效果。
[0089] 為了更好的展示本發(fā)明實(shí)施例的效果，這里利用一個(gè)含有8個(gè)全指向性麥克風(fēng)的 均勻線性陣列，麥克風(fēng)的間距為1.5cm，依照如圖2所示的方法設(shè)計(jì)參數(shù)化超增益波束形成 器，并用波束圖、白噪聲增益和指向性因子對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0090] 通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例中的參數(shù)化超增益波束形成器當(dāng)參數(shù)p = 1時(shí)，是傳 統(tǒng)的超增益波束形成器，波束圖在θ = 〇°度上的響應(yīng)為1，在0°到180°的范圍上有三個(gè)零點(diǎn)， 此時(shí)的波束圖對(duì)應(yīng)為三階的超心形，這和理論上Μ個(gè)麥克風(fēng)設(shè)計(jì)的超增益波束形成器對(duì)應(yīng) Μ-1超心形相符合。隨著參數(shù)ρ的增加，波束圖由超心形向延時(shí)相加波束圖過(guò)度，當(dāng)參數(shù)ρ的 取值較大(如P = l〇)時(shí)，此時(shí)的波束圖已經(jīng)非常接近延時(shí)相加波束圖。
[0091] 通過(guò)實(shí)驗(yàn)還能夠發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的超增益波束形成器相比，本實(shí)施例中的參數(shù)化超 增益波束形成器能夠在高的指向性因子和低的白噪聲增益之間獲得很好的平衡。隨著參數(shù) Ρ的值從1.1增加到10,指向性因子的值相應(yīng)減小而白噪聲增益的值顯著增加。
[0092] 通過(guò)實(shí)驗(yàn)還能夠發(fā)現(xiàn)，指向性因子隨著參數(shù)ρ的增加而減小，白噪聲增益隨著參數(shù) Ρ的增加而增加，尤其值得注意的是，其隨著參數(shù)Ρ的顯著變化集中在1到3這個(gè)很小的范圍 內(nèi)，當(dāng)Ρ的值大于3時(shí)，指向性因子和白噪聲增益都不再顯著變化，這說(shuō)明本實(shí)施例可以通過(guò) 在一個(gè)很小的范圍內(nèi)選取合適的參數(shù)Ρ去設(shè)計(jì)最優(yōu)的參數(shù)化超增益波束形成器。
[0093] 實(shí)施例2
[0094] 對(duì)應(yīng)實(shí)施例1中的基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法，本實(shí)施例 提供了 一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取裝置，如圖4所示，該裝置包括：
[0095] 矩陣構(gòu)造模塊31，用于獲取傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，基于傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息， 構(gòu)造各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣；
[0096] 波束形成器構(gòu)建模塊32,用于在歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后 的歸一化自相關(guān)矩陣構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器；
[0097]信號(hào)獲取模塊33,用于獲取上述傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)，該 音頻信號(hào)為時(shí)域信號(hào)；
[0098] 信號(hào)提取模塊34,用于利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)上述音頻信號(hào)進(jìn)行提取， 得到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。
[0099] 上述矩陣構(gòu)造模塊31具體用于:根據(jù)傳感器陣列中傳感器的數(shù)量Μ和相鄰傳感器 之間的間距S構(gòu)造 MXM的各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )，矩陣Γ ( ω )的第（ij) 個(gè)元素表示為
1，其中，ω為角頻率，為相鄰傳感 器之間的最大聲傳播時(shí)延，t〇 = S/c，c為音頻信號(hào)在空氣中的傳播速度。
[0100]上述波束形成器構(gòu)建模塊32包括:信噪比增益定義單元，用于在歸一化自相關(guān)矩 陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的歸一化自相關(guān)矩陣定義參數(shù)化信噪比增益;波束形成器 構(gòu)建單元，用于在期望方向信號(hào)不失真約束條件下最大化參數(shù)化信噪比增益，得到參數(shù)化 超增益波束形成器。
[0101 ]其中，信噪比增益定義單元包括:特征分解子單元，用于對(duì)歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω ) 進(jìn)行特征分解，得到Γ ( ω ) =U( ω ) Λ ( ω )UT( ω )，其中，ω為角頻率，U( ω )為正交矩陣，Λ ( ω ) 為對(duì)角矩陣，UT( ω )為矩陣U( ω )的轉(zhuǎn)置;矩陣定義子單元，用于基于特征分解的結(jié)果，在歸一化 自相關(guān)矩陣F ( ω )中引入?yún)?shù)p，定義Ι/p階歸一化自相關(guān)矩陣為
階歸一化自相關(guān)矩陣定義參數(shù)化信噪比增益為
其中，GP[h (ω )]為參數(shù)化信噪比增益，h( ω )為長(zhǎng)度為Μ的線性濾波器，Μ為傳感器陣列中傳感器的數(shù) 量，hH( ω )為h( ω )的共輒轉(zhuǎn)置，d( ω )為傳感器陣列的導(dǎo)向矢量。
[0102] 其中，波束形成器構(gòu)建單元用于:求解優(yōu)化問(wèn)是
ubject to hH( ω )d( ω ) = 1的解，得到參數(shù)化超增益波束形成署
其中， hP,P( ω )為參數(shù)化超增益波束形成器，ω為角頻率，h( ω )表示長(zhǎng)度為Μ的線性濾波器，Μ為傳 感器陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為h( ω )的共輒轉(zhuǎn)置，j4(iy)Sl/p階歸一化自相關(guān)矩陣，d (ω )為傳感器陣列的導(dǎo)向矢量，dH( ω )為d( ω )的共輒轉(zhuǎn)置，丨^^為-^階歸一化自相關(guān) 矩陣，Pe [1，3]。
[0103] 當(dāng)對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，本實(shí)施例中的裝置還包括:傅里葉變換模塊，用于應(yīng)用 短時(shí)傅里葉變換將音頻信號(hào)由時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)。該種情況下，上述信號(hào)提取模塊 34具體用于:利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)頻域信號(hào)進(jìn)行提取。
[0104] 本發(fā)明實(shí)施例中，首先構(gòu)造各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣，然后在歸一化自 相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器，最后利用參數(shù)化超增益波束形成器對(duì) 傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。通 過(guò)本發(fā)明實(shí)施例中的基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取裝置，只需要在一個(gè)很 小的范圍內(nèi)，如1至3的范圍內(nèi)，選取一個(gè)合適的參數(shù)構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器，就能夠 在白噪聲增益和指向性因子之間獲得很好地平衡，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下對(duì)期望方向信號(hào)的獲 取，實(shí)施簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，從而有效緩解相關(guān)技術(shù)中加載因子選擇困難，基于對(duì)角加載的超 增益波束形成技術(shù)實(shí)施困難，實(shí)用性不足的問(wèn)題。
[0105] 需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中矩陣構(gòu)造模塊31和波束形成器構(gòu)建模塊32所示的構(gòu)建 參數(shù)化超增益波束形成器的過(guò)程與信號(hào)獲取模塊33所示的獲取音頻信號(hào)的過(guò)程可以同時(shí) 進(jìn)行，也可以先獲取音頻信號(hào)，后構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器，也可以如圖4所示先構(gòu)建 參數(shù)化超增益波束形成器，后獲取音頻信號(hào)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解本實(shí)施例中的 方案中，波束形成器構(gòu)建模塊32可以通過(guò)信號(hào)獲取模塊33與信號(hào)提取模塊34相連，也可以 直接與信號(hào)提取模塊34相連。
[0106] 為進(jìn)一步說(shuō)明構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器的過(guò)程與獲取音頻信號(hào)的過(guò)程之間 的邏輯關(guān)系，本實(shí)施例還提供了如圖5所示的裝置模塊組成，該裝置中，構(gòu)建參數(shù)化超增益 波束形成器與獲取音頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)行，波束形成器構(gòu)建模塊32直接與信號(hào)提取模塊34相 連，圖5所示的裝置組成，具備圖4所示的裝置組成相同的技術(shù)效果。
[0107] 本發(fā)明實(shí)施例所提供的基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取裝置可以 為設(shè)備上的特定硬件或者安裝于設(shè)備上的軟件或固件等。本發(fā)明實(shí)施例所提供的裝置，其 實(shí)現(xiàn)原理及產(chǎn)生的技術(shù)效果和前述方法實(shí)施例相同，為簡(jiǎn)要描述，裝置實(shí)施例部分未提及 之處，可參考前述方法實(shí)施例中相應(yīng)內(nèi)容。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述 的方便和簡(jiǎn)潔，前述描述的系統(tǒng)、裝置和單元的具體工作過(guò)程，均可以參考上述方法實(shí)施例 中的對(duì)應(yīng)過(guò)程，在此不再贅述。
[0108] 在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露裝置和方法，可以通過(guò)其它的方 式實(shí)現(xiàn)。以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏 輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，又例如，多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可 以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點(diǎn)，所顯示或討論的相互之間 的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過(guò)一些通信接口，裝置或單元的間接耦合或通信連 接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。
[0109] 所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯 示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè) 網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目 的。
[0110] 另外，在本發(fā)明提供的實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理單元中，也可 以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)單元中。
[0111] 所述功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以 存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中。基于這樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō) 對(duì)相關(guān)技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì) 算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè) 人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。 而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括:U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(R0M，Read-0nly Memory)、隨機(jī)存取存 儲(chǔ)器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。
[0112] 應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一 個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋，此外，術(shù)語(yǔ)"第 一"、"第二"、"第三"等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0113]最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，用以說(shuō)明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員 在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或可輕 易想到變化，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使 相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取方法，其特征在于，所述方法包 括： 獲取傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，基于所述傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，構(gòu)造各向同性噪聲的 歸一化自相關(guān)矩陣； 在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的所述歸一化自相關(guān)矩陣構(gòu)建 參數(shù)化超增益波束形成器； 獲取所述傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)，所述音頻信號(hào)為時(shí)域信號(hào)； 利用所述參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行提取，得到來(lái)自期望方向的音 頻信號(hào)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，構(gòu)造各 向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣，包括： 根據(jù)所述傳感器陣列中傳感器的數(shù)量Μ和相鄰傳感器之間的間距δ構(gòu)造 MXM的各向同 性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )，矩陣Γ ( ω )的第α j)個(gè)元素表示為：其中，ω為角頻率，το為相鄰傳感器之間的最大聲傳播時(shí)延，T〇 = S/c，c為所述音頻信號(hào) 在空氣中的傳播速度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根 據(jù)引入?yún)?shù)后的所述歸一化自相關(guān)矩陣構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器，包括： 在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的所述歸一化自相關(guān)矩陣定義 參數(shù)化信噪比增益； 在期望方向信號(hào)不失真約束條件下最大化所述參數(shù)化信噪比增益，得到所述參數(shù)化超 增益波束形成器。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根 據(jù)引入?yún)?shù)后的所述歸一化自相關(guān)矩陣定義參數(shù)化信噪比增益，包括： 對(duì)所述歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )進(jìn)行特征分解，得到Γ ( ω ) =U( ω ) Λ ( ω )IJT( ω )，其 中，ω為角頻率，U( ω )為正交矩陣，Λ ( ω )為對(duì)角矩陣，ljT( ω )為矩陣U( ω )的轉(zhuǎn)置； 基于所述特征分解的結(jié)果，在所述歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )中引入?yún)?shù)P，定義1/p階 歸一化自相關(guān)矩陣夫^所述1/P階歸一化自相關(guān)矩 陣，pe [1,3]; 根據(jù)所述1/p階歸一化自相關(guān)矩陣定義所述參數(shù)化信噪比增益為其中，Gp比（ω )]為所述參數(shù)化信噪比增益，K ω )為長(zhǎng)度為Μ的線性濾波器，Μ為所述傳感器 陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為Κ ω )的共輛轉(zhuǎn)置，d( ω )為所述傳感器陣列的導(dǎo)向矢量。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在期望方向信號(hào)不失真約束條件下最大化 所述參數(shù)化信噪比增益，得到所述參數(shù)化超增益波束形成器，包括： 求解優(yōu)化問(wèn)題的解，得到所述參數(shù) 化超增益波束形成署其中，hp,p( ω )為所述參數(shù)化超增益波束形成器，ω為角頻率，Μ ω )表示長(zhǎng)度為Μ的線 性濾波器，Μ為所述傳感器陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為Μ ω )的共輛轉(zhuǎn)置，階歸一化自相關(guān)矩陣，d( ω )為所述傳感器陣列的導(dǎo)向矢量，dH( ω )為d( ω )的共輛轉(zhuǎn)置，濟(jì)歸一化自相關(guān)矩陣，Ρ e [ 1,3 ]。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在利用所述參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)所 述音頻信號(hào)進(jìn)行提取之前，所述方法還包括： 應(yīng)用短時(shí)傅里葉變換將所述音頻信號(hào)由時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)； 利用所述參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行提取，包括： 利用所述參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)所述頻域信號(hào)進(jìn)行提取。7. -種基于參數(shù)化超增益波束形成器的音頻信號(hào)提取裝置，其特征在于，所述裝置包 括： 矩陣構(gòu)造模塊，用于獲取傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，基于所述傳感器陣列的結(jié)構(gòu)信息，構(gòu) 造各向同性噪聲的歸一化自相關(guān)矩陣； 波束形成器構(gòu)建模塊，用于在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的 所述歸一化自相關(guān)矩陣構(gòu)建參數(shù)化超增益波束形成器； 信號(hào)獲取模塊，用于獲取所述傳感器陣列中各個(gè)傳感器采集到的音頻信號(hào)，所述音頻 信號(hào)為時(shí)域信號(hào)； 信號(hào)提取模塊，用于利用所述參數(shù)化超增益波束形成器對(duì)所述音頻信號(hào)進(jìn)行提取，得 到來(lái)自期望方向的音頻信號(hào)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述波束形成器構(gòu)建模塊包括： 信噪比增益定義單元，用于在所述歸一化自相關(guān)矩陣中引入?yún)?shù)，根據(jù)引入?yún)?shù)后的 所述歸一化自相關(guān)矩陣定義參數(shù)化信噪比增益； 波束形成器構(gòu)建單元，用于在期望方向信號(hào)不失真約束條件下最大化所述參數(shù)化信噪 比增益，得到所述參數(shù)化超增益波束形成器。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述信噪比增益定義單元包括： 特征分解子單元，用于對(duì)所述歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )進(jìn)行特征分解，得到Γ ( ω )=U (ω ) Λ ( ω )IJT( ω )，其中，ω為角頻率，U( ω )為正交矩陣，Λ ( ω )為對(duì)角矩陣，IJT( ω )為矩陣 υ(ω)的轉(zhuǎn)置； 矩陣定義子單元，用于基于所述特征分解的結(jié)果，在所述歸一化自相關(guān)矩陣Γ ( ω )中 引入?yún)?shù)Ρ，定義1/Ρ階歸一化自相關(guān)矩陣天弓所述 1/ρ階歸一化自相關(guān)矩陣，pe [1,3]; 信噪比增益定義子單元，用于根據(jù)所述1/p階歸一化自相關(guān)矩陣定義所述參數(shù)化信噪 比增益為庚中，Gp[h( ω )]為所述參數(shù)化信噪比增益，Μ ω ) 為長(zhǎng)度為Μ的線性濾波器，Μ為所述傳感器陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為h( ω )的共輛轉(zhuǎn) 置，d( ω )為所述傳感器陣列的導(dǎo)向矢量。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述波束形成器構(gòu)建單元用于： 求解優(yōu)化問(wèn)題的解，得到所述參數(shù)化 超增益波束形成I其中，hp,p( ω )為所述參數(shù)化超增益波束形成器，ω為角頻率，Μ ω )表示長(zhǎng)度為Μ的線 性濾波器，Μ為所述傳感器陣列中傳感器的數(shù)量，hH( ω )為Κ ω )的共輛轉(zhuǎn)置，為1/Ρ階 歸一化自相關(guān)矩陣，d( ω )為所述傳感器陣列的導(dǎo)向矢量，dH( ω )為d( ω )的共輛轉(zhuǎn)置，新歸一化自相關(guān)矩陣，pe[l，3]。
【文檔編號(hào)】G10K11/34GK105976822SQ201610545565
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】陳景東, 黃公平, 雅各布·貝內(nèi)斯蒂
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)