麦克风阵列信号处理的研究现状与应用

麦克风阵列信号处理的研究现状与应用

罗金玉等:麦克风阵列信号处理的研究现状与应用

麦克风阵列信号处理的研究现状与应用

(1.武警工程学院研究生大队,陕西西安710086;2.武警工程学院通信工程系,陕西西安710086)

摘要:在回顾麦克风阵列信号处理研究历程的基础上,对麦克风阵列信号处理的特点进行分析,总结了目前的研究热

点问题及现有算法并对各算法的优缺点进行比较,重点阐述了使用最为广泛的声源定位算法,最后介绍几个有价值的应用

领域,为进一步研究麦克风阵列信号处理奠定基础.

关键词:麦克风阵列信号处理;声源定位;TD0A;应用,

中图分类号:TN911-34文献标识码:A文章编号:1004—373X(2010)23—0080—05 StudyStatusandApplicationofMicrophoneArraySignalProcessing

LUOJin-yu,LIUJian-ping,ZHANGYi—wen

(1.Post—graduateManagingBrigade,EngineeringCollegeofArmedPoliceForce,Xi'an710086,Chi na;

2.DepartmentofC0mmunlcationEngineering,EngineeringCollegeofArmedPoliceForce, Xi'art710086.China)

Abstract:Theeharacteristicofthemicrophonearraysignalprocessingisanalyzedbasedonth ereviewfortheprogressof

microphonearraysignalprocessing.Thehotissuebeingstudiedrecentlyandtheexistingalgo rithmscorrespondingtoitare

summerized.Themeritsanddemeritsofthealgorithmsarecompared.Thewidely-usedsoun dsourcelocalizationalgerithmis

elaboratedemphatically.Somevaluableapplicationfieldsareintroduced.

Keywords:microphonearraysignalprocessing;soundsourcelocalization;TDOA;applicati

on

0弓l言

阵列信号处理的发展源于2O世纪40年代的自适

应天线组合技术,它使用锁相环进行天线跟踪.

1967年Widrow提出最小均方(LMS)自适应算法,标

志着阵列信号处理取得了显着进展.1969年Capon提出恒定增益指向最小方差波束形成器,通过增加已知信息的利用程度提高了对目标的分辨能力.1979年Schmidt提出多重信号分类(MUSIC)方法,开创了子

空间类阵列信号处理算法研究的先河,是阵列信号处理发展史上的一个重要里程碑.1986年Roy等人提出的基于旋转不变技术的信号参数估计方法(ESPRIT),相对MUSIC算法大大降低了计算量同时降低了算法对硬件的要求,为阵列信号处理的发展谱写了新的篇章. 麦克风阵列信号处理是阵列信号处理的一个新兴

分支,继承和发展了阵列信号处理理论算法,最早于

8O年代初期用于大型会议室的会议系统uj,证明了其在语音信号处理方面的独特优势.近年来它已成为现代信号处理的的重要研究热点之一,很多国际着名的公司和研究机构,如IBM,BEIL等,都致力于麦克风阵列收稿日期:2010—06—18

基金项目:国家自然科学基金资助项目(6094000)

8O

的研究和产品开发.麦克风阵列正成为越来越流行的高质量语音拾取工具,预计在不久的将来将取代传统的桌面或头戴式麦克风].并且由于其在语音信号处理

上具有其他信号处理方法无法比拟的优势,被广泛应用于军事国防,智能空间,新型人机交互,机器人导航等众多领域,并且随着研究的不断深化,其研究应用的前景

也不断扩大.

1麦克风阵列信号处理的特点

麦克风阵列信号处理是阵列信号处理的一个新兴

分支.在很长的一段时间里,它的许多算法都是直接借

用或简单修改成熟的传统阵列信号处理算法.这在研

究初期大大推动了麦克风阵列信号处理的发展,但深入

的研究表明,这些算法往往无法应用于实际系统或是算

法性能不理想,这主要是因为麦克风阵列信号处理具备

以下区别于传统阵列信号的特点E~-73:

语音信号是宽带信号麦克风接收的语音信号没

有经过调制,阵元间时延和相位差与信号源的频率密切

相关.且不同类型的语音信号频谱差异很大,传统的窄

带信号处理算法不再适用.

语音信号是短时平稳信号麦克风接收信号为短

时平稳的语音信号,分析处理必须建立在短时的基础

《现代电子技术}2010年第23期总第334期通信与信息技术q 上,特别是当声源移动时,分析处理的难度变大.

应用环境存在高混响在一些非手持式智能语音

通信系统中,麦克风与说话人距离较远,特别是应用于

室内环境时,麦克风接收到的信号除语音直达外,还包

括大量经多次反射后形成的反射波,造成高混响,大大

降低了语音信号的质量.而且造成混响的原因很多,混

响模型很复杂,去混响难度大.

应用环境的噪声大且复杂在麦克风阵列应用中,

背景噪声很复杂且不同应用环境的噪声源也不同,如室

内外的噪声源差异就很大.因此提高信号信噪比难

度大.

2麦克风阵列信号处理的研究内容

2.1声源定位