结合差分阵列与幅度谱减的双麦语音增强算法
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１ 引言
麦克风阵列语音增强由于引入了空域信息，能够 更好的抑制方向性噪声干扰，取得更好的增强效果。 通常随着麦克风数量的增加，往往能够获得更好的噪 声抑制性能。但是大多数基于麦克风阵列的语音增
强算法由于阵列尺寸、麦克风数量、运算速度等限制 并不能用于诸如助听器之类的小型设备。考虑到这 些因素，双麦克风阵列则在算法性能与可应用性两方 面做到了平衡，常用于小型设备［１２］。
ＤｕａｌＭｉｃｒｏｐｈｏｎｅＳｐｅｅｃｈＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＡｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈ ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＭｉｃｒｏｐｈｏｎｅＡｒｒａｙｓａｎｄＡｍｐｌｉｔｕｄｅＳｐｅｃｔｒａｌＳｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ
ＸＵＮａ１，２ ＷＵＣｈａｎｇｑｉ１，２
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ，Ｈｅｂｅｉ０６６００４，Ｃｈｉｎａ； ２．ＨｅｂｅｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ，Ｈｅｂｅｉ０６６００４，Ｃｈｉｎａ）
差分 麦 克 阵 列 （Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅａｒｒａｙｓ， ＤＭＡｓ）具有超强方向性，体积小并且其波束模式几
收稿日期：２０１８－０２－０１；修回日期：２０１８－０４－１９
第 ７期
徐 娜 等：结合差分阵列与幅度谱减的双麦语音增强算法
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乎是频率不变，这使得即使在强混响和噪声环境下 也能得到 高 可 懂 度 的 语 音 信 号［３４］，适 合 用 于 小 型 设备。
第 ３４卷 第 ７期 ２０１８年 ７月
信号处理 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＩＧＮＡＬＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ
文章编号：１００３－０５３０（２０１８）０７－０８７６－０６
Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．谱减的双麦语音增强算法
徐 娜１，２ 吴长奇１，２
（１．燕山大学信息科学与工程学院，河北秦皇岛 ０６６００４； ２．河北省信息传输与信号处理重点实验室，河北秦皇岛 ０６６００４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｎｏｉｓｅｉｎｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄｓｐｅｅｃｈｄｅｖｉｃｅｓ，ａｄｕａｌｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅｓｐｅｅｃｈｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔａｌｇｏ ｒｉｔｈｍ ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌａｒｒａｙｓａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｐｅｃｔｒｕｍ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｓｐｅｅｃｈｃｈａｎｎｅｌａｎｄｎｏｉｓｅ ｃｈａｎｎｅｌｓｉｇｎａｌｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌａｒｒａｙｓｔｏｐｒｏｃｅｓｓｔｈｅｎｏｉｓｙｓｐｅｅｃｈｃｏｌｌｅｃｔｅｄｂｙｔｗｏｍｉｃｒｏ ｐｈｏｎｅｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｕｓｅｓｔｈｅｔｗｏｃｈａｎｎｅｌｓｉｇｎａｌｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌａｒｒａｙｓｔｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎ， ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｏｆｔｈｅｓｐｅｅｃｈｃｈａｎｎｅｌｓｉｇｎａｌｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｎｏｉｓｅｉｎｓｐｅｅｃｈｃｈａｎｎｅｌ ｓｉｇｎａｌｉｓｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｐｅｃｔｒｕｍｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｗｏｎｏｖｅｌｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅ ｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｏｆｓｐｅｅｃｈｃｈａｎｎｅｌｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｕｐｐｒｅｓｓｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｎｏｉｓｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｓｐｅｅｃｈ．Ｔｈｅｄｅｎｏｉｓｉｎｇｅｆｆｅｃｔａｎｄｓｐｅｅｃｈｑｕａｌｉｔｙａｒｅｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐｅｅｃｈｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ；ｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｍｉｃｒｏｐｈｏｎｅａｒｒａｙ；ｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ
摘 要：为了抑制小型语音通信设备中的方向性噪声干扰问题，提出了一种结合差分阵列与幅度谱减的双麦语 音增强算法。该算法首先利用一阶差分阵列技术，对两麦克风采集到的带噪语音信号进行处理，得到语音通道 信号和噪声通道信号。接着利用差分阵列处理后的两通道信号构造方程，求解语音通道信号的信噪比。最后将 求得的信噪比用于幅度谱减，来消除语音通道信号中的残留噪声。针对语音通道信号信噪比估计方程的构造， 本文给出了两种新的计算方法。客观评价指标表明，该算法有效的抑制了方向噪声，改善了语音的质量，去噪 效果及语音质量均优于对比算法。 关键词：语音增强；一阶差分麦克风阵列；信噪比估计 中图分类号：ＴＮ９１２．３５ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６７９８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３０５３０．２０１８．０７．０１５
经过差分阵列处理后能对噪声进行一定的抑 制，但是仍会有残留噪声，且噪声源跟声源越接近， 则残留噪 声 越 多。 文 献 ［５］提 出 了 一 种 算 法，该 算 法将一阶差分麦克风阵列技术与谱减法相结合，利 用静音段和参考噪声对语音通道中的噪声进行估 计，并进行 谱 减，与 普 遍 采 用 的 自 适 应 零 限 波 束 形 成技术相比有明显的信噪比改善。但该算法依赖 于对静音段的估计，当对测试语料静音段估计不准 时，该算法 会 对 语 音 造 成 一 定 损 伤，算 法 整 体 的 鲁 棒性不高。文献［６］提出了一种基于相关函数的双 麦克语音增强算法，该算法首先利用两输入信号相 关函数的实部与虚部对输入信噪比进行估计，然后 利用估计的信噪比构造维纳滤波增益函数，进行后 置滤波。该方法避免了对静音段的估计，与已有的 波束形成 算 法 相 比，在 语 音 可 懂 度 上 有 明 显 提 高， 适用于助听器设备。文献［７］在此基础上对噪声模 型进行了改进，但两者依旧是利用相关函数来对估 计信噪比，并没有将两麦克构成的差分阵列优势充 分利用起来。
