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多通道语音增强方法简介【摘要】由于多麦克风越来越多地部署到同一个设备上基于双麦克风和麦克风阵列的多通道语音增强研究有了较大的应用价值。介绍了自适应噪声对消法、FDM等双通道语音增强方法和波束形成、独立分量分析等麦克风阵列语音增强方法对各个方法的原理、发展和优缺点进行了详细分析和总结对多通道语音增强深入研究有一定帮助。【关键词】语音增强；双通道；麦克风阵列；波束形成1.引言语音是人们通讯交流的主要方式之一。我们生活的环境中不可避免地存在着噪声混入噪声的语音会使人的听觉感受变得糟糕甚至影响人对语音的理解。在语音编码、语音识别、说话人识别等系统中噪声也会严重影响应用的效果。语音增强成为研究的一个问题其模型如图1所示。图1语音增强模型按照采集信号的麦克风数量分类语音增强方法可被分为单通道（singlechannel）、双通道（dual-channel）、麦克风阵列（microphonearray）三种类型。一般来说麦克风越多去噪的效果越好。早期大部分通信/录音终端都只配有一个麦克风因此单通道语音增强吸引了大量研究者的目光方法较为成熟。但单通道方法的缺点是缺少参考信号噪声估计难度大增强效果受到限制。近年来随着麦克风设备的小型化和成本的降低双麦克风和麦克风阵列越来越多地被部署。研究者的注意力也在从单通道语音增强向双通道和麦克风阵列语音增强转移这里对已有的多通道语音增强算法作以简单介绍。2.双通道语音增强方法在语音增强中一个关键的问题就是获得噪声。在单通道语音增强中噪声是通过从带噪语音信号中估计得到的估计算法较为复杂且估计噪声总是与真实噪声存在差异这就限制了增强效果的提高。为了获得真实噪声简单的做法就是增加一个麦克风来采集噪声。从带噪语音信号中减去采集噪声来得到语音信号这种方法叫做自适应噪声对消法（ANCadaptivenoisecanceling）是最原始的最简单的双通道语音增强算法。针对双麦克风开发的算法不多主要有噪声对消法、一阶差分麦克风（FDMfirst-orderdifferentialmicrophone）及基于FDM改进得到的自适应零陷波束形成法（ANFadaptivenull-forming）。2.1自适应噪声对消法噪声对消法采用两个麦克风一个麦克风采集带噪语音另一个采集噪声信号用带噪信号减去噪声信号得到语音信号。减操作一般在频域进行如果采集到的噪声与带噪信号中的噪声足够相似甚至可以在时域上直接相减。以上是在理想情况下实际中两个麦克风的位置不同两路信号之间存在着延迟、不同衰减、干扰但两路中的噪声成分都来自于同一噪声源噪声之间仍然具有很强的相关性。利用相关性采用LMS数字滤波器结合减操作则可实现自适应噪声对消。自适应噪声对消法适合于平稳的噪声环境如果噪声是非平稳的则会严重影响其效果。该方法假设噪声与语音是不相关的若噪声与语音相关LMS滤波的系数应在语音间歇期间进行刷新这里需要用到发声活动检测（voiceactivitydetection）增加了方法的复杂度效果也不够理想。自适应噪声对消法的另一个缺点是会引入音乐噪声。2.2FDM方法FDM方法与噪声对消相似不同的是根据麦克风位置对两路信号进行差分计算输出更精确的带噪语音信号和参加噪声信号。对得到的两组信号进行自适应噪声对消得到增强后语音。自适应滤波可能不收敛这将极大影响增强效果且收敛速度慢也会使实时增强难以实现。因此文献利用单通道增强算法代替自适应噪声对消法带噪语音信号作为单路输入参考噪声信号作为估计噪声解决了收敛问题及收敛过程中的噪声泄露问题。噪声对消和FDM都是相关去噪假设噪声和语音是独立不相关的噪声和噪声之间是相关的。3.麦克风阵列语音增强方法麦克风阵列语音增强主要采用阵列信号处理技术进行增强其中有波束形成（Beamforming）和独立分量分析（ICAindependentcomponentanalysis）。波束形成法在20世纪八十年代中期开始被用于语音信号处理。波束形成是空间滤波技术它从麦克风阵列获得的一组信号中找出一个特定方向的信号而把其他方向的信号忽略掉。波束形成方法可以分为三种：固定波束形成自适应波束形成结合后置滤波（Postfiltering）的波束形成。3.1固定波束形成固定波束形成（FBfixedbeamformer）分为延时求和波束形成和滤波求和波束形成它是因权值或滤波器权重是固定的而得名。固定波束形成由三个模块组成：延时估计模块延时补偿模块加权/滤波相加模块其原理结构如图2所示：图2固定波束形成原理图图中当