遠場-近場折中的波束形成器設計及SOPC實現

摘 要:針對語音信號處理中傳統的固定波束形成器，需要給定遠場聲源或近場聲源，導致應用場合受到局限的問題，提出了用最小平方方法實現遠場-近場折中的固定波束形成器設計，給出了系統在SOPC上的實現過程，驗證了該方案具有運算簡單，應用廣泛而且失真度小的特性。關鍵詞:麥克風陣列; 語音增強; 波束形成; SOPC; FPGA

中圖分類號:TN011文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)15-0107-04

Design of Mixed Near-Filed and Far-Filed Beamformer and Its Application on SOPC

ZHOU Yao， GAO Tian-de， GUO Xiu-yan， WANG Xiang-hui

(College of Marine， Northwestern Polytechnic University， Xi’an 710072， China)

Abstract: Since the near-filed or far-filed sound source has to be configured before the conventional fixed beamformer performs the speech signal processing， a least squares method is proposed to implement the design of a fixed beamformer with the near-filed and far-filed compromise. The implementation procedure of the system on SOPC is presented. It proves that the approach has the characteristics of simple arithmetic operation and less speech distortion.Keywords: microphone array; speech enhancement; beamformer; SOPC; FPGA

0 引 言

高保真音頻已成為當代語音通信系統的重要標準。在許多應用領域如PC、免提電話、助聽器、語音識別系統等，感興趣的語音信號不可避免地伴隨著噪聲、干擾或混響，人們渴望語音可懂度和語音質量的提高[1]，尤其隨著當今半導體工藝水平的進步，嵌入式處理器的體積不斷縮小，性能不斷提高，當今MEMS技術取得了突飛猛進的進展，便攜式語音增強系統已成為現實，然而一種有效可行的語音增強算法已成為研究的重點。

寬帶波束形成是麥克風陣列語音增強理論的重要研究內容，分為固定波束形成和自適應波束形成。波束形成器的優點在于其空間的選擇性[2]，將波束對準目標聲源，從而抑制來自其他方向的干擾和混響。假定的固定波束形成(Fixed Beamforming)目標聲源已知，將主瓣限定在聲源的一個固定范圍，同時抑制旁瓣[3]，由于固定波束形成器不能自動適應任意聲學環境，其降噪效果并不明顯[4]，但對于干擾和混響的抑制，其方法簡單，效果顯著。傳統的延時-求和(Delay and Sum) 波束形成器，類似于低通濾波器[5-6])，信號經過延時求和后便引入了失真。……