近场宽带麦克风阵列语音增强方法及阵列优化拓扑结构的研究

针对免提（hands-free）通信实际复杂声学环境下的干扰噪声抵消，从近场宽带麦克风阵列语音增强算法及阵列优化拓扑结构两个方面进行深入研究。基于阵列信号处理和高阶累计量及盲信号处理的基本理论，或基于物理声学的基本理论，利用波前弯曲率和抵消波前弯曲率，给出近场麦克风阵列语音增强算法；基于正交变换理论或波束频率恒定不变性，给出真正宽带意义上的麦克风阵列语音增强方法；采用Monte-Carlo方法对不同阵列拓扑结构性能进行分析；基于数学优化理论，从理论上研究麦克风阵列拓扑结构对麦克风阵列系统性能影响的理论基础；开展以二通道和三通道小孔径拓扑结构为主的麦克风阵列语音处理研究。本项目探究麦克风阵列语音处理系统在实际封闭声学环境下，智能语音获取与增强的基础理论，对于构建实际免提通信系统具有重要科学意义和研究价值。

本研究针对免提通信复杂声学环境下的干扰噪声抵消，从近场宽带麦克风阵列语音增强算法及阵列优化拓扑结构两个方面进行深入研究。首先，针对近场环境，先后提出了基于Dolph-chebyshev滤波器、基于空间径向抵消和基于线性约束的麦克风阵列近场语音语音增强方法；其次，针对麦克风阵列接收信号的宽带特性，分别提出了基于小波正交变换的宽带波束形成方法和基于非均匀采样的频率不变波束形成方法及针对噪声场特性的后置多维滤波方法；然后，针对两或三通道的小孔径阵列，分别提出了基于频率CUM-MVDR的盲波束形成语音增强方法和基于频率盲源分离及基于FastICA的盲波束形成方法；最后，综合典型线阵、圆阵和球阵，分别从阵列几何形状和阵元数目等方面，推导并给出了阵列拓扑结构对阵列性能的影响分析。上述研究结果为探究麦克风阵列语音处理系统在实际封闭声学环境下，智能语音获取与增强的基础应用理论提供一个新靶点。