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基于麦克风阵列的语音增强系统设计

作　者: 朱兴宇
导　师: 万洪杰
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 麦克风阵列 语音增强 时延估计 波束形成 数字信号处理器
分类号: TN912.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


语音增强的目的是去除语音信息中的噪声成分，它是语音信号处理领域中主要的研究内容之一。然而，由于声源环境往往较为复杂，一般单一麦克风很难清晰的从环境中获取期望语音信号并进行增强处理。因此，需要进行有效的噪声抑制，以增强语音信号的质量。本文对基于麦克风阵列的语音增强算法进行研究，重点分析了时延估计和波束形成两种技术。在时延估计方面，研究了相位变换加权的广义互相关时延估计算法性能，介绍了将广义互相关算法由双麦克风扩展应用至多麦克风的优化方法，给出了算法在0dB~10dB的信噪比下的性能分析。在波束形成方面，研究了固定波束形成和自适应波束形成的算法性能，给出了不同麦克风阵列参数条件下的波束模式性能分析；并分析了在MVDR自适应波束形成算法中进行前置卡尔曼滤波的可行性，对卡尔曼滤波进行了仿真测试。最后本文给出了完整的麦克风阵列系统设计，并对该系统的硬件和软件设计进行了论述，基于麦克风阵列的硬件电路具有功耗低、扩展性强等特点，可以较好的为麦克风阵列语音增强算法提供多通道语音信号。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
Contents  10-13
第一章 绪论  13-17
  1.1 课题背景与研究意义  13-14
  1.2 麦克风阵列语音增强算法的发展和研究现状  14-15
  1.3 论文的研究内容和结构安排  15-17
第二章 麦克风阵列时延估计技术研究  17-29
  2.1 引言  17
  2.2 麦克风阵列拓扑结构  17-18
  2.3 近场和远场声源模型  18-20
  2.4 广义互相关时延估计  20-23
    2.4.1 广义互相关算法基本原理  20-21
    2.4.2 PHAT 相位变换加权  21-22
    2.4.3 广义互相关算法扩展  22-23
  2.5 时延估计仿真分析  23-27
  2.6 小结  27-29
第三章 麦克风阵列波束形成技术研究  29-49
  3.1 引言  29
  3.2 传统波束形成技术  29-33
    3.2.1 固定波束形成  29-30
    3.2.2 自适应波束形成  30-32
    3.2.3 后置滤波波束形成  32-33
  3.3 前置卡尔曼滤波的 MVDR 波束形成  33-37
    3.3.1 整体原理框图说明  33-34
    3.3.2 卡尔曼滤波基本原理  34-35
    3.3.3 基于卡尔曼滤波的语音增强  35-37
    3.3.4 前置卡尔曼滤波的 MVDR 波束形成算法性能分析  37
  3.4 波束形成仿真分析  37-48
    3.4.1 模型参数对固定波束形成的影响分析  37-42
    3.4.2 MVDR 波束形成性能分析  42-44
    3.4.3 卡尔曼滤波在波束形成前置处理的性能分析  44-48
  3.5 小结  48-49
第四章 语音增强系统硬件设计  49-59
  4.1 引言  49-50
  4.2 硬件电路组成与性能指标  50-51
  4.3 硬件详细设计  51-54
    4.3.1 数字信号处理器选择  51
    4.3.2 多通道语音信号采集  51-52
    4.3.3 模拟放大电路设计  52-53
    4.3.4 AD73360 与 DSP 的传输时序设计  53
    4.3.5 工作电压选择与电源设计  53-54
    4.3.6 电路频率响应  54
  4.4 硬件电路主要构成器件  54
  4.5 AD73360 与 DSP 的连接  54-56
    4.5.1 McBSP 数据传输方式  54-55
    4.5.2 SPI 模式下的电路连接  55-56
  4.6 DSP 接口设计与硬件方案  56-58
    4.6.1 系统时钟设计  56-57
    4.6.2 DSP 接口分配  57
    4.6.3 DSP 进行数据读取和数据处理的方案  57-58
  4.7 小结  58-59
第五章 语音增强系统软件设计  59-73
  5.1 引言  59-60
  5.2 系统初始化  60-65
    5.2.1 C5509A 初始化  60-61
    5.2.2 McBSP 的 SPI 模式配置  61-62
    5.2.3 AD73360 配置  62-64
    5.2.4 USB 功能设计  64-65
  5.3 语音编码压缩原理与设计  65-72
    5.3.1 ADPCM 原理  65-66
    5.3.2 ADPCM 仿真分析  66-71
    5.3.3 ADPCM 在硬件上的设计  71-72
  5.4 小结  72-73
第六章 结论与展望  73-75
  6.1 结论  73
  6.2 下一步研究工作  73-75
参考文献  75-77
致谢  77-78
研究成果及发表的学术论文  78-79
作者与导师简介  79-80
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  80-81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 语音信号处理 > 语音增强
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