基于麦克风阵列的教室讲台语音增强系统研究

作     者：王森 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵洪亮

授予年度：2018年

学科分类：0711[理学-系统科学] 07[理学] 

主      题：语音增强系统 麦克风阵列 信号处理 语音定位 

摘      要：在目前的教室讲台语音系统中，存在无法实现有效地降低噪音和定向语音增强等问题。在麦克风阵列系统中，可利用阵列信号处理的相关知识，采集语音信号的空间信息，实现语音定位和对期望方向的语音信号进行增强。\n 本论文针对基于麦克风阵列的教室讲台语音增强系统进行研究，并在语音定位和语音增强算法研究的基础上，设计了基于麦克风阵列的教室讲台语音增强系统。本文的工作要点如下：\n （1）研究了广义互相关法（GCC）在教室环境下的语音定位中的应用。对广义互相关法的多种加权算法进行了分析和仿真，并通过实验方法选择了性能最优PHAT加权算法用于教室环境下的语音定位。根据教室讲台和教室内声学环境的特点，设计了基于远场模型的，具有四阵元的均匀直线麦克风阵列，并进行了分析。\n （2）研究了波束形成法在教室环境下的语音增强中的应用。对基于最小均方（LMS）方法的自适应滤波算法的原理进行了研究，将该自适应算法应用于基于广义旁瓣抵消器（GSC）结构的波束形成算法中，实现对期望方向的语音进行增强，并通过仿真和实验进行了分析。\n （3）设计了基于麦克风阵列的教室讲台语音增强系统硬件。包含麦克风阵列、低噪声前置放大器、语音滤波放大器板、多通道同步采样ADC板、低噪声双极性稳压电源和基于高性能ARM处理器的嵌入式开发平台。\n （4）设计了基于麦克风阵列的教室讲台语音增强系统软件。将通过仿真验证的语音定位和增强算法通过MATLAB Coder工具转换为C代码，移植到嵌入式开发平台。使用可变采样率的方式，兼顾了语音定位的精度要求和语音增强的速度要求，在运算能力有限的嵌入式开发平台实现了算法的功能。\n 将设计的基于麦克风阵列的教室讲台语音增强系统进行了实际测试，能够达到良好的语音增强效果。