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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。
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:
(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。
(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。
(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。
(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。
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。
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:
(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。
(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。
(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。
(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。
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。