麦克风阵列语音增强算法——固定波束形成算法
与单一麦克风不同，麦克风阵列除了能区分接收到的语音信号的时域和频域特性之外，还能区分空间特效，能在嘈杂的语音环境中在特定的方向上形成波束来获得特定声源发出的语音信号，并且能有效抑制噪声。波束形成方法可看成是一个滤波器，通过各种不同的方式将各个阵元接收到的信号进行延时加权求和，从而增强期望方向上的语音信号。
下面介绍三类算法：固定波束形成，自适应波束形成，后置滤波波束形成。
固定波束形成算法
在固定波束形成中，对各阵元接收到的信号的加权时的权值是固定不变的，固定波束形成是一种延时—累加波束形成算法。延时—累加波束形成法是先对麦克风阵列各个阵元接收到的语音信号进行时延估计和时间补偿，来使各阵元通道中的语音信号保持同步，再对各路信号进行加权，对期望的信号进行放大，对干扰信号进行抑制，最后再累加重建出一个增强后的信号。其系统框图如下所示：
其中表示麦克风阵列中阵元的个数，
表示第i个阵元的延时，
表示第
个阵元通道的加权系数，
表示第
个阵元的方向参量，
为语音信号。则系统输出可表示为：
等价为
假设由加权值构成向量W，
构成向量X，
构成向量A，则系统输出信号的向量表示形式
延迟—累加波束形成算法具有简单，易于实现的特点，延时估计与麦克风阵列的阵元数量、阵元距离、采样频率以及到达角度成正比，理论上可以实现在信号不衰减的前提下降低噪声和干扰影响。但此方法对相干噪声并不适用，且在理想情况下，一个个阵元的麦克风阵列的输出信噪比增加lg10
，这就意味着需要一定数量的麦克风阵元才能得到较高的信噪比。又由于权值向量
固定，对移动的语音信号声源效果较差。
参考文献：
[1]陈震昊.基于麦克风阵列的语音增强算法的研究与实现.2021.南京邮电大学,MA thesis.
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