摘要: 随着信息技术的发展，语音控制在指挥控制系统中表现出巨大潜力，但在实际应用中，麦克风接收到的是包含背景噪声、混响和无关人语音的带噪信号，因此需要对此信号进行语音增强处理。在多声源环境下，单麦克风的语音增强已经不能满足性能指标要求，而... 展开 随着信息技术的发展，语音控制在指挥控制系统中表现出巨大潜力，但在实际应用中，麦克风接收到的是包含背景噪声、混响和无关人语音的带噪信号，因此需要对此信号进行语音增强处理。在多声源环境下，单麦克风的语音增强已经不能满足性能指标要求，而麦克风阵列能采集到语音信号的空间域信息，在语音增强中效果显著。但目前基于麦克风阵列的语音增强处理应用到指挥控制系统中时还存在一些问题，首先，语音信号是宽带信号，使用传统的窄带信号语音增强算法处理会产生畸变，影响性能;其次，由于多种干扰的存在，实际情况与理论模型之间存在着麦克风失配误差，如果不对其做出限制也会影响算法的使用性能;最后，指挥控制系统多部署于存在多声源的密闭狭小空间，麦克风接收的语音包含了直达信号和多次反射后的信号，导致可识别度降低。为解决这些问题，本文在分析了传统麦克风阵列语音增强算法的基础上，对在混响环境下处理宽带信号的恒定束宽波束形成及其稳健性进行了深入研究，并利用理论分析和仿真实验对其有效性进行了验证，最后设计了实现该算法的硬件平台。本文的主要工作如下: 1、详细介绍了波束形成算法主要涉及的数学模型、基础理论和基本技术，分析了传统算法在处理语音信号这类宽带信号时的缺陷和不足，给出了处理宽带信号的恒定束宽波束形成算法的最小二乘和线性约束最小方差两种实现路线，通过约束方程求得了最优权矢量，并提出了在麦克风失配情况下提高稳健性的改进方法，仿真实验表明其具备对不同频率输入信号输出响应束宽不变的特性。 2、为解决密闭狭小空间中语音信号可识别度降低的问题，提出了在混响环境下基于线性约束最小方差维纳滤波的改进方法，分别利用时域上直达信号与经反射信号到达时间不同和频域上不同频段信号混响不同的特点，再结合空域信息，加权得到最优权矢量，提高了该算法在混响环境下的工作性能。 3、设计了满足语音增强算法运行要求的硬件平台，利用数字麦克风采集信号，编解码芯片完成对数字音频流的编码过程，最后利用ZYNQ系列FPGA实现算法的主要处理过程，通过统筹设计电源和时钟等部分，使该平台具有低功耗和同步采集多通道信号等功能，并可依据未来的研究需求发展扩展应用。 收起