基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法技術

本發明專利技術涉及一種基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法，包括如下步驟：針對目標方向設計最低旁瓣的波束形成，利用二階錐規劃計算所述最低旁瓣的波束形成的權重；構造噪聲估計權重；估計目標信號和噪聲信號；利用時域一階遞歸平滑計算出目標信號和噪聲信號的功率；利用目標信號的功率和噪聲信號的功率計算出后驗信噪比；對所述后驗信噪比進行最小值跟蹤，以得到所述后驗信噪比的最小值；計算頻段在281.25Hz至3437.5Hz范圍內的后驗信噪比之和與后驗信噪比的最小值之和的比值；判斷比值與設定閾值的大小以確定目標方向語音是否存在。本發明專利技術的檢測方法具有步驟少，計算量少的優點，且通過頻域求和能夠避免某些頻點不穩定的問題。

Target direction speech detection method based on two order cone programming

The invention relates to a target speech detection method based on two order cone programming, which comprises the following steps: the lowest sidelobe design for target beam direction is formed, the weight calculation of the lowest sidelobe beam using two order cone programming form; structure noise estimation weight; estimation of signal and noise signal of the target; using the method of order recursive smoothing to calculate power signal and noise signal of the target; using power and noise signals of the target signal to calculate the posterior SNR; the posteriori SNR of minimum tracking, to obtain the posterior minimum signal-to-noise ratio; calculation of band in the range of 3437.5Hz to 281.25Hz after the test of the signal-to-noise ratio of the minimum value of the odds ratio and signal-to-noise ratio; judge with the threshold set size to determine the direction of speech presence. The detection method of the invention has the advantages of less steps and less calculation, and the frequency domain summation can avoid the instability of certain frequency points.

【技術實現步驟摘要】
基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法
本專利技術涉及目標方向語音檢測
，特指一種基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法。
技術介紹
目標方向語音檢測是一種能夠判斷出目標方向語音在當前時間是否存在的技術，它在人機交互、語音增強、遠場語音識別等方面扮演了重要的角色。傳統的方法常用統計模型的VAD(VoiceActivityDetection，語音活動檢測器)，這種方法可以區分出當前時間是否存在語音，但是需要的限制條件是在單個發聲源、穩定噪聲、高信噪比的情況下起效，而且沒有辦法利用空間信息判斷出當前的語音來自哪個方向。而且在遠場環境中，語音疊加上環境噪聲，相干噪聲以及混響后，會使得VAD的效果大大折扣。近年來研發了啟發式的基于信噪比的方法，參見引文(O.HoshuyamaArealtimerobustadaptivemicrophoneandcontrolledbyanSNRestimate，InProc.ICASSP1998，pp.3605-3608)，該啟發式的基于信噪比的方法是用延遲求和的方法估計出目標方向語音，用自適應阻塞矩陣的方法估計出噪聲，然后用兩者的比值估計出信噪比，再利用一個估計的閾值來對信噪比做判決。其存在如下的問題：一、很難找到一個魯棒的閾值來判斷當前的信噪比應該歸類為語音還是噪聲；二、對于噪聲和目標方向語音的估計不夠準確；三、當存在不穩定噪聲時，雖然估計出低信噪比，但是實際上語音是存在的。即在不穩定噪聲情況下很容易失效。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法，解決傳統方法中的VAD僅區分當前時間是否存在語音而缺少空間判斷，且在遠場環境中效果較差的問題，還解決啟發式的基于信噪比的方法中存在的目標方向估計不準確和在不穩定噪聲情況下容易失效的問題。實現上述目的的技術方案是：本專利技術提供了一種基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法，包括如下步驟：針對目標方向設計最低旁瓣的波束形成，利用二階錐規劃計算所述最低旁瓣的波束形成的權重；構造噪聲估計權重；利用麥克風形成的輸入信號、所述最低旁瓣的波束形成的權重以及所述噪聲估計權重計算得出目標信號和噪聲信號；利用時域一階遞歸平滑計算出目標信號和噪聲信號的功率；利用目標信號的功率和噪聲信號的功率計算出后驗信噪比；對所述后驗信噪比進行最小值跟蹤，以得到所述后驗信噪比的最小值；計算頻段在281.25Hz至3437.5Hz范圍內的后驗信噪比之和與后驗信噪比的最小值之和的比值；判斷比值與設定閾值的大小以確定目標方向語音是否存在。本專利技術利用二階錐規劃針對目標方向設計最低旁瓣的波束形成，所獲得的最低旁瓣的波束形成的權重計算準確，解決了啟發式的基于信噪比方法中對于噪聲和目標方法語音的估計不夠準確的問題。本專利技術的檢測方法設計有對后驗信噪比的最小值追蹤，設計該追蹤過程使得本專利技術的檢測方法能夠適用于不穩定的噪聲情況下，解決了現有檢測方法中在不穩定噪聲情況下容易失效的問題。且本專利技術的檢測方法判斷的比值為頻段內的后驗信噪比之和與追蹤的最小值之和的比值，通過頻域求和的方法，能夠避免后驗信噪比及追蹤的最小值的單個頻點不穩定所帶來的影響，進而提高了判斷結果的準確率。本專利技術的目標方向語音檢測方法利用了空間信息判斷語音是否存在，相對于傳統的VAD僅考慮當前時間語音是否存在，避免了限制條件的影響，且能夠適用于遠場環境的語音檢測。本專利技術的檢測方法具有步驟少，計算量少的優點。本專利技術基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法的進一步改進在于，針對目標方向設計最低旁瓣的波束形成，利用二階錐規劃計算所述最低旁瓣的波束形成的權重，包括：構造自相關矩陣：R(i，j)＝sinc(2fd/c)(式一)式一中，f為頻率，c為空氣中的聲音的傳播速度，d為第i個麥克風和第j個麥克風之間的距離；對式一中的R做Cholesky分解：R＝VHV(式二)利用二階錐規劃求解所述最低旁瓣的波束形成的權重：s.t.wHα(θ)＝1式三中，w為最低旁瓣的波束形成的權重，α(θ)為目標方向的導向矢量，μ0表示范數約束值其取值為0.3，μ1表示旁瓣響應約束其取值為0.1，θSL為旁瓣方向，θs為旁瓣方向角度參數，H為共軛轉置操作。本專利技術基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法的進一步改進在于，構造噪聲估計權重，包括：設計約束使得主瓣方向增益為0以求解噪聲估計權重：式四中，wn為噪聲估計權重，μ表示主瓣響應其取值為0.1，θML是主瓣方向，θ為目標方向角度，w為最低旁瓣的波束形成的權重，H為共軛轉置操作。本專利技術基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法的進一步改進在于，利用一階遞歸時域平滑計算出目標信號和噪聲信號的功率，包括：利用計算出的目標信號和噪聲信號計算得出目標信號的功率和噪聲信號的功率；基于目標信號的功率和噪聲信號的功率利用時域平滑得到：T＝wHX式五中，λ為平滑系數取值0.85，K為幀數，T為目標信號，N為噪聲信號，X為麥克風形成的輸入信號，wn為噪聲估計權重，w為最低旁瓣的波束形成的權重，H為共軛轉置操作。本專利技術基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法的進一步改進在于，通過如下公式計算后驗信噪比：將式五所求得的結果代入式六中即可計算得出后驗信噪比。本專利技術基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法的進一步改進在于，對所述后驗信噪比進行最小值跟蹤包括：利用改進型最小控制遞歸平均方法跟蹤后驗信噪比得到后驗信噪比的最小值：γmin＝IMCRA(γ)(式七)本專利技術基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法的進一步改進在于，計算頻段在281.25Hz至3437.5Hz范圍內的后驗信噪比之和與后驗信噪比的最小值之和的比值，包括：采用16KHz采樣頻率，512采樣長度的快速傅氏變換計算比值：式八中，γ為后驗信噪比，γmin為后驗信噪比的最小值。本專利技術基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法的進一步改進在于，若判斷得出比值大于等于設定閾值，則目標方向語音存在，若判斷得出比值小于設定閾值，則目標方向語音不存在。本專利技術基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法的進一步改進在于，所述設定閾值在1.5至2.0之間。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步說明。本專利技術提供了一種基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法，檢測目標方向是否有語音存在。目標方向語音檢測可以用于判斷目標方向語音的開始結束端點，在LMS(Least-meansquare，最小均方誤差)類的自適應麥克風陣列降噪系統中，也可以用于判斷何時更新權值。在人機交互時，也可以判斷哪些是語音哪些是噪聲，從而可以方便去做AGC(AutomaticGainControl，自動增益控制)來增強語音的音量。該目標方向語音檢測的應用范圍廣，具有較高的實用價值。下面對本專利技術基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法進行說明。首先需要說明的是：信噪比(SNR，SignalNoiseRatio)，又稱訊噪比，是指一個電子設備或電子系統中信號與噪聲的比例。本專利技術中所用到的后驗信噪比是指帶噪語音的能量與噪聲能量的比值。本專利技術提供了一種基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法，包括如下步驟：針對目標方向設計最低旁瓣的波束形成，利用二階錐規劃計算最低旁瓣的波束形成的權重；在設計波束形成時，對應目標方向的是本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：針對目標方向設計最低旁瓣的波束形成，利用二階錐規劃計算所述最低旁瓣的波束形成的權重；構造噪聲估計權重；利用麥克風形成的輸入信號、所述最低旁瓣的波束形成的權重以及所述噪聲估計權重計算得出目標信號和噪聲信號；利用時域一階遞歸平滑計算出目標信號和噪聲信號的功率；利用目標信號的功率和噪聲信號的功率計算出后驗信噪比；對所述后驗信噪比進行最小值跟蹤，以得到所述后驗信噪比的最小值；計算頻段在281.25Hz至3437.5Hz范圍內的后驗信噪比之和與后驗信噪比的最小值之和的比值；判斷計算得到的比值與設定閾值的大小以確定目標方向語音是否存在。

【技術特征摘要】
1.一種基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：針對目標方向設計最低旁瓣的波束形成，利用二階錐規劃計算所述最低旁瓣的波束形成的權重；構造噪聲估計權重；利用麥克風形成的輸入信號、所述最低旁瓣的波束形成的權重以及所述噪聲估計權重計算得出目標信號和噪聲信號；利用時域一階遞歸平滑計算出目標信號和噪聲信號的功率；利用目標信號的功率和噪聲信號的功率計算出后驗信噪比；對所述后驗信噪比進行最小值跟蹤，以得到所述后驗信噪比的最小值；計算頻段在281.25Hz至3437.5Hz范圍內的后驗信噪比之和與后驗信噪比的最小值之和的比值；判斷計算得到的比值與設定閾值的大小以確定目標方向語音是否存在。2.如權利要求1所述的基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法，其特征在于，針對目標方向設計最低旁瓣的波束形成，利用二階錐規劃計算所述最低旁瓣的波束形成的權重，包括：構造自相關矩陣：R(i,j)＝sinc(2fd/c)(式一)式一中，f為頻率，c為空氣中的聲音的傳播速度，d為第i個麥克風和第j個麥克風之間的距離；對式一中的R做Cholesky分解：R＝VHV(式二)利用二階錐規劃求解所述最低旁瓣的波束形成的權重：s.t.式三中，w為最低旁瓣的波束形成的權重，α(θ)為目標方向的導向矢量，μ0表示范數約束值其取值為0.3，μ1表示旁瓣響應約束其取值為0.1，θSL為旁瓣方向，θs為旁瓣方向角度參數，H為共軛轉置操作。3.如權利要求2所述的基于二階錐規劃的目標方向語音檢測方法，其特征在于，構造噪聲估計權重，包括：設計約束使得主瓣方向增益為0以求解噪聲估計權重：s.t.式四中，wn為噪聲估計權重，μ表示主瓣響應其取值為0.1，θML是主瓣方向，θ為目標方向角度，w為最低旁瓣的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曹裕行，
申請(專利權)人：上海語知義信息技術有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31