稳健的麦克风阵列子带域波束形成算法研究

受通道失配误差的影响，经典麦克风阵列波束形成方法的性能会变差。因此，稳健的麦克风阵列波束形成方法成为目前语音信号处理领域的研究热点之一。项目结合当前研究现状，将系统深入研究稳健的麦克风阵列子带域波束形成算法，内容包括：稳健的子带域固定权波束形成、子带域自适应波束形成、以及子带域广义自适应波束形成算法。主要创新点有：1)提出了稳健的子带域固定权波束形成器设计方法，解决了目前全频带设计方法存在的"约束过载"问题；2)分析了存在麦克风通道失配误差条件下，经典的子带域自适应波束形成算法的稳健性能；3)针对麦克风通道失配误差的影响，系统研究了稳健的子带域自适应波束形成方法，克服了对阵列进行精确校准的难题；4)提出了基于人耳听觉掩蔽效应原理的稳健子带域广义自适应波束形成算法，有效提高了广义自适应波束形成方法的语音增强性能。本项目的研究成果有望为设计高性能的稳健麦克风阵列提供重要理论依据和技术支撑。

受通道失配误差影响，经典的麦克风阵列波束形成器性能会变差。因此，稳健的麦克风阵列波束形成器设计成为音频与语音信号处理领域的一个重要研究方向。本项目紧密围绕当前的研究现状，重点开展了以下方面的研究工作：1) 分别提出了基于最优子带约束的稳健波束形成器设计方法和基于最差平均性能优化的波束形成器设计方法，这些方法有效解决了全频带设计方法所存在的“约束过载”问题，提高了稳健波束形成器的设计性能。2) 针对麦克风通道失配误差的影响，利用统计分析方法从理论上分别研究了全频带和子带域波束形成方法的稳健性能，揭示了声源位置和声速等因素对波束形成器稳健性能影响的内在规律。3) 针对通道失配误差的影响，研究了稳健的子带域自适应波束形成方法，克服了对阵列进行精确校准的难题；分别提出了迭代最小方差稳健自适应波束形成、基于阵列自校准的频率不变自适应波束形成方法，这些方法有效保持阵列的自由度，提高了波束形成的性能。4) 分别提出了正则化最小二乘频率不变波束形成器设计方法、以及基于空间响应变化最小化的指向可调稳健频率不变波束形成器设计方法，这些方法对于阵列失配误差条件下实现无失真宽带信号采集具有重要意义。5) 研究了阵列稀疏设计问题，采用稀疏表示理论的思想，提出了基于加权L1范数优化的波束形成器稀疏化设计方法，有效降低了阵列的实现复杂度。6) 研究了基于人耳听觉掩蔽效应原理的稳健广义自适应波束形成方法，并从理论上给出了语音信号失真条件对感知加权滤波广义自适应波束形成方法的影响。本项目的研究工作有力推动了稳健波束形成器设计的发展，对实际的稳健波束形成器设计具有重要的参考价值。