窄带波束形成器可以用于语音分离吗

信息处理 波束成形
2022-01-05 20:00:11

在我的硕士论文中,我试图实现一个波束形成器。

一年前我已经完成了延迟和部分。有人告诉我:

在 FIR 滤波中,我们可以做

FFT --> 将不需要的频率仓归零 --> IFFT。

我们可以在波束形成器中使用相同的方法。如果我们知道干扰 DOA(如角度 25 中的 0 和 -90 到 90 之间其他任何地方的 1)输出,我们可以 ---> IFFT 并使用间距元素中的权重。

无论我尝试过什么都没有用。比我开始看书,奇怪的是找不到我的导师告诉我的方法。相反,我发现了像 MVDR、LCMV 这样的方法。现在我正在尝试使用 matlab 方法lcmvweights来获得每个元素的正确权重并应用于我的延迟和波束形成器。即使我成功地使用了这种方法,我也很好奇窄带波束形成器是否可以用于语音等复杂信号?

2个回答

如果您正在处理 8 kHz 的标称语音带宽为 4 kHz 即 0 Hz - 4 kHz,那么语音本质上是宽带信号。因此窄带波束成形不会很好地工作。您的波束模式对于特定的感兴趣频率来说是可以的 - 但是一旦您开始远离该频率,您的波束模式就会恶化。

您正在寻找的是宽带波束成形 - 它使用实际时间延迟(或频域中跨频率的线性相移)而不仅仅是相移。

通常,LCMV 和 MVDR 等技术是针对窄带信号开发的。有几种方法可以解决宽带问题:

  1. 在每个通道上使用抽头延迟线。如果您有通道并且个抽头,那么您的相关矩阵是 x所以方程组变得非常大。nmmnmn
  2. 使用一堆窄带波束形成器。在这种情况下,您将拥有个波束形成器(个频率),每个波束形成器都有通道。现在每个波束形成器都有一个 x相关矩阵,但你有个。因此,与前一种情况相比,它会降低复杂性。mmnnnm
  3. 您可以形成一组个常规光束(使用延时而不是仅仅使用相位倍增器),然后对光束进行自适应处理。b

我能想到的最佳参考是 Van Trees - Optimum Array Processing。请注意,您有时会在术语上遇到细微差别——一些文本将 MVDR 表示为使用信号相关矩阵,而另一些文本则使用信号加噪声相关矩阵——请注意您正在查看的是哪一个。我知道 Van Trees 区分了这两种情况。大多数其他文本不使用并且仅使用一种公式并将其称为 MVDR。

Darren Ward、Rod Kennedy 和 Bob Williamson 的工作研究了如何设计应用于允许宽带信号采集的延迟和和波束形成器的滤波器。

从他们的图 2 中可以看出,窄带波束形成器在频率与设计频率发生变化时表现不佳。

在此处输入图像描述

在延迟和求和波束形成器的路径中选择合适的滤波器可以形成频率依赖性较低的阵列响应(下面他们的论文中的图 4)。

在此处输入图像描述

后来我与 Darren 和 Bob 合作的一篇论文表明,可以有一个频率不变的设计在一个给定的方向上定位一个精确的零点(哎呀!那篇论文今年 20 岁了)。