加权双谱提升语音源噪声环境下DOA估计的鲁棒性

0 下载量 169 浏览量 更新于2024-07-15 收藏 3.12MB PDF 举报
本文探讨的是加权双谱空间相关矩阵(Weighted Bispectrum Spatial Correlation Matrix, WBSCM)在语音源噪声鲁棒到达方向(Direction of Arrival, DOA)估计中的应用。传统的DOA估计在实际环境中面临的主要挑战之一是环境噪声,它可能来自多个方向或表现为非指向性噪声。为解决这一问题,研究者提出了一种创新性的方法,其核心在于利用双谱这一高级统计量(High Order Statistics, HOS)来增强鲁棒性。 双谱是一种信号的第三阶统计特性,它提供了关于信号频率成分间相互关系的重要信息。WBSCM则是通过量化不同麦克风之间的双谱相位差(Bispectrum Phase Differences, BPD)的空间相关性,从而捕捉到噪声和语音信号在多通道设置中的关键区别。由于高斯噪声的HOS特性接近于零,将处理过程置于双谱域可以赋予该方法天然的抗噪声优势。 此外,WBSCM中的BPD包含了与语音源DOA相关的冗余信息,这对于提升在非高斯噪声环境下的鲁棒性至关重要,特别是在存在定向干扰的情况下。通过选择合适的双谱加权策略,方法能够突出语音信号在DOA估计中的主导作用,这类似于信噪比优化过程,但针对的是双频谱特征。 作者还设计了一种决策导向的双谱权重计算方法,以进一步优化估计性能。最后,他们基于WBSCM的特征值分析,提出了一种新的DOA估计器,这种估计器能够在复杂的噪声背景下提供更准确的方向定位。 实验证明,这种方法在各种嘈杂环境中展现出显著的鲁棒性和有效性,特别是在处理高噪声和复杂声学场景时,WBSCM技术展现出了显著的性能提升。这项研究不仅扩展了DOA估计的传统方法,也为麦克风阵列信号处理领域提供了重要的理论支持和技术手段。