国家自然科学基金(61171167, 61271410, 61401203)
许志勇 ezyxu@mail.njust.edu.cn
麦克风阵列自适应鼾声增强处理
王佳珺,许志勇
*
,赵 兆
(南京理工大学 电光学院 电子工程系,江苏 南京 210094)
【摘 要】本文采用大孔径宽间距麦克风阵列,研究了一种基于广义旁瓣对消结构的诱导睡
眠鼾声自适应增强处理方法,通过对手术室内医务人员语音及各种设备噪声干扰的有效抑
制,有助于明显改善对期望鼾声信号的识别、截取、分析等后续数据处理性能。对实测阵列
数据的仿真结果表明,该方法能够有效抑制手术室内的各种环境干扰,达到期望的诱导睡眠
鼾声信号增强目标。
【关键词】广义旁瓣对消;自适应阵列处理;宽间距麦克风阵列;OSAHS 鼾声信号
【中图分类号】TN911.72
Adaptive Microphone Array Enhancement for Snoring Sound
WANG Jiajun, XU zhiyong, ZHAO zhao
(Department of Electronic Engineering, School of Electronic and Optical Engineering,
Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)
【 Abstract】 A generalized sidelobe canceller-based adaptive enhancement technique for
drug-induced sleep snoring sound is studied with a large-aperture widely spaced microphone array.
Aiming to improve the following data processing performance in recognition, segmentation as
well as analysis of the snoring sound, this technique endeavors to suppress various ambient noise
from medical staffs and equipments in the operating room without obvious distortion in the output.
Simulation results using the real data show that the interference suppression capability of the
studied method meets the requirement of signal enhancement for drug-induced sleep snoring
sound.
【 Key words】 generalized sidelobe canceller; adaptive array processing; widely spaced
microphone array; OSAHS snoring signal
1 引言
阻塞性睡眠呼吸暂停/低通气综合症 (obstructive sleep apnea/hypopnea syndrome,
OSAHS)与上气道阻塞、气道结构性狭窄以及上气道肌张力降低密切相关,患者在睡眠状态下
发出的鼾声信号含有 OSAHS 发作时上气道阻塞部位和鼾声来源等病理信息
[1]
。但在手术室实
测的药物诱导睡眠鼾声数据中常常还包含医务人员语音及各种设备干扰,为明显提高对实际
鼾声信号的识别、截取、分析等数据处理性能,有必要采用麦克风阵列自适应鼾声增强处理
技术来抑制手术室内的各种环境噪声干扰,同时保留鼾声信号的主要特征。
麦克风阵列系统具有灵活波束控制和自适应干扰对消等优点。在众多的自适应信号增强
方法中
[2,3]
,广义旁瓣对消器(GSC)是一种经典的稳健结构
[4]
,它由主、辅两条通道后接自
适应干扰对消器(AIC)组成,其处理性能很大程度上取决于主、辅通道的构造
[5]
:主通道
为指向期望信号的波束形成器输出,用于增强期望信号;辅助通道是一组不包含期望信号的
环境干扰信号;AIC 利用辅助通道中的环境干扰信息自适应地对消主通道中与之相关的残留
干扰成分,进一步增强期望信号。
对于无调制超宽带的声频信号,常规 GSC 通常采用条件约束静态权矢量(以延时累加结
构为代表)或自适应权矢量来形成主通道波束。一方面,因存在阵元间分数样点延时、通道
幅相不一致、目标声源移动等实际问题,静态波束形成难以精确对准期望信号;另一方面,
因大孔径宽间距阵列要求较大维数的滤波器,使得自适应波束形成收敛较慢。两种主通道波
束方案都会产生期望信号失配,进而导致 GSC 输出失真问题。文献[6]为提高语音识别准确
度,尝试在频域采用固定时延补偿后结合实时自适应相差补偿形成主通道波束进行窄带 GSC
处理,然后再合成各频带处理结果获得语音增强输出,但 对于室内大孔径宽间距阵列,这种
时空耦合的快速收敛方案存在因干扰错判而造成的期望信号特征失真风险。