波束形成笔记整理

波束形成笔记整理传统波束形成 固定波束形成 自适应波束形成依赖目标场景 环境噪声特性 声场模型假设核心思想 当波束从 0 方向入射时 两个麦克风采集到的信号之间无延时差 语音会叠加增强 采集到的噪音会因为延时差不同或相关性低而没有叠加作用 从其他方向入射的语音也存在延时差 不会被叠加 当波束 15 30 入射由于存在无法叠加作用 所以 0 比其他入射方向增益大 信噪比得到了提升 增加其他方向信号时 通过调节采集的信号延时差为零 来叠加 30 方向的信号 波束形成 时域方法 延

传统波束形成:固定波束形成,自适应波束形成
依赖目标场景:环境噪声特性。声场模型假设
核心思想:当波束从0°方向入射时,两个麦克风采集到的信号之间无延时差, 语音会叠加增强。采集到的噪音会因为延时差不同或相关性低而没有叠加作用。从其他方向入射的语音也存在延时差,不会被叠加。
                当波束15°/30°入射由于存在无法叠加作用,所以0°比其他入射方向增益大,信噪比得到了提升。增加其他方向信号时,通过调节采集的信号延时差为零,来叠加30°方向的信号。
波束形成:时域方法(延时差调零),频域方法(相位变换后相加)
ADC 模拟转数字 离散信号进行STFT(
短时傅里叶变换 ) 为减小信号截断作用 加窗处理。
超指向波束形成 
麦克风间距为波长一半,L个麦克风使用delay-sum方法获得的最大增益为10logL,超过该增益的波束形成为超指向。
对于宽带信号,使用超指向方法获得固定主瓣宽度
劣势:对空域白噪声和阵列误差敏感,
对于利用散射噪声场(噪声能量向各个方向传播的概率相等) MVDR超分辨波束 增强鲁棒性的方法:在权重中加入单位阵后再求方向向量
对于依赖数据的超指向波束形成 增强鲁棒性的方法:对角加载的方法
远场与近场临界值     声源距离大于  2d²(两麦克风之间距离)/λmin(波长最小值) 远场模型。
噪声场 :
相干噪声(环境噪音) 
非相干噪声(器件底噪)
散射噪声(环境反射散射) 建模使用辛格函数 零阶贝塞尔函数
声辐射
不同信号辐射角度不同 波束宽度对于频率无对应改变 会导致 波束后信号频率之比 差异很大,导致失真,语音品质
解决方法:低频带和高频带分别处理
波束形成方法:
1延迟和波束形成方法 delay-sum  非相干噪声(器件底噪) FIR滤波器 
混响条件下 效果不好 低频性能差 适合窄带
主瓣宽度和旁瓣幅度为主要指标
2滤波和波束形成方法 filter-sum 非相干噪声(器件底噪)
混响较强 干扰信号多个方向(包括感兴趣方向) 低频性能差失真小
恒定宽度波束形成方法 
保持各频率能量比例和相位关系不变 减小失真
3超分辨率波束形成   散射噪声(环境反射散射)
麦克风数量少的情况下 假设了散射噪声场 增益可提高
4广义旁瓣相消波束形成 GSC 相干噪声(环境噪音)
第一路固定波束形成结果
第二路阻塞矩阵去掉有用的语音信号
泄露的的语音信号会导致宽带信号损伤 可使用系数约束自适应滤波器CCAF 带有泄露约束的旁瓣抵消器LCDF 广义奇异值分解GSVD 减小泄露
低频性能差 失真 最小化输出功率
最小方差信号无畸变响应波束形成MVDR
在线性约束条件下 使目标方向上输出信号波束输出最小的方法 
不失真特性 用于混响和阵列增强
WebRTC波束基于delay-sum T-F masking 融合的最大信号干扰比SIR
适合处理空间白噪声,散射噪声
5后置滤波器  散射噪声(环境反射散射)
用于处理非相干噪声 提升波束输出
非线性处理导致失真
Zelinski  根据通道间互功率谱密度,采用维纳滤波 抑制不相关散射噪声
mccowan
MMSE 维纳滤波 使用最小均方误差准则
STSA 移植高斯白噪声
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