一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法

本发明涉及传感器算法的，具体而言，尤其涉及一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法。

背景技术：

1、声音是人类最重要的信息载体之一，声信号处理是信号处理技术的一个重要研究对象。在日常场景中空间内存在的传感器个数往往远超我们所需的传感器个数，对于某个位置的说话人来说，并不是所有传感器都对该说话人声音的语音增强效果有很好的效果，甚至有很多距离较远的传感器对该位置说话人的声音语音增强效果微乎其微，因此打开整个传感器网络中的所有传感器并不会比只打开某几个对语音增强效果显著的传感器效果好太多，但其消耗的能源和传感器寿命是成倍增长的。为了节约能源和延长传感器的使用寿命，因此提出了传感器网络的节点选择问题。

2、传统的节点选择算法大多只适用于集中式传感器网络，而传统的集中式传感器网络有许多缺陷，比如依赖中央处理器、增删节点困难等等，分布式传感器网络能很完美的解决上述问题，但适用于集中式传感器网络的节点选择很难同时适用于分布式传感器阵列因为分布式传感器网络在节点选择的同时，要兼顾选择传感器节点的连通性。选择传感器节点的连通性也是分布式传感器网络的传感器节点选择的最大难点。

技术实现思路

1、根据上述背景技术中提到的技术问题，而提供一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法。本发明提出了一个算法，使得集中式传感器阵列的节点选择算法运用到分布式传感器阵列导致所选节点不连通时，通过增删部分节点使所选节点具有连通性。本发明提出了节点补全算法，通过增加节点的方式，使所选节点具有连通性。但由于增加了一定数量的节点，导致所选节点的数量和预设数量不一致，因此又提出了一个节点删除算法，来删除一些次优的节点，来使所选节点和预设数量一致。

2、本发明采用的技术手段如下：

3、一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法，包括以下步骤：

4、步骤1：对传感器接收到的信号x进行分帧加窗操作，此时信号x表示为：

5、x(k,l)＝d(k)hs(k,l)+n(k,l)(1)；其中，k为频率索引，l为帧索引，d∈cm×1为麦克风网络的声学传递函数,其中m为传感器个数，是维向量，(.)h为共轭转置操作，s为声源信号，n为环境噪声；因同时都有频率索引和为帧索引，故暂时省略频率索引k和帧索引l，简写为：

6、x＝dhs+n                       (2)

7、步骤2：通过消息传递算法获得近似的协方差矩阵；

8、步骤3：通过基于最小方差无畸变响应波束形成器的传感器节点选择算法，选择出k个节点，其中k为我们需要选择的传感器数量，k≤m；

9、步骤4：通过节点补全算法，以添加节点的方式把步骤3中选择出的k个传感器节点连接起来。此时选择节点数量大于等于k；

10、步骤5：通过节点删除算法，对选择节点中不影响连通性的节点进行比较，删除其中对于降噪效果影响最小的节点，直到节点数量为k；

11、步骤6：激活所选的k个传感器节点，关闭其他传感器节点，基于mvdr波束形成算法进行语音增强。

12、较现有技术相比，本发明具有以下优点：

13、本发明提出的方法通过对集中式传感器阵列中节点选择的结果进行节点补全以及节点删除方法解决了分布式麦克风阵列中节点选择的连通性问题。集中式传感器阵列中节点选择的结果是最优的，节点补全时采用双向bfs算法，找到临近节点的最短路径；节点删除时采用割点算法，删除收益最低的节点，以保证本算法选择节点的效能。

14、同时本算法在集中式节点选择、节点补全、节点删除过程中，都采用了局部最优解，虽然不能导致全局最优解，但相比全局最优解差距不大。

技术特征：

1.一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法，其特征还在于：在分布式麦克风网络中，并不存在一个融合中心fc来整合所有麦克风的接收信号并进行后续处理，每个麦克风只能与其邻近的几个麦克风节点互相传输数据，因此需使用消息传递算法来整合使用麦克风的接收信号，消息传递算法的内容为：

3.根据权利要求1所述的一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法，其特征还在于：

4.根据权利要求1所述的一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法，其特征还在于：所述步骤3包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法，其特征在于：删除节点时，在不影响所选节点整体连通性的前提下，选择影响效果最差的节点，逐个删除；所述删除操作包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法，其特征还在于：所述mvdr算法为：

7.根据权利要求1所述的一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法，其特征还在于：所述步骤3.2还包括以下步骤：

技术总结本发明提供一种基于节点选择的分布式麦克风网络语音增强方法，包括：对传感器接收到的信号x进行分帧加窗操作；通过消息传递算法获得近似的协方差矩阵；通过基于最小方差无畸变响应波束形成器的传感器节点选择算法进行初步节点选择；通过节点补全算法，以添加节点的方式将选择出的K个传感器节点连接起来；通过节点删除算法，对选择节点中不影响连通性的节点进行比较，删除其中对于降噪效果影响最小的节点，直到节点数量为K；激活所选的K个传感器节点，关闭其他传感器节点，基于MVDR波束形成算法进行语音增强。本发明通过对集中式传感器阵列中节点选择的结果进行节点补全以及节点删除方法解决了分布式麦克风阵列中节点选择的连通性问题。技术研发人员：呼德,张鑫喆受保护的技术使用者：内蒙古大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17