1.本发明属于计算机技术领域，具体是涉及一种快速双麦自适应一阶差分阵列算法及系统。
背景技术：2.麦克风阵列是一个声音采集的系统，其使用多个麦克风采集来自于不同空间方向的声音。麦克风阵列采集的声音信号，经过相应的算法，可以解决许多声学问题，比如声源定位，去混响，语音增强和盲源分离等。
3.在智能设备，比如智能音箱中，麦克风阵列算法常常用于在音频前端处理中提高信噪比，从而提高后续的语音识别率，尤其是远场语音识别。视频会议系统也经常使用麦克风阵列实现远场拾音，提高语音可懂度。
4.传统的麦克风阵列算法有延时累加(delay-sum),滤波相加(filter-sum) 以及自适应波束形成(lcmv,mvdr和gsc等)，这些方法都是把阵列数据做同步后相加输出。上述的智能设备以及视频会议系统使用的绝大多数都是这一类方法。
5.就蓝牙耳机、助听器等电子设备而言，因其内部空间范围限制，无法配置间隔较远的语音帧信号接收单元、语音处理单元及输出单元等，导致传统的麦克风阵列算法不能有效地被适用于蓝牙耳机、助听器等电子设备。因此，研究一种更适合蓝牙耳机、助听器等电子设备的算法具有重要意义，以满足其适用要求。
技术实现要素：6.本发明在此的目的在于提供一种快速双麦自适应一阶差分阵列算法，该算法针对不同频率有同样的波束成形，可以获取最大方向增益，经该算法处理后的输出的可懂度有所提高。
7.为实现本发明的，所提供的快速双麦自适应一阶差分阵列算法包括以下步骤：
8.步骤1：利用双麦采集信号，分别记作x1(t)、x2(t)，并对双麦采集到的信号根据目标方向分别进行延迟处理，延迟处理后分别记作delayed(x1(t))、 delayed(x2(t))，使信号在目标方向上对齐；
9.步骤2：通过式(1)、式(2)分别计算目标方向的输出，分别记作c
b(t)
、 c
f(t)
；
10.cb(t)＝x2(t)-delayed(x1(t))
ꢀꢀꢀ
(1)
11.cf(t)＝x1(t)-delayed(x2(t))
ꢀꢀꢀ
(2)
12.步骤3：输出音频信号y(t)，该音频信号y(t)满足以下约束条件：
13.y(t)＝c
f(t)-c
b(t)
ꢀꢀꢀ
(3)。
14.在一些实施方式中，本发明提供的算法还配置有用于约束所述音频信号y(t) 输出的自适应参数β，形成自适应可变波束；音频信号y(t)满足以下约束条件：
15.y(t)＝c
f(t)-βc
b(t)
ꢀꢀꢀ
(4)
16.其中，β为自适应参数，初始值预设为非零，每帧更新一次，更新值用于下一帧信号
约束音频信号的输出。
17.在一些实施方式中，所述步骤3输出的音频信号y(t)根据输出值在不同频率下进行补偿，补偿系数约束条件为：
[0018][0019]
其中，h
l
(ω)为补偿系数，c为声速，ω为输出的音频信号y(t)的频率，ωc为需要补偿的频率的范围；
[0020]
补偿系数h
l
(ω)与所述步骤3输出的音频信号y(t)相乘，实现输出补偿。
[0021]
通过补偿系数的补偿避免了输出波束的输出值在不同频率下的不同损失，更有效地保证了成形波束的可懂度。
[0022]
本发明在此的第二个目的在于提供一种系统，该系统包括：
[0023]
第一麦克风，用于采集语音阵列信号，输出x1(t)；
[0024]
第二麦克风，用于采集语音阵列信号，输出x2(t)；
[0025]
第一延时器，与所述第一麦克风匹配，用于对所述第一麦克风的输出x1(t)进行延迟，输出延迟信号delayed(x1(t))；
[0026]
第二延时器，与所述第二麦克风匹配，用于对所述第二麦克风的输出x2(t)进行延迟，输出延迟信号delayed(x2(t))；
[0027]
第一加法器，用于实现x2(t)-delayed(x1(t))，输出c
b(t)
；
[0028]
第二加法器，用于实现x1(t)-delayed(x2(t))，输出c
f(t)
；
[0029]
第三加法器，用于实现c
f(t)-c
b(t)
，输出音频信号y(t)。
[0030]
在一些实施方式中，本发明提供的系统还配置：
[0031]
乘法器，用于提供自适应参数β，与所述c
b(t)
相乘，输出βc
b(t)
；
[0032]
自适应算法模块，用于更新自适应参数β，并提供给所述乘法器与所述c
b(t)
相乘。
[0033]
在一些实施方式中，本发明提供的系统还配置补偿滤波器h
l
(ω)，用于对所述第三加法器输出的音频信号y(t)进行补偿。
[0034]
本发明提供的差分阵列算法要求阵列中的麦克风(接收单元)距离远小于声音的波长，同传统加性阵列算法相比，具有以下特点：1)要求麦克风排列紧凑； 2)不同频率有同样的波束成形；3)给定麦克风数量下可以获得最大方向增益。
[0035]
该差分阵列算法更适合对体积敏感的电子设备，如蓝牙耳机，助听器等对体积敏感的移动设备，只使用双麦就能获得较大方向增益，减少成本的同时也大大减少了算力，在嘈杂环境中能显著降噪，去混响，提高语音可懂度。
[0036]
再配合自适应参数β的引入使得波束成形可以根据环境声音的变化而变化，提高了适应性。
[0037]
采用本发明技术方案，能够达到的技术效果至少包括：
[0038]
1)本发明提供的算法是把阵列数据相减，即差分阵列；该算法针对不同频率有同样的波束成形，且能够获得最大方向增益，对信号进行处理，在嘈杂环境中能显著降噪，去混响，一定程度提高了信号的可懂度。
[0039]
2)自适应参数β的引入使得波束成形可以根据环境声音的变化而变化；且β的计算
从传统的每个样本计算一次改为一帧计算一次，在保证输出效果不变的情况下，大大降低了算力，使得该算法应用于对续航有一定要求的移动设备时更具优势。
附图说明
[0040]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
[0041]
图1为本发明记载的快速双麦自适应一阶差分阵列算法的流程图之一；
[0042]
图2为本发明记载的快速双麦自适应一阶差分阵列算法的流程图之二；
[0043]
图3为本发明记载的快速双麦自适应一阶差分阵列算法的流程图之三；
[0044]
图4为本发明记载的快速双麦自适应一阶差分阵列系统的结构图之一；
[0045]
图5为本发明记载的快速双麦自适应一阶差分阵列系统的结构图之二；
[0046]
图6为本发明记载的快速双麦自适应一阶差分阵列系统的结构图之三；
[0047]
图7为本发明记载的快速双麦自适应一阶差分阵列系统的结构图之四；
[0048]
图8为一阶差分麦克风阵列几种常见的波束成形图；
[0049]
图7中θ表示语音信号与差分阵列之间执行的角度；
[0050]
图8中各波束分别表示4种经典的一阶差分阵列波瓣类型：
[0051]
dipole:偶级波瓣，目标方向0
°
和180
°
，抑制方向90
°
和270
°
；
[0052]
cardioid：心型波瓣，目标方向0
°
，抑制方向180
°
；
[0053]
hypercardioid：窄心型波瓣，目标方向0
°
和180
°
，抑制方向120
°
和 240
°
；
[0054]
supercardioid：超心型波瓣，目标方向0
°
和180
°
，抑制方向135
°
和 225
°
。
具体实施方式
[0055]
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。
[0056]
本发明提供了一种算法，该算法为快速双麦自适应一阶差分阵列算法，包括以下步骤：
[0057]
步骤1：采集来自第一麦克风和第二麦克风的语音阵列信号，分别记作x1(t)、 x2(t)，并对接收到的语音阵列信号根据目标方向分别进行延迟处理，分别记作 delayed(x1(t))、delayed(x2(t))，使目标方向的语音阵列信号对齐；
[0058]
步骤2：通过式(1)、式(2)分别计算目标方向的输出，分别记作c
b(t)
、 c
f(t)
；
[0059]
cb(t)＝x2(t)-delayed(x1(t))
ꢀꢀꢀ
(1)
[0060]cf
(t)＝x1(t)-delayed(x2(t))
ꢀꢀꢀ
(2)
[0061]
步骤3：输出音频信号y(t)，该音频信号y(t)满足以下约束条件：
[0062]
y(t)＝c
f(t)-c
b(t)
ꢀꢀꢀ
(3)。
[0063]
与相加相对应的是把阵列数据相减，这类方法称为差分阵列。本算法将目标方向的语音阵列数据进行相减，即差分阵列，差分阵列相比传统的加性阵列，有以下特点：1)要求麦克风排列紧凑；2)不同频率有同样的波束成形；3)给定麦克风数量下可以获得最大方向增益。
[0064]
故而该算法特别适合于对体积敏感的电子设备，如蓝牙耳机、助听器等移动设备。利用双麦分别获取语音阵列信号就能获得较大的方向增益，实现了在嘈杂环境中能显著降噪，去混响，提高了语音可懂度，且减少成本的同时也大大减少了算力。
[0065]
本算法使用双麦克风进行收音，采集的双路音频信号作为输入送入本算法进行处理，请参阅图1：双麦分别采集语音阵列信号，形成双麦数据，分别记作x1(t)、 x2(t)，并根据目标方向分别对双麦数据分别进行延迟处理，分别记作 delayed(x1(t))、delayed(x2(t))；通过式(1)、式(2)分别计算目标方向输出c
b(t)
、 c
f(t)
，最后通过式(3)输出音频信号y(t)，该信号受如图8所示的波束控制，波束是一个形象化图形描叙，描述的是不同方向上对声音的一个增益，该增益控制音频信号输出。本算法输出的音频信号y(t)中包含了有效信号，具有较高的可懂度，便于识别。
[0066]
作为本领域技术人员可以理解的是，本文提供的算法并非仅能用于如蓝牙耳机、助听器等对体积敏感的移动设备，还可以用于其它电子设备，如音箱、视频会议系统。
[0067]
为使本发明提供的算法输出的音频信号y(t)可以根据环境声音的变化而变化，在此引入了自适应参数β，根据第二步得到的c
b(t)
、c
f(t)
值，同时结合自适应参数β，计算出自适应一阶差分阵列的输出。自适应参数β用于约束输出的音频信号y(t)，使音频信号y(t)满足以下约束条件：
[0068]
y(t)＝c
f(t)-βc
b(t)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0069]
其中，β为自适应参数，初始值预设为非零，根据情况设定，如首次使用时可设定为0.3、0.5、0.6或0.8等；后续根据输入信号进行更新，每帧更新一次，更新值用于下一帧信号约束输出的音频信号y(t)。
[0070]
自适应参数β的引入使波束y(t)形成自适应可变波束，可以根据环境声音变化而变化。且在本算法中，β的计算从传统的每个样本计算一次改为一帧计算一次，在保证输出效果不变的情况下，大大降低了算力，使得该算法应用于对续航有一定要求的移动设备时更具优势。
[0071]
请参阅图2，再次以本文所提供的算法结合双麦为例，对引入了自适应参数β处理一帧数据的过程进行介绍，具体过程是这样的：双麦分别采集来自不同方向的语音阵列信号，形成双麦数据，分别记作x1(t)、x2(t)，并对双麦数据分别进行延迟处理，分别记作delayed(x1(t))、delayed(x2(t))；通过式(1)、式(2) 分别计算目标方向输出c
b(t)
和c
f(t)
，最后通过式(4)输出音频信号y(t)，形成自适应可变音频信号，该音频信号中包含了有效信号；每帧信号处理过程更新一次自适应参数β，更新值用于下一帧信号约束输出音频信号y(t)。
[0072]
本算法中语音阵列信号不断采集过程中，存在着无效的环境音频信号，β值随着采集信号的改变也应该被更新以获取更佳的输出结果。本文中自适应参数β可以选择不同的方式进行更新，本文在此使用nlms更新β供下一轮使用，β的最优解可以通过最小化波束成形输出值的均方差得到；波束成形输出值指的就是步骤3的计算结果y(t)＝c
f(t)-c
b(t)
或y(t)＝c
f(t)-βc
b(t)
；计算其均方差期望值如下所示：
[0073]
e[y2(t)]＝r
ff
(0)-2βr
fb
(0)+β2r
bb
(0)
[0074]
其中r
ff
(0)和r
bb
(0)是朝前和朝后差分阵列(第一麦克风、第二麦克风)输出的信号能量，而r
fb
(0)是朝前和朝后差分阵列输出的交叉能量。
[0075]
将上述均方差期望值公式针对β求导并让其等于0，就可以求出β的最优解：
[0076][0077]
在本算法流程中，麦克风不断采集环境音频信号，β值随着采集信号的改变也应该被更新以获取更佳的输出结果。这里我们采用nlms(归一化最小均方自适应滤波器)来进行β值的更新。使用nlms的原因是它需要的算力低并且易于在程序中实现。具体公式如下：
[0078][0079]
其中，β
(t+1)
为更新后的自适应参数，β(t)为当前自适应参数，a(t)为音频信号y(t)输出值，cb(t)经式(1)得到；μ为nlms步长，δ为正则化参数，为较小的数，一般取0.001。
[0080]
传统的差分阵列中对每一个样本处理时都会更新β值，比如一帧音频流480 个样本，就会计算480次。本算法将更新频率改为每一帧更新一次β值，因为通常一帧数据对应的时间为10ms，所以对输出音频的质量几乎没有影响，但是节省了大量算力，cpu占用率可以几倍的降低。一阶差分阵列通常应用于蓝牙耳机或助听器等移动设备上，这些设备因为续航和成本的原因，使用的一般是算力较低的硬件芯片(比如arm cotex-m4),使用上述优化后本算法在此类设备运行更快，续航更长。
[0081]
因为音频信号y(t)的输出值在不同频率下会有不同的损失，所以本文算法在最终输出音频信号y(t)前针对不同频率做一个补偿，补偿范围是从0到其中，c是声速(340m/s)，ωc是需要补偿的频率的范围，d为麦克风间距。
[0082]
本文采用补偿系数h
l
(ω)与步骤3输出的音频信号y(t)相乘实现补偿，其中补偿系数h
l
(ω)约束条件为：
[0083][0084]
其中，h
l
(ω)为补偿系数，c为声速，ω为输出的音频信号y(t)的频率，ωc为需要补偿的频率的范围。该约束条件是这样理解的：当音频信号y(t)输出频率为0《ω≤ωc时，补偿系数h
l
(ω)为当波束y(t)输出频率为其它时，补偿系数h
l
(ω)为
[0085]
请参阅图3，再次以本文所提供的算法结合双麦为例，对引入了自适应参数β和补偿系数h
l
(ω)处理一帧数据的过程进行介绍，具体过程是这样的：双麦分别采集来自不同方向的语音阵列信号，形成双麦数据，分别记作x1(t)、x2(t)，并根据目标方向对双麦数据分别进行延迟处理，分别记作delayed(x1(t))、 delayed(x2(t))；通过式(1)、式(2)分别计算目标方向输出c
b(t)
和c
f(t)
，通过式(4)输出音频信号y(t)，实现自适应的可变波束成形，最后利用式(6)补偿约束条件对式(4)输出音频信号y(t)进行输出补偿后输出。
[0086]
本文在此提供一种对目标方向的语音阵列信号进行延迟处理方法，该方法如下：
[0087]
步骤11：计算延迟样本数n，延迟样本数n满足以下关系：
[0088]
n＝τ
t
*f
ꢀꢀꢀ
(7)
[0089]
其中，τ
t
为不同方向信号延迟时间，满足式(8)；f为采样率；
[0090]
τ
t
＝dcosθ/c
ꢀꢀꢀ
(8)
[0091]
其中，d为第一麦克风和第二麦克风之间的间距，θ为目标方向角度(见图 4)，c为声速；
[0092]
步骤12：将采集到的信号移动n个样本。
[0093]
本文提供的算法可以基于任何一种系统实现，在此提供一种基于双麦的系统实现。
[0094]
请参阅图4，本文提供的系统包括：
[0095]
第一麦克风，用于采集语音阵列信号，输出x1(t)；
[0096]
第二麦克风，用于采集语音阵列信号，输出x2(t)；
[0097]
第一延时器，与第一麦克风匹配，用于对第一麦克风的输出x1(t)进行延迟，输出延迟信号delayed(x1(t))；
[0098]
第二延时器，与第二麦克风匹配，用于对第二麦克风的输出x2(t)进行延迟，输出延迟信号delayed(x2(t))；
[0099]
第一加法器，用于实现x2(t)-delayed(x1(t))，输出c
b(t)
；
[0100]
第二加法器，用于实现x1(t)-delayed(x2(t))，输出c
f(t)
；
[0101]
第三加法器，用于实现c
f(t)-c
b(t)
，输出音频信号y(t)。
[0102]
请参阅图5，本文提供的系统以上基础上还包括了乘法器，该乘法器用于提供自适应参数β，与第一运算器输出c
b(t)
相乘，输出βc
b(t)
；输出的βc
b(t)
输入第三加法器，作为减数与c
f(t)
作减处理。
[0103]
请参阅图6，本文提供的系统还配置自适应算法模块(adaptationalgorithm)，用于更新自适应参数β。自适应算法模块根据式(5)进行自适应算法，得到更新后的自适应参数β，并提供给乘法器，用于下一帧信号处理。
[0104]
请参阅图7，本文提供的系统还配置补偿滤波器h
l
(ω)，用于对第三加法器输出的波束y(t)进行补偿。
[0105]
本文提供的算法、系统可以适用于任何目标方向上的语音阵列信号，如0
°
和180
°
，30
°
和330
°
，60
°
和300
°
，120
°
和240
°
或者其它角度。本文在此以0
°
和180
°
作为目标方向为例，更加详细地对本文提供的算法、系统进行结合描述。
[0106]
采用背靠背的2个一阶差分阵列：朝前心型差分阵列(cf)和朝后心型差分阵列(cb)，这两个背靠背的一阶差分阵列采用心型波束成形，如图8所示；但波瓣的方向刚好相反。朝前心型差分阵列(cf)波瓣方向朝前(0度方向)而朝后心型差分阵列(cb)波瓣方向朝后(180度方向)。
[0107]
步骤1：使用双麦克风进行收音，采集的双路音频信号作为输入，分别记作 x1(t)、x2(t)，并对双麦采集到的信号按照朝前和朝后方向分别进行延迟处理，分别记作delayed(x1(t))、delayed(x2(t))；
[0108]
两个背靠背的一阶差分阵列都是心型波束成形(见图8)，但是波瓣的方向刚好相反；朝前心型差分阵列(cf)波瓣方向朝前(0度方向)而朝后心型差分阵列(cb)波瓣方向朝后(180度方向)。因此在此步骤中，针对0度方向和180 度方向分别对两个麦克风(前麦，后麦)的数据进行延迟处理。延迟方法如下：
[0109]
第一麦克风和第二麦克风之间的间距:d，单位米；
[0110]
第一麦克风和第二麦克风的采样率：f；
[0111]
声音速度：c＝340m/s；
[0112]
0度方向或180度方向声音延迟(秒)：τ
t
＝d/c；
[0113]
延迟样本数n＝τ
t
*f；
[0114]
朝前心型差分阵列：将前麦信号整体后移n个样本就可以和后麦的信号对齐；
[0115]
朝后心型差分阵列：将后麦信号整体后移n个样本就可以和前麦的信号对齐。
[0116]
以双麦间距1.5cm，麦克风采样率48000，针对0度方向延迟为例。因为是针对来自0度方向的声音，所以声音到达2个麦克风的时间差为 0.015m/(340m/s)＝0.0000441s，对应的样本数大约为2，因此将前麦信号整体后移2个样本就可以和后麦的信号对其。针对180度方向的延迟与此类似，需要将后麦的数据整体后移。
[0117]
步骤2：利用步骤1的计算结果结果结合式(1)、式(2)分别计算朝前心型差分阵列的输出(cf)和朝后心型差分阵列的输出(cb)。
[0118]
步骤3：根据式(3)或式(4)计算输出，利用式(4)计算输出时，利用步骤4对β值的更新；
[0119]
步骤4：使用nlms更新β供下一轮使用，β的最优解可以通过最小化波束成形输出值的均方差得到；
[0120]
步骤5，对步骤3的输出进行补偿，得到最终的输出，补偿通过一个补偿滤波器来实现。
[0121]
自适应一阶差分阵列波束成形的输出值在不同频率下会有不同的损失，所以在输出前需要针对不同频率做一个补偿，采用式(6)的补偿系数实现对步骤3 的输出进行补偿。
[0122]
本发明提供一种使用双麦的自适应一阶差分阵列算法。为了实现自适应的可变波束成形，此算法采用了背靠背的2个一阶差分阵列：朝前心型差分阵列(cf) 和朝后心型差分阵列(cb)。自适应一阶差分阵列输出y＝c
f-βcb，其中对自适应参数β的计算进行了优化，所需算力大大降低。
[0123]
本文提供的算法采用差分阵列算法，差分阵列算法要求差分阵列中的麦克风距离远小于声音的波长，同传统加性阵列算法相比更适合蓝牙耳机和助听器等移动设备。只使用双麦就能获得较大的方向增益，减少成本的同时也大大减少了算力。自适应参数β的引入使得波束成形可以根据环境声音的变化而变化；最后β的计算从传统的每个样本计算一次改为一帧计算一次，在保证输出效果不变的情况下，大大降低了算力，使得该算法应用于对续航有一定要求的移动设备时更具优势。
[0124]
本文中的目标方向是指所需语音方向，如将该算法运用于蓝牙耳机和助听器等移动设备中，佩戴者所需的某方向的语音信号，即该语音信号所处方向即为目标方向。
[0125]
所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0126]
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件模块、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编
程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0127]
术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
[0128]
术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
[0129]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
[0130]
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
技术特征：1.一种快速双麦自适应一阶差分阵列算法，其特征在于，该算法包括以下步骤：步骤1：利用双麦采集信号，分别记作x1(t)、x2(t)，并对双麦采集到的信号根据目标方向分别进行延迟处理，延迟处理后分别记作delayed(x1(t))、delayed(x2(t))，使信号在目标方向上对齐；步骤2：通过式(1)、式(2)分别计算目标方向的输出，分别记作c
b(t)
、c
f(t)
；c
b
(t)＝x2(t)-delaygd(x1(t))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)c
f
(t)＝x1(t)-delryed(x2(t))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)步骤3：输出音频信号y(t)，该音频信号y(t)满足以下约束条件：y(t)＝c
f(t)-c
b(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。2.根据权利要求1所述的快速双麦自适应一阶差分阵列算法，其特征在于：还配置有用于约束所述音频信号y(t)输出的自适应参数β，形成自适应可变波束；音频信号y(t)满足以下约束条件：y(t)＝c
f(t)-βc
b(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，β为自适应参数，初始值预设为非零，每帧更新一次，更新值用于下一帧信号约束音频信号的输出。3.根据权利要求2所述的快速双麦自适应一阶差分阵列算法，其特征在于，所述自适应参数β经归一化最小均方方程更新：其中，β
(t+1)
为更新后的自适应参数，β(t)为当前自适应参数，a(t)为音频信号y(t)输出值，c
b
(t)经式(1)得到；μ为归一化最小均方步长，δ为正则化参数。4.根据权利要求1所述的快速双麦自适应一阶差分阵列算法，其特征在于：所述步骤3输出的音频信号y(t)根据输出值在不同频率下进行补偿，补偿系数约束条件为：其中，h
l
(ω)为补偿系数，c为声速，ω为输出的音频信号y(t)的频率，ω
c
为需要补偿的频率的范围；补偿系数h
l
(ω)与所述步骤3输出的音频信号y(t)相乘，实现输出补偿。5.根据权利要求4所述的快速双麦自适应一阶差分阵列算法，其特征在于：所述ω
c
的范围为0到d为所述第一麦克风和所述第二麦克风之间的间距。6.根据权利要求1所述的快速双麦自适应一阶差分阵列算法，其特征在于：所述步骤1中延迟处理步骤如下：步骤11：计算延迟样本数n，延迟样本数n满足以下关系：n＝τ
t
*f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
其中，τ
t
为不同方向信号延迟时间，满足式(8)；f为采样率；τ
t
＝d cosθ/c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，d为所述第一麦克风和所述第二麦克风之间的间距，θ为目标方向角度，c为声速；步骤12：将采集到的信号移动n个样本。7.一种快速双麦自适应一阶差分阵列系统，其特征在于，该系统包括：第一麦克风，用于采集语音阵列信号，输出x1(t)；第二麦克风，用于采集语音阵列信号，输出x2(t)；第一延时器，与所述第一麦克风匹配，用于对所述第一麦克风的输出x1(t)进行延迟，输出延迟信号delayed(x1(t))；第二延时器，与所述第二麦克风匹配，用于对所述第二麦克风的输出x2(t)进行延迟，输出延迟信号delayed(x2(t))；第一加法器，用于实现x2(t)-delayed(x1(t))，输出c
b(t)
；第二加法器，用于实现x1(t)-delayed(x2(t))，输出c
f(t)
；第三加法器，用于实现c
f(t)-c
b(t)
，输出音频信号y(t)。8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：还配置：乘法器，用于提供自适应参数β，与所述c
b(t)
相乘，输出βc
b(t)
；自适应算法模块，用于更新自适应参数β，并提供给所述乘法器与所述c
b(t)
相乘。9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：还配置补偿滤波器h
l
(ω)，用于对所述第三加法器输出的音频信号y(t)进行补偿。10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述第一麦克风和所述第二差麦克风背靠背构成一阶差分阵列，波瓣的方向刚好相反。
技术总结本发明公开了一种一阶差分阵列算法、系统及电子设备，该算法包括步骤1：利用双麦采集信号，分别记作x1(t)、x2(t)，并对双麦采集到的信号根据目标方向分别进行延迟处理，延迟处理后分别记作delayed(x1(t))、delayed(x2(t))，使信号在目标方向上对齐；步骤2：通过式(1)、式(2)分别计算目标方向的输出，分别记作C
技术研发人员：刘睿
受保护的技术使用者：重庆瑞可利科技有限公司
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/7/5
