【摘 要】
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在教育信息化迅速普及的背景下,许多学校陆续引进诸多教学辅助设备,如录播教室、教学一体机等。然而在丰富的辅助教学工具中,往往疏忽授课老师最基本的扩声需求。在传统教学过程中,授课老师通常会佩戴耳挂式麦克风或者手持式麦克风等拾音设备,麦克风拾取语音信号后以有线或者无线的方式传送到扬声器完成扩声,这种方式存在麦克风佩戴不舒适等问题。近年来,教室扩声系统开始使用吊装式麦克风替换传统佩戴式麦克风。吊装式麦克风
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在教育信息化迅速普及的背景下,许多学校陆续引进诸多教学辅助设备,如录播教室、教学一体机等。然而在丰富的辅助教学工具中,往往疏忽授课老师最基本的扩声需求。在传统教学过程中,授课老师通常会佩戴耳挂式麦克风或者手持式麦克风等拾音设备,麦克风拾取语音信号后以有线或者无线的方式传送到扬声器完成扩声,这种方式存在麦克风佩戴不舒适等问题。近年来,教室扩声系统开始使用吊装式麦克风替换传统佩戴式麦克风。吊装式麦克风通过将带有指向性的单一麦克风吊装在讲台前方的方式完成对某一固定区域的拾音,从而真正满足了授课老师“无感”扩声的基本需求,但这种方式存在拾音区域过于单一等问题。本文以麦克风阵列信号处理技术为基础,提出以环形麦克风阵列作为拾音设备的设计方法。通过将拾音过程划分为语音端点检测、说话人声源定位以及指定方向语音增强三个阶段来实现说话人的远场拾音。本文的主要工作如下:1.对比双门限法与子带谱熵法两种语音端点检测算法的性能。双门限法存在门限阈值难以确定,以及对于固定门限阈值,不同信噪比条件下,检测结果不稳定等问题。子带谱熵法检测结果较为准确,而且在同一的门限值下,不同的信噪比和不同语音检测结果基本相同,具有较高的稳定性和普适性。2.对比延时求和（DAS）和最小方差无失真（MVDR）两种声源定位算法的性能。MVDR算法在声源定位的准确度和平均偏离角度上均优于DAS算法。在抗混响性能对比实验中,MVDR算法随着频率增加抑制波束旁瓣的能力强于DAS算法,并且在2KHz以下,MVDR算法的抗混响能力明显高于DAS算法。3.对比延时求和波束形成算法和广义旁瓣对消（GSC）波束形成算法两种语音增强算法的性能。不同帧长条件下,DAS和GSC算法对应的输出信噪比和期望信号失真度会随着帧长的增加而提高;在不同输入信噪比条件下,GSC算法输出信噪比性能优于DAS算法,并且相较于DAS算法,GSC算法能够利用阵列冗余度对其他来波方向信号进行有效抑制。4.基于教室内的环境,本文利用Re Speaker Mic Array作为麦克风阵列硬件设备,将算法移植并运行在树莓派Linux C++环境中,搭建了一套基于麦克风阵列的教室拾音系统。分别实际测试语音端点检测算法、声源定位算法和波束形成语音增强算法的有效性。通过实验测验证了所搭建拾音系统的可行性。
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