科研人員提出分散式節點特定LCMV波束形成器

在由多個傳聲器節點組成的無線聲感測網路（Wireless Acoustic Sensor Networks, WASNs）中，要求每個節點發送它的全部接收訊號到融合中心，從而計算最優波束形成器的集中式波束形成器，但面臨能量消耗高和魯棒性低的缺點，導致WASNs的壽命變短、語音增強效能下降。

針對這一問題，中科院噪聲與振動重點實驗室研究員李曉東團隊提出了分散式節點特定的塊對角線性約束最小方差（Distributed Node-specific Block-Diagonal-Linearly Constrained Minimum Variance，DNBD-LCMV）波束形成器，把訊號傳輸和計算任務分散到各個節點，從而減小節點的通訊頻寬和傳送功率，提高WASNs的壽命和語音增強效能的魯棒性。相關研究成果線上發表在Signal Processing上。

對於WASNs來說，節點內傳聲器之間的距離較近，而不同節點的傳聲器之間的距離較遠。因此，由所有說話人的後期混響和傳聲器的自噪聲組成的噪聲成分，在不同節點之間近似不相關，可用塊對角噪聲協方差矩陣近似總體協方差矩陣，其中每個矩陣塊對應一個節點的噪聲協方差矩陣。DNBD-LCMV透過Sherman-Morrison-Woodbury公式更新每個節點的噪聲協方差矩陣的逆矩陣並用其計算節點之間的交換訊號，降低了集中式演算法所要求的計算複雜度並減小通訊頻寬。

模擬分析結果表明，相比於集中式LCMV，DNBD-LCMV對語音活動檢測器誤差和聲學傳遞函式估計誤差的魯棒性更高；相比於只使用一個節點接收訊號的S-LCMV（LCMV with only a single node），DNBD-LCMV明顯提高了語音增強效能。

該研究在雙耳助聽器和智慧家居系統等方面具有潛在的應用價值。

圖1.不同波束形成器在不同語音活動檢測器誤差下的效能對比，聲學傳遞函式估計誤差為0、干擾源功率p =50%

圖2.不同波束形成器在不同聲學傳遞函式誤差下的效能對比，語音活動檢測器誤差為0、干擾源功率p =50%

圖3.不同波束形成器在不同干擾源功率下的效能對比，語音活動檢測器誤差為5%、聲學傳遞函式誤差為5cm

來源：中國科學院聲學研究所