科研人员提出分布式节点特别LCMV波束形成器

在由多个传声器节点组成的无线声传感网络（Wireless Acoustic Sensor Networks, WASNs）中，要求每个节点发送它的全部接收信号到融合中心，从而计算最优波束形成器的集中式波束形成器，但面临能量消耗高和鲁棒性低的缺点，导致WASNs的寿命变短、语音增强性能下降。
 
针对这一问题，中科院噪声与振动重点实验室研究员李晓东团队提出了分布式节点特定的块对角线性约束最小方差（Distributed Node-specific Block-Diagonal-Linearly Constrained Minimum Variance，DNBD-LCMV）波束形成器，把信号传输和计算任务分散到各个节点，从而减小节点的通信带宽和发送功率，提高WASNs的寿命和语音增强性能的鲁棒性。相关研究成果在线发表在Signal Processing上。
 
对于WASNs来说，节点内传声器之间的距离较近，而不同节点的传声器之间的距离较远。因此，由所有说话人的后期混响和传声器的自噪声组成的噪声成分，在不同节点之间近似不相关，可用块对角噪声协方差矩阵近似总体协方差矩阵，其中每个矩阵块对应一个节点的噪声协方差矩阵。DNBD-LCMV通过Sherman-Morrison-Woodbury公式更新每个节点的噪声协方差矩阵的逆矩阵并用其计算节点之间的交换信号，降低了集中式算法所要求的计算复杂度并减小通信带宽。
 
仿真分析结果表明，相比于集中式LCMV，DNBD-LCMV对语音活动检测器误差和声学传递函数估计误差的鲁棒性更高；相比于只使用一个节点接收信号的S-LCMV（LCMV with only a single node），DNBD-LCMV明显提高了语音增强性能。
 
该研究在双耳助听器和智能家居系统等方面具有潜在的应用价值。