Convolutive Transfer Function-Based Multichannel Nonnegative Matrix Factorization for Overdetermined Blind Source Separation

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作者
Taihui Wang,Feiran Yang,Jun Yang
出处
期刊:IEEE/ACM transactions on audio, speech, and language processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:30: 802-815 被引量:27
标识
DOI:10.1109/taslp.2022.3145304
摘要

Most multichannel blind source separation (BSS) approaches rely on a spatial model to encode the transfer functions from sources to microphones and a source model to encode the source power spectral density. The rank-1 spatial model has been widely exploited in independent component analysis (ICA), independent vector analysis (IVA), and independent low-rank matrix analysis (ILRMA). The full-rank spatial model is also considered in many BSS approaches, such as full-rank spatial covariance matrix analysis (FCA), multichannel nonnegative matrix factorization (MNMF), and FastMNMF, which can improve the separation performance in the case of long reverberation times. This paper proposes a new MNMF framework based on the convolutive transfer function (CTF) for overdetermined BSS. The time-domain convolutive mixture model is approximated by a frequency-wise convolutive mixture model instead of the widely adopted frequency-wise instantaneous mixture model. The iterative projection algorithm is adopted to estimate the demixing matrix, and the multiplicative update rule is employed to estimate nonnegative matrix factorization (NMF) parameters. Finally, the source image is reconstructed using a multichannel Wiener filter. The advantages of the proposed method are twofold. First, the CTF approximation enables us to use a short window to represent long impulse responses. Second, the full-rank spatial model can be derived based on the CTF approximation and slowly time-variant source variances, and close relationships between the proposed method and ILRMA, FCA, MNMF and FastMNMF are revealed. Extensive experiments show that the proposed algorithm achieves a higher separation performance than ILRMA and FastMNMF in reverberant environments.
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