CA2161575A1 - Procede et dispositif de suppression de bruit dans un signal de parole, et systeme avec annulation d'echo correspondant - Google Patents
Procede et dispositif de suppression de bruit dans un signal de parole, et systeme avec annulation d'echo correspondantInfo
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Abstract
L'invention fournit un procédé de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole bruité (s(nT)) qui est échantillonné. Le procédé est caractérisé par les étapes de : - traitement fréquentiel numérique (100) dudit signal de parole bruité, pour produire des coefficients temporels de filtrage (C(NT)), et - traitement temporel numérique (14) dudit signal de parole bruité (s(nT)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en un signal de parole (s*(nT)) dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
Description
~
Procédé et dispositif de suppression de bruit dans un signal de parole, et système avec annulation d'écho correspondant.
La présente invention concerne de manière générale des procédé et dispositif de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole, typiquement pour une application à
la radiotéléphonie main-libre. Elle a trait également à un système mettant en oeuvre un tel dispositif en combinaison avec un annuleur d'écho.
Dans un environnement bruité, le signal électrique résultant d'une conversion acousto-électrique d'un signal de parole est mélangé à un signal de bruit. Dès lors que le niveau du signal de bruit dans cet environnement est élevé, par exemple dans l'habitacle d'un véhicule, il est nécessaire de mettre en oeuvre des traitements visant à
supprimer le signal de bruit dans le signal électrique de parole. Typiquement, deux types de traitement de suppression de bruit sont distingués selon la technique antérieure : le traitement par soustraction spectrale et le traitement dit par banc de filtres.
Le traitement par banc de filtres, tel que décrit dans le brevet américain US-A-4 628 529, consiste en une étape de séparation dii signal d'entrée en une pluralité de signaux temporels représentatifs chacun d'une bande de fréquences prédéterminée respective, une étape d'estimation d'un rapport signal sur bruit pour chacun de ces signaux temporels, une étape de pondération de ces signaux temporels par des coefficients respectifs qui sont chacun fonction de l'un respectif des rapports signal sur bruit pour le signal temporel considéré, et une étape d'addition de ces signaux temporels pondérés en un signal résultant consistant en un signal de parole dans lequel le signal de bruit est supprimé. Typiquement, chacun des rapports signal sur bruit est estimé en fonction de la variation de la puissance du signal temporel considéré dans sa bande de fréquences respective. Un tel traitement par banc de filtres nécessite
Procédé et dispositif de suppression de bruit dans un signal de parole, et système avec annulation d'écho correspondant.
La présente invention concerne de manière générale des procédé et dispositif de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole, typiquement pour une application à
la radiotéléphonie main-libre. Elle a trait également à un système mettant en oeuvre un tel dispositif en combinaison avec un annuleur d'écho.
Dans un environnement bruité, le signal électrique résultant d'une conversion acousto-électrique d'un signal de parole est mélangé à un signal de bruit. Dès lors que le niveau du signal de bruit dans cet environnement est élevé, par exemple dans l'habitacle d'un véhicule, il est nécessaire de mettre en oeuvre des traitements visant à
supprimer le signal de bruit dans le signal électrique de parole. Typiquement, deux types de traitement de suppression de bruit sont distingués selon la technique antérieure : le traitement par soustraction spectrale et le traitement dit par banc de filtres.
Le traitement par banc de filtres, tel que décrit dans le brevet américain US-A-4 628 529, consiste en une étape de séparation dii signal d'entrée en une pluralité de signaux temporels représentatifs chacun d'une bande de fréquences prédéterminée respective, une étape d'estimation d'un rapport signal sur bruit pour chacun de ces signaux temporels, une étape de pondération de ces signaux temporels par des coefficients respectifs qui sont chacun fonction de l'un respectif des rapports signal sur bruit pour le signal temporel considéré, et une étape d'addition de ces signaux temporels pondérés en un signal résultant consistant en un signal de parole dans lequel le signal de bruit est supprimé. Typiquement, chacun des rapports signal sur bruit est estimé en fonction de la variation de la puissance du signal temporel considéré dans sa bande de fréquences respective. Un tel traitement par banc de filtres nécessite
2 des moyens de calcul considérables en raison du fait que toutes les étapes de séparation, estimation, pondération et addition précitées sont réalisées dans le domaine temporel.
En pratique, dans un radiotéléphone, les moyens de calculétant limités, en termes de Millions d'Instructions Par Seconde (Mips), par la capacité du processeur de traitement de signal numérique (DSP en terminologie anglo-saxonne pour Digital Signal Processor), il est alors proposé de réduire le traitement de suppression de signal de bruit à des bandes de fréquences grossières, et donc réduire la finesse, ou précision, de ce traitement.
Le traitement par soustraction spectrale recourt pour sa part au domaine fréquentiel, typiquement par utilisation de transformée de Fourier Rapide FFT (Fast Fourier Transform en terminologie anglo-saxonne). Il présente l'inconvénient principal d'induire une distorsion non linéaire dans le signal de parole traité qui résulte de la perte d'information de phase de ce signal. En effet ce traitement par soustraction spectrale produit une telle distorsion car 2Q il applique aux échantillons résultant de la Transformée de Fourier Rapide du signal de parole bruité à traiter des fonctions de module au carré qui suppriment l'information de phase, rendant ainsi ce traitement non linéaire. En outre, le défaut de linéarité du traitement par soustraction spectrale empêche son utilisation efficacement en combinaison avec un traitement d'annulation d'écho, telle que proposée par l'invention, car le dispositif d'annulation d'écho est perturbé dans son fonctionnement par cette perte d'information de phase.
30 Un premier objectif de la présente invention est de fournir un procédé de suppression de bruit dans un signal de parole qui a pour avantage de réduire considérablement la puissance de calcul nécessaire en termes de Nombre d'Instructions par Seconde, comparativement à un traitement par banc de filtres.
En pratique, dans un radiotéléphone, les moyens de calculétant limités, en termes de Millions d'Instructions Par Seconde (Mips), par la capacité du processeur de traitement de signal numérique (DSP en terminologie anglo-saxonne pour Digital Signal Processor), il est alors proposé de réduire le traitement de suppression de signal de bruit à des bandes de fréquences grossières, et donc réduire la finesse, ou précision, de ce traitement.
Le traitement par soustraction spectrale recourt pour sa part au domaine fréquentiel, typiquement par utilisation de transformée de Fourier Rapide FFT (Fast Fourier Transform en terminologie anglo-saxonne). Il présente l'inconvénient principal d'induire une distorsion non linéaire dans le signal de parole traité qui résulte de la perte d'information de phase de ce signal. En effet ce traitement par soustraction spectrale produit une telle distorsion car 2Q il applique aux échantillons résultant de la Transformée de Fourier Rapide du signal de parole bruité à traiter des fonctions de module au carré qui suppriment l'information de phase, rendant ainsi ce traitement non linéaire. En outre, le défaut de linéarité du traitement par soustraction spectrale empêche son utilisation efficacement en combinaison avec un traitement d'annulation d'écho, telle que proposée par l'invention, car le dispositif d'annulation d'écho est perturbé dans son fonctionnement par cette perte d'information de phase.
30 Un premier objectif de la présente invention est de fournir un procédé de suppression de bruit dans un signal de parole qui a pour avantage de réduire considérablement la puissance de calcul nécessaire en termes de Nombre d'Instructions par Seconde, comparativement à un traitement par banc de filtres.
3 Un second objectif de l'invention est de fournir un procédé n'induisant pas une distorsion non linéaire dans le signal de parole à traiter, par contraste avec le traitement par soustraction spectrale.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un système comprenant un dispositif de suppression de bruit mettant en oeuvre les étapes du procédé, en combinaison avec un dispositif d'annulation d'écho.
A cette fin, un procédé de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole bruité qui est échantillonné
est caractérisé selon l'invention par les étapes de :
- traitement fréquentiel numérique dudit signal de parole bruité, pour produire des coefficients temporels de filtrage, et - traitement temporel numérique dudit signal de parole bruité en fonction desdits coefficients de filtrage, en un signal de parole dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
Le procédé définit, pour un cycle de traitement donné, les étapes de traitement fréquentiel numérique de:
- extraction d'une pluralité de composantes énergétiques fréquentielles dans ledit signal de parole bruité, - estimation, pour chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, d'un rapport entre un niveau d'énergie du signal de parole bruité et un niveau d'énergie du signal de bruit, - détermination d'un gain respectif pour ladite chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, en fonction dudit rapport estimé entre le niveau d'énergie du signal de parole bruité et le niveau d'énergie du signal de bruit pour ladite chacune sélectionnée des composantes fréquentielles, et - synthèse desdits coefficients de filtrage en fonction desdits gains.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un système comprenant un dispositif de suppression de bruit mettant en oeuvre les étapes du procédé, en combinaison avec un dispositif d'annulation d'écho.
A cette fin, un procédé de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole bruité qui est échantillonné
est caractérisé selon l'invention par les étapes de :
- traitement fréquentiel numérique dudit signal de parole bruité, pour produire des coefficients temporels de filtrage, et - traitement temporel numérique dudit signal de parole bruité en fonction desdits coefficients de filtrage, en un signal de parole dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
Le procédé définit, pour un cycle de traitement donné, les étapes de traitement fréquentiel numérique de:
- extraction d'une pluralité de composantes énergétiques fréquentielles dans ledit signal de parole bruité, - estimation, pour chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, d'un rapport entre un niveau d'énergie du signal de parole bruité et un niveau d'énergie du signal de bruit, - détermination d'un gain respectif pour ladite chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, en fonction dudit rapport estimé entre le niveau d'énergie du signal de parole bruité et le niveau d'énergie du signal de bruit pour ladite chacune sélectionnée des composantes fréquentielles, et - synthèse desdits coefficients de filtrage en fonction desdits gains.
4 De préférence, l'étape d'extraction de composantes énergétiques fréquentielles comprend les sous-étapes de - production de K groupes comprenant chacun une pluralité de composantes fréquentielles, respectivement pour K blocs entrelacés du signal de parole bruité, avec K
entier, et - calcul d'une moyenne énergétique de K composantes fréquentielles de même rang respectivement dans les K
groupes, en l'une respective des composantes énergétiques fréquentielles extraites.
Typiquement, l'étape de calcul est précédée, pour chacun des K groupes de composantes fréquentielles, par une étape de sélection d'une partie des composantes fréquentielles ayant des rangs prédéterminés respectifs dans ledit chacun des groupes, ladite partie sélectionnée présentant un caractère de symétrie par rapport au complémentaire de cette partie parmi la pluralité des composantes fréquentielles extraites. Par ailleurs, les étapes de production et synthèse sont mises en oeuvre respectivement au moyen de Transformée de Fourier Rapide et Transformée de Fourier Inverse.
Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé
comprend, pour chacun de cycles de traitement successifs,:
- des moyens pour extraire une pluralité de composantes énergétiques fréquentielles dans ledit signal de parole bruité, - des moyens pour estimer, pour chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, un rapport entre un niveau d'énergie du signal de parole bruité
et un niveau d'énergie de signal de bruit, - des moyens pour déterminer un gain respectif pour ladite chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, en fonction dudit rapport estimé entre le niveau d'énergie du signal de parole bruité et le niveau d'énergie du signal de bruit pour ladite chacune sélectionnée des composantes fréquentielles, =- ~
- des moyens pour synthétiser lesdits coefficients de filtrage en fonction desdits gains, et - des moyens de filtrage temporel dudit signal de parole bruit en fonction desdits coefficients de filtrage, en un signal de parole dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
L'invention fournit également deux variantes de système combiné d'annulation d'écho et de suppression de bruit.
Selon une première variante, le système comprend:
- un dispositif de suppression de bruit pour supprimer un signal de bruit dans un signal de parole à transmettre, en un signal de parole débruité, - un annuleur d'écho comprenant un premier moyen pour produire un signal d'écho estimé en fonction d'un signal de parole donné et d'un signal de différence, et un second moyen pour soustraire ledit signal d'écho estimé audit signal de parole débruité, en ledit signal de différence.
Il est caractérisé en ce que ledit dispositif de suppression de bruit est sous la forme de:
- un moyen de traitement fréquentiel numérique dudit signal de parole à transmettre, pour produire des coefficients temporels de filtrage, et - un premier moyen de traitement temporel numérique pour traiter ledit signal de parole à transmettre en fonction desdits coefficients de filtrage, en ledit signal de parole débruité dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé, et en ce que ledit système comprend en outre:
- un second moyen de traitement temporel numérique, strictement similaire audit premier moyen de traitement temporel, pour traiter un signal de parole reçu d'un terminal distant en fonction desdits coefficients de filtrage, en ledit signal de parole donné.
Selon une seconde variante, le système comprend ~1 6 15 7~
- un annuleur d'écho comprenant un premier moyen pour produire un signal d'écho estimé en fonction d'un signal de parole reçu d'un terminal distant et d'un signal de différence, et un second moyen pour soustraire ledit signal d'écho estimé à un signal de parole à transmettre, en ledit signal de différence, Il est caractérisé en ce qu'il comprend en outre:
- un dispositif de suppression de bruit pour supprimer un signal de bruit dans le signal de différence, en un signal de parole débruité, ledit dispositif de suppression de bruit étant sous la forme de:
- un moyen de traitement fréquentiel numérique pour traiter ledit signal de parole à transmettre, afin de produire des coefficients temporels de filtrage, et - un moyen de traitement temporel numérique pour traiter ledit signal de différence en fonction desdits coefficients de filtrage, en un signal de parole débruité
dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront puis clairement à la lecture de la description suivante, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels :
- la figure 1 montre sous la forme d'un bloc-diagramme un dispositif selon l'invention de suppression de bruit dans un signal de parole;
- la figure 2 schématise des étapes de traitement mises en oeuvre dans un circuit du dispositif de la figure 1;
- la figure 3 montre, sous forme de bloc-diagramme, une première réalisation selon l'invention d'un système mettant en oeuvre le dispositif de la figure 1 en combinaison avec un annuleur d'écho; et - la figure 4 montre, sous forme de bloc-diagramme, une seconde réalisation selon l'invention d'un système . ~' .
mettant en oeuvre le dispositif de la figure 1 en combinaison avec un annuleur d'écho En référence à la figure 1, un dispositif selon l'invention de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole 1 comprend un circuit d'échantillonnage la, une unité de traitement fréquentiel 100, et un circuit de traitement temporel 14. L'unité de traitement fréquentiel 100 comprend en cascade un circuit d'extraction de composantes énergétiques 10, un circuit d'estimation de rapport signal sur bruit 11, un circuit de calcul de gain 12 et un circuit de synthèse de coefficients de filtrage 13. Le circuit de traitement temporel 14 est un filtre temporel, de type filtre à réponse impulsionnelle finie (FIR Filter en terminologie anglo-saxonne pour Finite Impulse Response Filter).
Le circuit d'échantillonnage la échantillonne à une fréquence F=1/T un signal analogique de parole bruité s(t) constitué d'un signal de bruit additionné à un signal de parole. Le signal de parole bruité échantillonné s(nT) résultant de cet échantillonnage est appliqué, d'une part, à
une entrée du circuit d'extraction de composantes énergétiques 10 dans l'unité de traitement fréquentiel 100, et, d'autre part, à une entrée du filtre temporel 14. La figure 2 schématise les traitements effectués dans le circuit 10 qui reçoit le signal de parole bruité s(nT). Ce signal de parole bruité échantillonné s(nT) se présente sous la forme de trames successives d'échantillons, quatre d'entr'elles T(n-2), T(n-1), T(n) et T(n+1) étant représentées à une première ligne de la figure 2. Une trame T(n) est formée, selon la réalisation décrite, par M= 128 échantillons, notés e(n)m, l'indice m variant entre 0 et 127. Pour chaque trame de rang n, T(n) , associée à un cycle de traitement donné du procédé selon l'invention, sont produits K=3 blocs d'échantillons B(1), B(2) et B(3), K
étant un nombre entier. Ces K=3 blocs d'échantillons sont formés selon la réalisation décrite à partir, d'une part, de cette trame de rang n, T(n), et, d'autre part, des 2 trames T(n-2) et T(n-1), de rangs respectifs (n-2) et (n-1).
Les K=3 blocs d'échantillons B(1) à B(3) sont entrelacés et comprennent chacun 2.M= 256 échantillons successifs dans les trames T(n-2) à T(n), à conipter de K=3 premiers échantillons respectifs de rangs 0 et M/2=64 dans la trame T(n-2) et de rang O dans la trame T(n-1). Les groupes respectifs de 2.M
échantillons formant les blocs B(1), B(2) et B(3) sont notés b(1)i, b(2)i; et b(3)i, i variant de 0 à (2.M - 1)=255. A
ces groupes respectifs d'échantillons b(1)i, b(2)i, b(3)i, 0<1 5255, sont appliquées respectivement trois transformées de Fourier rapides identiques selon les étapes notées 100a, 100b, et 100c. Ces étapes de transformée de Fourier rapide peuvent éventuellement être précédées par une opération de fenétrage temporel. Par ces transformées de Fourier rapides, à chacun des K=3 groupes d'échantillons b(1)i, b(2)i et b(3)i, est associé l'un respectif de K=3 groupes de composantes fréquentielles, notés E(1) i, E(2) i et E( 3) i, l'indice i variant de 0 à 255. L'étape notée 101 dans cette figure 2 vise à simplifier la mise en oeuvre des traitements ultérieurs en sélectionnant seulement une partie des composantes fréquentielles dans chaque groupe E(1)i à E(3)i, 0<i.<255. Cette étape se fonde sur la propriété suivante.
La Transformée de Fourier Rapide d'un signal réel présente une pseudo-symétrie. En effet, en sachant que les échantillons formant le signal de parole sont réels, chaque groupe de composantes fréquentielles E(k)i, k= 1, 2 ou 3, peut s'écrire sous la forme:
E(k)i={E(k)0,E(k)1,=,E(k)127,E(k)128+E(k)129=E(k)127,=,E(k)2 55-E (k) 1} (1) L'étape de traitement 101 sélectionne, dans chaque groupe E(k=1)i ,E(k=2)i et E(k=3)i, 0<i 5255, une partie des composantes fréquentielles le constituant, à savoir les composantes fréquentièlles E(k)O à E(k)128 de rang 0 à 128, ~ 2161575 qui forment un groupe de composantes fréquentielles sélectionnées. Ces 129 premières composantes fréquentielles sélectionnées sont suffisantes pour décrire chaque groupe E(k)i, 0<i 5255, de façon complète puisque les autres composantes fréquentielles dans le groupe, à savoir les 127 dernières composantes E(k)129 à E(k)255, se déduisent par symétrie. Les composantes fréquentielles E(k)o à E(k)128 qui sont sélectionnées dans chaque groupe présentent en effet un caractère de symétrie par rapport au complémentaire E(k)129 à E(k)255 de ces composantes sélectionnées parmi toutes les composantes fréquentielles dans le groupe qui sont produites initialement. En sortie du traitement 101, sont ainsi produites les composantes fréquentielles E(k)() à E(k)128 pour chaque groupe. Selon l'étape 102, les 129 composantes fréquentielles sélectionnées dans chaque groupe sont décimées par 2, en vue de ne retenir qu'une composante sur deux parmi chaque groupe de composantes sélectionné. Cette décimation par deux 102 vise à écarter sélectivement une composante sur deux, relative à une fréquence donnée, en vue d'inhiber l'effet d'interaction que produit sur cette composante chacune des deux composantes fréquentielles situées à deux fréquences respectives de part et d'autre de ladite fréquence donnée. En pratique, sont retenues les 65 composantes fréquentielles E(k)i, avec i=1, 3, 5,.., 127,128, sachant que la composante fréquentielle E(k)0 ne présente aucun intérêt à être retenue puisqu'il s'agit d'une composante continue. A des fins de simplification de notation, ces composantes fréquentielles E(k)i, avec i=l, 3,
entier, et - calcul d'une moyenne énergétique de K composantes fréquentielles de même rang respectivement dans les K
groupes, en l'une respective des composantes énergétiques fréquentielles extraites.
Typiquement, l'étape de calcul est précédée, pour chacun des K groupes de composantes fréquentielles, par une étape de sélection d'une partie des composantes fréquentielles ayant des rangs prédéterminés respectifs dans ledit chacun des groupes, ladite partie sélectionnée présentant un caractère de symétrie par rapport au complémentaire de cette partie parmi la pluralité des composantes fréquentielles extraites. Par ailleurs, les étapes de production et synthèse sont mises en oeuvre respectivement au moyen de Transformée de Fourier Rapide et Transformée de Fourier Inverse.
Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé
comprend, pour chacun de cycles de traitement successifs,:
- des moyens pour extraire une pluralité de composantes énergétiques fréquentielles dans ledit signal de parole bruité, - des moyens pour estimer, pour chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, un rapport entre un niveau d'énergie du signal de parole bruité
et un niveau d'énergie de signal de bruit, - des moyens pour déterminer un gain respectif pour ladite chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, en fonction dudit rapport estimé entre le niveau d'énergie du signal de parole bruité et le niveau d'énergie du signal de bruit pour ladite chacune sélectionnée des composantes fréquentielles, =- ~
- des moyens pour synthétiser lesdits coefficients de filtrage en fonction desdits gains, et - des moyens de filtrage temporel dudit signal de parole bruit en fonction desdits coefficients de filtrage, en un signal de parole dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
L'invention fournit également deux variantes de système combiné d'annulation d'écho et de suppression de bruit.
Selon une première variante, le système comprend:
- un dispositif de suppression de bruit pour supprimer un signal de bruit dans un signal de parole à transmettre, en un signal de parole débruité, - un annuleur d'écho comprenant un premier moyen pour produire un signal d'écho estimé en fonction d'un signal de parole donné et d'un signal de différence, et un second moyen pour soustraire ledit signal d'écho estimé audit signal de parole débruité, en ledit signal de différence.
Il est caractérisé en ce que ledit dispositif de suppression de bruit est sous la forme de:
- un moyen de traitement fréquentiel numérique dudit signal de parole à transmettre, pour produire des coefficients temporels de filtrage, et - un premier moyen de traitement temporel numérique pour traiter ledit signal de parole à transmettre en fonction desdits coefficients de filtrage, en ledit signal de parole débruité dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé, et en ce que ledit système comprend en outre:
- un second moyen de traitement temporel numérique, strictement similaire audit premier moyen de traitement temporel, pour traiter un signal de parole reçu d'un terminal distant en fonction desdits coefficients de filtrage, en ledit signal de parole donné.
Selon une seconde variante, le système comprend ~1 6 15 7~
- un annuleur d'écho comprenant un premier moyen pour produire un signal d'écho estimé en fonction d'un signal de parole reçu d'un terminal distant et d'un signal de différence, et un second moyen pour soustraire ledit signal d'écho estimé à un signal de parole à transmettre, en ledit signal de différence, Il est caractérisé en ce qu'il comprend en outre:
- un dispositif de suppression de bruit pour supprimer un signal de bruit dans le signal de différence, en un signal de parole débruité, ledit dispositif de suppression de bruit étant sous la forme de:
- un moyen de traitement fréquentiel numérique pour traiter ledit signal de parole à transmettre, afin de produire des coefficients temporels de filtrage, et - un moyen de traitement temporel numérique pour traiter ledit signal de différence en fonction desdits coefficients de filtrage, en un signal de parole débruité
dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront puis clairement à la lecture de la description suivante, en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels :
- la figure 1 montre sous la forme d'un bloc-diagramme un dispositif selon l'invention de suppression de bruit dans un signal de parole;
- la figure 2 schématise des étapes de traitement mises en oeuvre dans un circuit du dispositif de la figure 1;
- la figure 3 montre, sous forme de bloc-diagramme, une première réalisation selon l'invention d'un système mettant en oeuvre le dispositif de la figure 1 en combinaison avec un annuleur d'écho; et - la figure 4 montre, sous forme de bloc-diagramme, une seconde réalisation selon l'invention d'un système . ~' .
mettant en oeuvre le dispositif de la figure 1 en combinaison avec un annuleur d'écho En référence à la figure 1, un dispositif selon l'invention de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole 1 comprend un circuit d'échantillonnage la, une unité de traitement fréquentiel 100, et un circuit de traitement temporel 14. L'unité de traitement fréquentiel 100 comprend en cascade un circuit d'extraction de composantes énergétiques 10, un circuit d'estimation de rapport signal sur bruit 11, un circuit de calcul de gain 12 et un circuit de synthèse de coefficients de filtrage 13. Le circuit de traitement temporel 14 est un filtre temporel, de type filtre à réponse impulsionnelle finie (FIR Filter en terminologie anglo-saxonne pour Finite Impulse Response Filter).
Le circuit d'échantillonnage la échantillonne à une fréquence F=1/T un signal analogique de parole bruité s(t) constitué d'un signal de bruit additionné à un signal de parole. Le signal de parole bruité échantillonné s(nT) résultant de cet échantillonnage est appliqué, d'une part, à
une entrée du circuit d'extraction de composantes énergétiques 10 dans l'unité de traitement fréquentiel 100, et, d'autre part, à une entrée du filtre temporel 14. La figure 2 schématise les traitements effectués dans le circuit 10 qui reçoit le signal de parole bruité s(nT). Ce signal de parole bruité échantillonné s(nT) se présente sous la forme de trames successives d'échantillons, quatre d'entr'elles T(n-2), T(n-1), T(n) et T(n+1) étant représentées à une première ligne de la figure 2. Une trame T(n) est formée, selon la réalisation décrite, par M= 128 échantillons, notés e(n)m, l'indice m variant entre 0 et 127. Pour chaque trame de rang n, T(n) , associée à un cycle de traitement donné du procédé selon l'invention, sont produits K=3 blocs d'échantillons B(1), B(2) et B(3), K
étant un nombre entier. Ces K=3 blocs d'échantillons sont formés selon la réalisation décrite à partir, d'une part, de cette trame de rang n, T(n), et, d'autre part, des 2 trames T(n-2) et T(n-1), de rangs respectifs (n-2) et (n-1).
Les K=3 blocs d'échantillons B(1) à B(3) sont entrelacés et comprennent chacun 2.M= 256 échantillons successifs dans les trames T(n-2) à T(n), à conipter de K=3 premiers échantillons respectifs de rangs 0 et M/2=64 dans la trame T(n-2) et de rang O dans la trame T(n-1). Les groupes respectifs de 2.M
échantillons formant les blocs B(1), B(2) et B(3) sont notés b(1)i, b(2)i; et b(3)i, i variant de 0 à (2.M - 1)=255. A
ces groupes respectifs d'échantillons b(1)i, b(2)i, b(3)i, 0<1 5255, sont appliquées respectivement trois transformées de Fourier rapides identiques selon les étapes notées 100a, 100b, et 100c. Ces étapes de transformée de Fourier rapide peuvent éventuellement être précédées par une opération de fenétrage temporel. Par ces transformées de Fourier rapides, à chacun des K=3 groupes d'échantillons b(1)i, b(2)i et b(3)i, est associé l'un respectif de K=3 groupes de composantes fréquentielles, notés E(1) i, E(2) i et E( 3) i, l'indice i variant de 0 à 255. L'étape notée 101 dans cette figure 2 vise à simplifier la mise en oeuvre des traitements ultérieurs en sélectionnant seulement une partie des composantes fréquentielles dans chaque groupe E(1)i à E(3)i, 0<i.<255. Cette étape se fonde sur la propriété suivante.
La Transformée de Fourier Rapide d'un signal réel présente une pseudo-symétrie. En effet, en sachant que les échantillons formant le signal de parole sont réels, chaque groupe de composantes fréquentielles E(k)i, k= 1, 2 ou 3, peut s'écrire sous la forme:
E(k)i={E(k)0,E(k)1,=,E(k)127,E(k)128+E(k)129=E(k)127,=,E(k)2 55-E (k) 1} (1) L'étape de traitement 101 sélectionne, dans chaque groupe E(k=1)i ,E(k=2)i et E(k=3)i, 0<i 5255, une partie des composantes fréquentielles le constituant, à savoir les composantes fréquentièlles E(k)O à E(k)128 de rang 0 à 128, ~ 2161575 qui forment un groupe de composantes fréquentielles sélectionnées. Ces 129 premières composantes fréquentielles sélectionnées sont suffisantes pour décrire chaque groupe E(k)i, 0<i 5255, de façon complète puisque les autres composantes fréquentielles dans le groupe, à savoir les 127 dernières composantes E(k)129 à E(k)255, se déduisent par symétrie. Les composantes fréquentielles E(k)o à E(k)128 qui sont sélectionnées dans chaque groupe présentent en effet un caractère de symétrie par rapport au complémentaire E(k)129 à E(k)255 de ces composantes sélectionnées parmi toutes les composantes fréquentielles dans le groupe qui sont produites initialement. En sortie du traitement 101, sont ainsi produites les composantes fréquentielles E(k)() à E(k)128 pour chaque groupe. Selon l'étape 102, les 129 composantes fréquentielles sélectionnées dans chaque groupe sont décimées par 2, en vue de ne retenir qu'une composante sur deux parmi chaque groupe de composantes sélectionné. Cette décimation par deux 102 vise à écarter sélectivement une composante sur deux, relative à une fréquence donnée, en vue d'inhiber l'effet d'interaction que produit sur cette composante chacune des deux composantes fréquentielles situées à deux fréquences respectives de part et d'autre de ladite fréquence donnée. En pratique, sont retenues les 65 composantes fréquentielles E(k)i, avec i=1, 3, 5,.., 127,128, sachant que la composante fréquentielle E(k)0 ne présente aucun intérêt à être retenue puisqu'il s'agit d'une composante continue. A des fins de simplification de notation, ces composantes fréquentielles E(k)i, avec i=l, 3,
5, .., 127, 128 sont notées E(k) j, avec 0 Sj <64 . En résultat des étapes 101 et 102, est ainsi produite pour chaque groupe initial de composantes E(1) i, E(2) i et E(3) i, 0<i. <255, un groupe de composantes sélectionnées et décimées.
Selon l'étape 103, il est opéré un calcul de la moyenne énergétique de chaque triplet de K=3 composantes fréquentielles de même rang j dans les K=3 groupes de composantes fréquentielles sélectionnées et décimées E(1)j, E(2) j et E( 3) j, l'indice j variant de 0 à 64, pour produire 65 composantes énergétiques moyennées Emj, j variant de 0 à
64. Ce calcul comprend l'élévation au carré du module de chaque composante fréquentielle de même rang j dans les K=3 groupes de composantes sélectionnées et décimées, en K=3 composantes énergétiques, puis la moyenne de ces K=3 composantes énergétiques.
Ainsi le dispositif 10 extrait pour un cycle relatif à une trame T(n) de traitement du signal de parole bruité
s(nT), 65 composantes énergétiques Emj, chacune représentative d'une énergie, ou puissance, du signal de parole bruité s(nT) pour la fréquence, ou bande de fréquence, considérée. Il est à noter que toutes les étapes 100, 101 et 102 décrites relativement à la figure 2, bien qu'améliorant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, peuvent être réduites à une seule étape consistant en l'application d'une unique transformée de Fourier FFT aux M = 128 échantillons de la trame T(n) retenue pour le cycle de traitement considéré. En outre, l'étape de sélection 101 peut ou bien être opérée ou bien ne pas être opérée, et cela directement sur les composantes fréquentielles résultant du(des) traitement(s) FFT.
En revenant à la figure 1, les 65 composantes énergétiques Emj, 0 Sj 564, sont appliquées à une entrée du circuit d'estimation de rapport signal sur bruit 11. Pour chacune de ces 65 composantes énergétiques extraites Emj, le circuit 11 estime un rapport de signal sur bruit SNRj entre le signal de parole bruité s(nT) et un signal de bruit inclus dans ce signal de parole bruité, pour la composante énergétique considérée Emj. Un tel rapport signal sur bruit est donné par:
SNRj n= Emj n/ Bj n (2) dans laquelle l'exposant n repère le cycle de traitement relatif à la trame T(n) de rang n et Bj dénote .. ~
une composante d'énergie de bruit dans la composante énergétique Emj de rang j.
En pratique, une telle estimation du rapport signal sur bruit se base sur le calcul de la composante d'énergie de bruit estimée dans chaque composante énergétique donnée.
Elle utilise par exemple le rapport entre la composante énergétique Emjn extraite et la composante énergétique de bruit Bjn-1 calculée précédemment au cours d'un cycle de traitement ayant précédé le cycle considéré de traitement de suppression de signal de bruit dans la trame T(n). Plus ce rapport est élevé, plus il traduit l'existence d'un signal de parole pour la composante énergétique fréquentielle Emjn considérée, auquel cas la composante de bruit Bi (n-1) calculée relativement à la composante énergétique Emj(n-1) pour le rang (n-1) est maintenue en la composante de bruit Bjn . Plus ce rapport est faible, plus il traduit le fait que la composante énergétique se résume à un signal de bruit, auquel cas la composante de bruit Bjn varie par calcul en conséquence. Le circuit 11 attribue un rapport signal sur bruit SNRj, 0 Sj <_64, à chaque composante énergétique extraite Emj, 0 Sj <64, selon un algorithme d'estimation utilisant un tel principe. En fonction de ces 65 rapports signal sur bruit SNRj, le circuit 12 calcule pour chacun d'eux, un gain Gj, prenant par exemple une valeur comprise sensiblement entre 0 et 1, qui est directement lié au rapport signal sur bruit SNRj pour la composante fréquentielle correspondante. Pour une composante énergétique fréquentielle donnée Emj, plus le rapport SNRj du signal de parole bruité s(nT) sur signal de bruit est élevé, plus le gain Gj est faible, et plus le rapport SNRj du signal de parole bruité sur le signal de bruit est faible, plus le gain Gj est élevé. Ainsi est atténuée la composante de signal de bruit pour chaque composante énergétique fréquentielle Emj. Ces gains Gj sont tels que la pondération des composantes énergétiques Emj respectivement par ces gains donnerait un spectre discret de composantes .. ,~j 2161575 énergétiques fréquentielles pondérées, qui serait représentatif du signal de parole bruité s(nT) dans lequel le signal de bruit est sensiblement supprimé.
, Une sortie du circuit 12 produisant les gains Gj est appliquée à une entrée du circuit de synthèse des coefficients de filtrage 13. Ce circuit 13 comprend un premier circuit (non représenté) de duplication des 65 gains calculés Gj, en conformité avec l'équation donnée en (1). Ce circuit reçoit 65 gains, notés G0, G1,..,G64, et produit 128 gains pouvant s'écrire sous la forme d'un groupe de gains Gj, j compris entre 0 et 127, tel que suit:
Gj= { GO, G1, .., Gg3, G64. G65=G63, ... G127=G1 }
Un second circuit (non représenté) dans le circuit de synthèse 13, sous la forme d'une Transformée de Fourier Inverse TFD-1, synthétise 128 coefficients C(nT) du filtre 14 par transformée de Fourier inverse des 128 gains Gj. Ces coefficients notés C(nT), au nombre de 128, sont appliquées à une première entrée de commande du filtre 14, typiquement filtre FIR. Une seconde entrée du filtre 14 reçoit le signal de parole bruité s(nT). Le filtre 14 opère une convolution des coefficients C(nT) avec les 128 échantillons de la trame T(n), en une trame débruitée de 128 échantillons formant partie du signal de parole débruité s*(nT). Le procédé résultant du dispositif décrit ci-dessus est naturellement "adaptatif" en ce sens que les coefficients C(nT) appliqués à l'entrée de commande du filtre FIR 14 sont modifiés pour chaque trame T(n), de rang n donné, en fonction des traitements 10, 11, 12 et 13 des échantillons formant le signal de parole à traiter.
En résumé de ce qui précède, la caractéristique principale du procédé de suppression de bruit selon l'invention est d'utiliser, d'une part, un traitement fréquentiel numérique 100 du signal de parole bruité, pour produire des coefficients temporels de filtrage C(nT), et, d'autre part, un traitement temporel numérique 14 du signal de parole bruité s(nT) en fonction des coefficients de .. ~
filtrage C(nT), pour produire un signal de parole s*(nT) dans lequel le signal de bruit est sensiblement supprimé.
En référence à la figure 3, un système combiné de suppression de bruit et d'annulation d'écho selon une première variante de l'invention qui est inclus dans un terminal, typiquement un radiotéléphone main-libre, comprend un microphone 2, un haut parleur 4, un dispositif de suppression de bruit selon l'invention 1, tel que décrit précédemment, un circuit de traitement temporel 14' et un annuleur d'écho 3. Le dispositif de suppression de bruit 1 est identique au dispositif montré à la figure 1, et comprend principalement une unité de traitement fréquentiel 100 et un circuit de traitement temporel 14. L'annuleur d'écho est formé d'un soustracteur 30 et d'un circuit 31 qui produit un signal d'écho estimé. Le microphone 2 reçoit un signal de parole à transmettre [s(t)+e(t)] formé d'un signal de parole sonore bruité s(t) additionné à un signal d'écho e(t). Ce signal d'écho résulte du couplage acoustique entre les haut-parleur 4 et microphone 2. Le dispositif de suppression de bruit 1 traite, tel que décrit précédemment, le signal de parole à transmettre en un signal de parole transmis débruité [s*(nT)+e*(nT)] qui est appliqué à une première entrée du soustracteur 30 dont une seconde entrée reçoit la sortie du circuit 31. Un signal de parole reçu r(t) en provenance d'un terminal distant est appliqué, d'une part à une entrée du haut-parleur, et, d'autre part, à une entrée du circuit 31 à travers le circuit de traitement temporel 14' précédé par un échantillonneur 14a'. Selon une caractéristique importante de l'invention, le circuit de traitement temporel 14' est à chaque instant strictement similaire au circuit de traitement temporel 14 dans le dispositif de suppression de bruit 1 (FIG.1). Cette caractéristique se base sur le fait que l'écho estimé du signal reçu r(t) produit par le circuit 31 est à soustraire, dans le soustracteur 30, au signal d'écho traité par suppression de bruit e*(nT) dans le circuit 1 et non au ._ ~
signal d'écho original e(nT). Ce circuit 14' est donc une duplication pure et simple du circuit de traitement temporel 14 dans le dispositif 1, comme indiqué par la flèche en trait discontinu à deux extrémités dans la figure 3. Le circuit de traitement temporel 14' est donc associé à chaque instant aux mêmes 128 coefficients de filtrage C(nT) que le circuit 14 dans le dispositif 1. Il traite le signal de parole reçu r(t) en un signal de parole reçu débruité
r*(nT). Ce traitement résulte de la convolution, par cycle de 128, des coefficients C(nT) et des échantillons r(nT) du signal reçu r(t). Le circuit 31 produit un signal d'estimation ê*(nT) du signal d'écho débruité e*(nT) à
partir du signal de parole reçu débruité r*(nT) et de coefficients d'annulation d'écho w(nT). En sortie du soustracteur 30 est donc produit un signal de différence [s*(nT)+e*(nT)-ê*(nT)] dans lequel le signal d'écho est sensiblement supprimé. Les coefficients d'annulation d'écho w(nT) sont obtenus à partir de ce signal de différence.
En référence à la figure 4, un système combiné de suppression de bruit et d'annulation d'écho selon une seconde variante de l'invention comprend un microphone 2, un haut parleur 4, un annuleur d'écho 3, une unité de traitement fréquentiel 100, un circuit de traitement temporel 14 et un échantillonneur 5. Les unité 100 et circuit 14 sont identiques à ceux décrits dans la figure 1.
L'annuleur d'écho 3 est formé d'un soustracteur 30 et d'un circuit 31 qui produit un signal d'écho estimé ê(nT). Le microphone 2 reçoit un signal de parole transmis [s(t)+e(t)]
formé d'un signal de parole sonore bruité s(t) additionné à
un signal d'écho e(t). Ce signal d'écho résulte du couplage acoustique entre les haut-parleur 4 et microphone 2. Le signal de parole transmis [s(t)+e(t)] est échantillonné dans l'échantillonneur 5 en le signal [s(nT)+e(nT)]. Ce signal échantillonné est appliqué, d'une part, à une entrée de l'unité 100, et, d'autre part, à une entrée du circuit 14 à
travers le soustractèur 30. Un signal de parole reçu en .. ~
provenance d'un terminal distant r(t) est appliqué, d'une part, à une entrée du circuit 31, et, d'autre part, à une entrée du haut-parleur 4. Le circuit 31, recevant le signal r(t), produit en réponse un signal d'écho estimé ê(nT) appliqué à une première entrée du soustracteur 30 dont une seconde entrée reçoit le signal de parole transmis [s(nT)+e(nT)]. En sortie du soustracteur 30, est produit un signal de différence [s(nT)+e(nT)-é(nT)] appliqué au circuit 14. Selon cette variante, d'une part les traitements 10 fréquentiels mis en oeuvre dans l'unité 100 s'opèrent sur le signal de parole transmis [s(nT)+e(nT)], et d'autre part le' traitement temporel dans le circuit 14, à partir des coefficients C(nT) produits par l'unité 100, s'opère sur le signal de différence, ou signal de parole transmis traité
par annulation d'écho, [s(nT)+e(nT)-é(nT)]. Cette variante évite de "dupliquer" le circuit 14 dans la branche incluant le circuit 31, comme représenté par la flèche en trait discontinu dans la figure 3 pour la variante précédente.
Selon l'étape 103, il est opéré un calcul de la moyenne énergétique de chaque triplet de K=3 composantes fréquentielles de même rang j dans les K=3 groupes de composantes fréquentielles sélectionnées et décimées E(1)j, E(2) j et E( 3) j, l'indice j variant de 0 à 64, pour produire 65 composantes énergétiques moyennées Emj, j variant de 0 à
64. Ce calcul comprend l'élévation au carré du module de chaque composante fréquentielle de même rang j dans les K=3 groupes de composantes sélectionnées et décimées, en K=3 composantes énergétiques, puis la moyenne de ces K=3 composantes énergétiques.
Ainsi le dispositif 10 extrait pour un cycle relatif à une trame T(n) de traitement du signal de parole bruité
s(nT), 65 composantes énergétiques Emj, chacune représentative d'une énergie, ou puissance, du signal de parole bruité s(nT) pour la fréquence, ou bande de fréquence, considérée. Il est à noter que toutes les étapes 100, 101 et 102 décrites relativement à la figure 2, bien qu'améliorant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, peuvent être réduites à une seule étape consistant en l'application d'une unique transformée de Fourier FFT aux M = 128 échantillons de la trame T(n) retenue pour le cycle de traitement considéré. En outre, l'étape de sélection 101 peut ou bien être opérée ou bien ne pas être opérée, et cela directement sur les composantes fréquentielles résultant du(des) traitement(s) FFT.
En revenant à la figure 1, les 65 composantes énergétiques Emj, 0 Sj 564, sont appliquées à une entrée du circuit d'estimation de rapport signal sur bruit 11. Pour chacune de ces 65 composantes énergétiques extraites Emj, le circuit 11 estime un rapport de signal sur bruit SNRj entre le signal de parole bruité s(nT) et un signal de bruit inclus dans ce signal de parole bruité, pour la composante énergétique considérée Emj. Un tel rapport signal sur bruit est donné par:
SNRj n= Emj n/ Bj n (2) dans laquelle l'exposant n repère le cycle de traitement relatif à la trame T(n) de rang n et Bj dénote .. ~
une composante d'énergie de bruit dans la composante énergétique Emj de rang j.
En pratique, une telle estimation du rapport signal sur bruit se base sur le calcul de la composante d'énergie de bruit estimée dans chaque composante énergétique donnée.
Elle utilise par exemple le rapport entre la composante énergétique Emjn extraite et la composante énergétique de bruit Bjn-1 calculée précédemment au cours d'un cycle de traitement ayant précédé le cycle considéré de traitement de suppression de signal de bruit dans la trame T(n). Plus ce rapport est élevé, plus il traduit l'existence d'un signal de parole pour la composante énergétique fréquentielle Emjn considérée, auquel cas la composante de bruit Bi (n-1) calculée relativement à la composante énergétique Emj(n-1) pour le rang (n-1) est maintenue en la composante de bruit Bjn . Plus ce rapport est faible, plus il traduit le fait que la composante énergétique se résume à un signal de bruit, auquel cas la composante de bruit Bjn varie par calcul en conséquence. Le circuit 11 attribue un rapport signal sur bruit SNRj, 0 Sj <_64, à chaque composante énergétique extraite Emj, 0 Sj <64, selon un algorithme d'estimation utilisant un tel principe. En fonction de ces 65 rapports signal sur bruit SNRj, le circuit 12 calcule pour chacun d'eux, un gain Gj, prenant par exemple une valeur comprise sensiblement entre 0 et 1, qui est directement lié au rapport signal sur bruit SNRj pour la composante fréquentielle correspondante. Pour une composante énergétique fréquentielle donnée Emj, plus le rapport SNRj du signal de parole bruité s(nT) sur signal de bruit est élevé, plus le gain Gj est faible, et plus le rapport SNRj du signal de parole bruité sur le signal de bruit est faible, plus le gain Gj est élevé. Ainsi est atténuée la composante de signal de bruit pour chaque composante énergétique fréquentielle Emj. Ces gains Gj sont tels que la pondération des composantes énergétiques Emj respectivement par ces gains donnerait un spectre discret de composantes .. ,~j 2161575 énergétiques fréquentielles pondérées, qui serait représentatif du signal de parole bruité s(nT) dans lequel le signal de bruit est sensiblement supprimé.
, Une sortie du circuit 12 produisant les gains Gj est appliquée à une entrée du circuit de synthèse des coefficients de filtrage 13. Ce circuit 13 comprend un premier circuit (non représenté) de duplication des 65 gains calculés Gj, en conformité avec l'équation donnée en (1). Ce circuit reçoit 65 gains, notés G0, G1,..,G64, et produit 128 gains pouvant s'écrire sous la forme d'un groupe de gains Gj, j compris entre 0 et 127, tel que suit:
Gj= { GO, G1, .., Gg3, G64. G65=G63, ... G127=G1 }
Un second circuit (non représenté) dans le circuit de synthèse 13, sous la forme d'une Transformée de Fourier Inverse TFD-1, synthétise 128 coefficients C(nT) du filtre 14 par transformée de Fourier inverse des 128 gains Gj. Ces coefficients notés C(nT), au nombre de 128, sont appliquées à une première entrée de commande du filtre 14, typiquement filtre FIR. Une seconde entrée du filtre 14 reçoit le signal de parole bruité s(nT). Le filtre 14 opère une convolution des coefficients C(nT) avec les 128 échantillons de la trame T(n), en une trame débruitée de 128 échantillons formant partie du signal de parole débruité s*(nT). Le procédé résultant du dispositif décrit ci-dessus est naturellement "adaptatif" en ce sens que les coefficients C(nT) appliqués à l'entrée de commande du filtre FIR 14 sont modifiés pour chaque trame T(n), de rang n donné, en fonction des traitements 10, 11, 12 et 13 des échantillons formant le signal de parole à traiter.
En résumé de ce qui précède, la caractéristique principale du procédé de suppression de bruit selon l'invention est d'utiliser, d'une part, un traitement fréquentiel numérique 100 du signal de parole bruité, pour produire des coefficients temporels de filtrage C(nT), et, d'autre part, un traitement temporel numérique 14 du signal de parole bruité s(nT) en fonction des coefficients de .. ~
filtrage C(nT), pour produire un signal de parole s*(nT) dans lequel le signal de bruit est sensiblement supprimé.
En référence à la figure 3, un système combiné de suppression de bruit et d'annulation d'écho selon une première variante de l'invention qui est inclus dans un terminal, typiquement un radiotéléphone main-libre, comprend un microphone 2, un haut parleur 4, un dispositif de suppression de bruit selon l'invention 1, tel que décrit précédemment, un circuit de traitement temporel 14' et un annuleur d'écho 3. Le dispositif de suppression de bruit 1 est identique au dispositif montré à la figure 1, et comprend principalement une unité de traitement fréquentiel 100 et un circuit de traitement temporel 14. L'annuleur d'écho est formé d'un soustracteur 30 et d'un circuit 31 qui produit un signal d'écho estimé. Le microphone 2 reçoit un signal de parole à transmettre [s(t)+e(t)] formé d'un signal de parole sonore bruité s(t) additionné à un signal d'écho e(t). Ce signal d'écho résulte du couplage acoustique entre les haut-parleur 4 et microphone 2. Le dispositif de suppression de bruit 1 traite, tel que décrit précédemment, le signal de parole à transmettre en un signal de parole transmis débruité [s*(nT)+e*(nT)] qui est appliqué à une première entrée du soustracteur 30 dont une seconde entrée reçoit la sortie du circuit 31. Un signal de parole reçu r(t) en provenance d'un terminal distant est appliqué, d'une part à une entrée du haut-parleur, et, d'autre part, à une entrée du circuit 31 à travers le circuit de traitement temporel 14' précédé par un échantillonneur 14a'. Selon une caractéristique importante de l'invention, le circuit de traitement temporel 14' est à chaque instant strictement similaire au circuit de traitement temporel 14 dans le dispositif de suppression de bruit 1 (FIG.1). Cette caractéristique se base sur le fait que l'écho estimé du signal reçu r(t) produit par le circuit 31 est à soustraire, dans le soustracteur 30, au signal d'écho traité par suppression de bruit e*(nT) dans le circuit 1 et non au ._ ~
signal d'écho original e(nT). Ce circuit 14' est donc une duplication pure et simple du circuit de traitement temporel 14 dans le dispositif 1, comme indiqué par la flèche en trait discontinu à deux extrémités dans la figure 3. Le circuit de traitement temporel 14' est donc associé à chaque instant aux mêmes 128 coefficients de filtrage C(nT) que le circuit 14 dans le dispositif 1. Il traite le signal de parole reçu r(t) en un signal de parole reçu débruité
r*(nT). Ce traitement résulte de la convolution, par cycle de 128, des coefficients C(nT) et des échantillons r(nT) du signal reçu r(t). Le circuit 31 produit un signal d'estimation ê*(nT) du signal d'écho débruité e*(nT) à
partir du signal de parole reçu débruité r*(nT) et de coefficients d'annulation d'écho w(nT). En sortie du soustracteur 30 est donc produit un signal de différence [s*(nT)+e*(nT)-ê*(nT)] dans lequel le signal d'écho est sensiblement supprimé. Les coefficients d'annulation d'écho w(nT) sont obtenus à partir de ce signal de différence.
En référence à la figure 4, un système combiné de suppression de bruit et d'annulation d'écho selon une seconde variante de l'invention comprend un microphone 2, un haut parleur 4, un annuleur d'écho 3, une unité de traitement fréquentiel 100, un circuit de traitement temporel 14 et un échantillonneur 5. Les unité 100 et circuit 14 sont identiques à ceux décrits dans la figure 1.
L'annuleur d'écho 3 est formé d'un soustracteur 30 et d'un circuit 31 qui produit un signal d'écho estimé ê(nT). Le microphone 2 reçoit un signal de parole transmis [s(t)+e(t)]
formé d'un signal de parole sonore bruité s(t) additionné à
un signal d'écho e(t). Ce signal d'écho résulte du couplage acoustique entre les haut-parleur 4 et microphone 2. Le signal de parole transmis [s(t)+e(t)] est échantillonné dans l'échantillonneur 5 en le signal [s(nT)+e(nT)]. Ce signal échantillonné est appliqué, d'une part, à une entrée de l'unité 100, et, d'autre part, à une entrée du circuit 14 à
travers le soustractèur 30. Un signal de parole reçu en .. ~
provenance d'un terminal distant r(t) est appliqué, d'une part, à une entrée du circuit 31, et, d'autre part, à une entrée du haut-parleur 4. Le circuit 31, recevant le signal r(t), produit en réponse un signal d'écho estimé ê(nT) appliqué à une première entrée du soustracteur 30 dont une seconde entrée reçoit le signal de parole transmis [s(nT)+e(nT)]. En sortie du soustracteur 30, est produit un signal de différence [s(nT)+e(nT)-é(nT)] appliqué au circuit 14. Selon cette variante, d'une part les traitements 10 fréquentiels mis en oeuvre dans l'unité 100 s'opèrent sur le signal de parole transmis [s(nT)+e(nT)], et d'autre part le' traitement temporel dans le circuit 14, à partir des coefficients C(nT) produits par l'unité 100, s'opère sur le signal de différence, ou signal de parole transmis traité
par annulation d'écho, [s(nT)+e(nT)-é(nT)]. Cette variante évite de "dupliquer" le circuit 14 dans la branche incluant le circuit 31, comme représenté par la flèche en trait discontinu dans la figure 3 pour la variante précédente.
Claims (8)
1 - Procédé de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole bruité (s(nT)) qui est échantillonné, caractérisé par les étapes de :
- traitement fréquentiel numérique (100) dudit signal de parole bruité, pour produire des coefficients temporels de filtrage (C(nT)), et - traitement temporel numérique (14) dudit signal de parole bruité (s(nT)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en un signal de parole (s*(nT)) dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
- traitement fréquentiel numérique (100) dudit signal de parole bruité, pour produire des coefficients temporels de filtrage (C(nT)), et - traitement temporel numérique (14) dudit signal de parole bruité (s(nT)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en un signal de parole (s*(nT)) dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
2 - Procédé de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole bruité conforme à la revendication 1, caractérisé, pour un cycle de traitement donné, par les étapes de traitement fréquentiel numérique de:
- extraction (10) d'une pluralité de composantes énergétiques fréquentielles (Em j) dans ledit signal de parole bruité (s(nT)), - estimation (11), pour chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, d'un rapport (SNR j) entre un niveau d'énergie du signal de parole bruité (s(nT)) et un niveau d'énergie du signal de bruit, - détermination (12) d'un gain (G j) respectif pour ladite chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites (Em j), en fonction dudit rapport (SNR j) estimé
entre le niveau d'énergie du signal de parole bruité (s(nT)) et le niveau d'énergie du signal de bruit pour ladite chacune sélectionnée des composantes fréquentielles, et - synthèse (13) desdits coefficients de filtrage (C(nT)) en fonction desdits gains (G j).
- extraction (10) d'une pluralité de composantes énergétiques fréquentielles (Em j) dans ledit signal de parole bruité (s(nT)), - estimation (11), pour chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, d'un rapport (SNR j) entre un niveau d'énergie du signal de parole bruité (s(nT)) et un niveau d'énergie du signal de bruit, - détermination (12) d'un gain (G j) respectif pour ladite chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites (Em j), en fonction dudit rapport (SNR j) estimé
entre le niveau d'énergie du signal de parole bruité (s(nT)) et le niveau d'énergie du signal de bruit pour ladite chacune sélectionnée des composantes fréquentielles, et - synthèse (13) desdits coefficients de filtrage (C(nT)) en fonction desdits gains (G j).
3 - Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que ladite étape d'extraction de composantes énergétiques fréquentielles comprend les sous-étapes de - production (100a, 100b, 100c) de K groupes comprenant chacun une pluralité de composantes fréquentielles (E (1) i, E( 2) i, E( 3) i), respectivement pour K
blocs (B(1), B(2), B(3)) entrelacés du signal de parole bruité (s (nT) ), avec K entier, et - calcul (103) d'une moyenne énergétique de K
composantes fréquentielles de même rang (j) respectivement dans les K groupes, en l'une respective des composantes énergétiques fréquentielles extraites.
blocs (B(1), B(2), B(3)) entrelacés du signal de parole bruité (s (nT) ), avec K entier, et - calcul (103) d'une moyenne énergétique de K
composantes fréquentielles de même rang (j) respectivement dans les K groupes, en l'une respective des composantes énergétiques fréquentielles extraites.
4 - Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé
en ce que ladite étape de calcul (103) est précédée, pour chacun des K groupes de composantes fréquentielles, par une étape de sélection (101) d'une partie des composantes fréquentielles ayant des rangs prédéterminés respectifs dans ledit chacun des groupes (E (1)i, E(2)i, E(3)i), ladite partie sélectionnée présentant un caractère de symétrie par rapport au complémentaire de cette partie parmi la pluralité
des composantes fréquentielles extraites.
en ce que ladite étape de calcul (103) est précédée, pour chacun des K groupes de composantes fréquentielles, par une étape de sélection (101) d'une partie des composantes fréquentielles ayant des rangs prédéterminés respectifs dans ledit chacun des groupes (E (1)i, E(2)i, E(3)i), ladite partie sélectionnée présentant un caractère de symétrie par rapport au complémentaire de cette partie parmi la pluralité
des composantes fréquentielles extraites.
- Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdites étapes de production (100a, 100b, 100c) et de synthèse (13) sont mises en oeuvre respectivement au moyen de Transformée de Fourier Rapide et Transformée de Fourier Inverse.
6 Dispositif (1) de suppression d'un signal de bruit dans un signal de parole bruité (s(nT)) qui est échantillonné, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chacun de cycles de traitement successifs,:
- des moyens (10) pour extraire une pluralité de composantes énergétiques fréquentielles (Em j) dans ledit signal de parole bruité (s(nT)), - des moyens (11) pour estimer, pour chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, un rapport (SNR j) entre un niveau d'énergie du signal de parole bruité (s(nT)) et un niveau d'énergie de signal de bruit, - des moyens pour déterminer (12) un gain (G j) respectif pour ladite chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites (Em j), en fonction dudit rapport (SNR j) estimé entre le niveau d'énergie du signal de parole bruité (s(nT)) et le niveau d'énergie du signal de bruit pour ladite chacune sélectionnée des composantes fréquentielles, - des moyens (13) pour synthétiser lesdits coefficients de filtrage (C(nT)) en fonction desdits gains (G j), et - des moyens de filtrage temporel (14) dudit signal de parole bruité (s(nT)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en un signal de parole (s(nT)) dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
- des moyens (10) pour extraire une pluralité de composantes énergétiques fréquentielles (Em j) dans ledit signal de parole bruité (s(nT)), - des moyens (11) pour estimer, pour chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites, un rapport (SNR j) entre un niveau d'énergie du signal de parole bruité (s(nT)) et un niveau d'énergie de signal de bruit, - des moyens pour déterminer (12) un gain (G j) respectif pour ladite chacune des composantes énergétiques fréquentielles extraites (Em j), en fonction dudit rapport (SNR j) estimé entre le niveau d'énergie du signal de parole bruité (s(nT)) et le niveau d'énergie du signal de bruit pour ladite chacune sélectionnée des composantes fréquentielles, - des moyens (13) pour synthétiser lesdits coefficients de filtrage (C(nT)) en fonction desdits gains (G j), et - des moyens de filtrage temporel (14) dudit signal de parole bruité (s(nT)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en un signal de parole (s(nT)) dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
7 - Système combiné d'annulation d'écho (3) et de suppression de bruit (1), comprenant - un dispositif de suppression de bruit (1) pour supprimer un signal de bruit dans un signal de parole à
transmettre (s(nT)+e(nT)), en un signal de parole débruité, - un annuleur d'écho (3) comprenant un premier moyen (31) pour produire un signal d'écho estimé (ê*(t)) en fonction d'un signal de parole donné (r*(nT)) et d'un signal de différence (s*(nT)+e*(nT)-ê*(nT)), et un second moyen (30) pour soustraire ledit signal d'écho estimé (ê*(t)) audit signal de parole débruité (s*(nT)+e*(nT)), en ledit signal de différence (s* (nT) +e* (nT) -ê*(nT)), caractérisé en ce que ledit dispositif de suppression de bruit est sous la forme de:
- un moyen de traitement fréquentiel numérique (100) dudit signal de parole à transmettre, pour produire des coefficients temporels de filtrage (C(nT)), et - un premier moyen de traitement temporel numérique (14) pour traiter ledit signal de parole à transmettre (s(nT)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en ledit signal de parole débruité (s*(nT)+e*(nT)) dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé, et en ce que ledit système comprend en outre:
- un second moyen de traitement temporel numérique (14'), strictement similaire audit premier moyen de traitement temporel (14), pour traiter un signal de parole reçu d'un terminal distant (r(t)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en ledit signal de parole donné (r* (nT)).
transmettre (s(nT)+e(nT)), en un signal de parole débruité, - un annuleur d'écho (3) comprenant un premier moyen (31) pour produire un signal d'écho estimé (ê*(t)) en fonction d'un signal de parole donné (r*(nT)) et d'un signal de différence (s*(nT)+e*(nT)-ê*(nT)), et un second moyen (30) pour soustraire ledit signal d'écho estimé (ê*(t)) audit signal de parole débruité (s*(nT)+e*(nT)), en ledit signal de différence (s* (nT) +e* (nT) -ê*(nT)), caractérisé en ce que ledit dispositif de suppression de bruit est sous la forme de:
- un moyen de traitement fréquentiel numérique (100) dudit signal de parole à transmettre, pour produire des coefficients temporels de filtrage (C(nT)), et - un premier moyen de traitement temporel numérique (14) pour traiter ledit signal de parole à transmettre (s(nT)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en ledit signal de parole débruité (s*(nT)+e*(nT)) dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé, et en ce que ledit système comprend en outre:
- un second moyen de traitement temporel numérique (14'), strictement similaire audit premier moyen de traitement temporel (14), pour traiter un signal de parole reçu d'un terminal distant (r(t)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en ledit signal de parole donné (r* (nT)).
8- Système combiné d'annulation d'écho (3) et de suppression de bruit (1) dans un signal de parole à
transmettre (s(nT)+e(nT)), comprenant - un annuleur d'écho (3) comprenant un premier moyen (31) pour produire un signal d'écho estimé (ê(t)) en fonction d'un signal de parole (r(t)) reçu d'un terminal distant et d'un signal de différence (s(nT)+e(nT)-ê(nT)), et un second moyen (30) pour soustraire ledit signal d'écho estimé (ê(t)) à un signal de parole à transmettre (s(nT)+e(nT)), en ledit signal de différence (s(nT)+e(nT)-ê(nT)), caractérisé en ce qu'il comprend:
- un dispositif de suppression de bruit (1) pour supprimer un signal de bruit dans le signal de différence (s(nT)+e(nT)-ê(nT)), en un signal de parole débruité
(s*(nT)+e*(nT)-ê*(nT)), ledit dispositif de suppression de bruit étant sous la forme de:
- un moyen de traitement fréquentiel numérique (100) pour traiter ledit signal de parole à transmettre (s(nT)+e(nT)), afin de produire des coefficients temporels de filtrage (C(nT)), et - un moyen de traitement temporel numérique (14) pour traiter ledit signal de différence (s(nT)+e(nT)-ê(nT)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en un signal de parole débruité (s*(nT)+e*(nT)-ê*(nT)) dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
transmettre (s(nT)+e(nT)), comprenant - un annuleur d'écho (3) comprenant un premier moyen (31) pour produire un signal d'écho estimé (ê(t)) en fonction d'un signal de parole (r(t)) reçu d'un terminal distant et d'un signal de différence (s(nT)+e(nT)-ê(nT)), et un second moyen (30) pour soustraire ledit signal d'écho estimé (ê(t)) à un signal de parole à transmettre (s(nT)+e(nT)), en ledit signal de différence (s(nT)+e(nT)-ê(nT)), caractérisé en ce qu'il comprend:
- un dispositif de suppression de bruit (1) pour supprimer un signal de bruit dans le signal de différence (s(nT)+e(nT)-ê(nT)), en un signal de parole débruité
(s*(nT)+e*(nT)-ê*(nT)), ledit dispositif de suppression de bruit étant sous la forme de:
- un moyen de traitement fréquentiel numérique (100) pour traiter ledit signal de parole à transmettre (s(nT)+e(nT)), afin de produire des coefficients temporels de filtrage (C(nT)), et - un moyen de traitement temporel numérique (14) pour traiter ledit signal de différence (s(nT)+e(nT)-ê(nT)) en fonction desdits coefficients de filtrage (C(nT)), en un signal de parole débruité (s*(nT)+e*(nT)-ê*(nT)) dans lequel ledit signal de bruit est sensiblement supprimé.
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| FZDE | Discontinued |
Effective date: 20011029 |