EP0620546B1 - Energy detection procedure for noisy signals - Google Patents

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EP0620546B1
EP0620546B1 EP94400779A EP94400779A EP0620546B1 EP 0620546 B1 EP0620546 B1 EP 0620546B1 EP 94400779 A EP94400779 A EP 94400779A EP 94400779 A EP94400779 A EP 94400779A EP 0620546 B1 EP0620546 B1 EP 0620546B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
noise
frames
class
energies
probability
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP94400779A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0620546A2 (en
EP0620546A3 (en
Inventor
Dominique Pastor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales Avionics SAS
Original Assignee
Thales Avionics SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales Avionics SAS filed Critical Thales Avionics SAS
Publication of EP0620546A2 publication Critical patent/EP0620546A2/en
Publication of EP0620546A3 publication Critical patent/EP0620546A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0620546B1 publication Critical patent/EP0620546B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L25/00Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00
    • G10L25/78Detection of presence or absence of voice signals

Definitions

  • the present invention relates to a method of energetic detection of signals embedded in noise.
  • the present invention is in the case where there is no model capable of allowing direct application of the theory of detection. It is assumed to be in the presence of background noise, and from time to time an "anomaly" occurs, which, depending on the context, may in fact represent a signal that it would be desirable to detect.
  • EP-A-518742 discloses a method for detecting a noisy useful signal, but this assumes that the expected signal / noise ratio and the measurement of the estimated noise alone are known.
  • the subject of the present invention is a method for the energetic detection of useful signals embedded in noise, a method which essentially implements rigorous means without practically using heuristics, and which is optimized, that is to say which allows to detect practically all useful signals drowned in noise, even intense, with the lowest possible rate of false detections.
  • the method according to the invention for energetic detection of useful signals in the presence of noise is a method comprising a preclassification step followed by a detection step, said preclassification step consisting, from a set of samples d '' a noisy signal grouped in successive frames, to be decided according to the ratios of the energies of the successive frames with each other, the decision being effectively based on the calculation of a distance which is the absolute value of the difference in the logarithms of the two energies, and on the comparison of this distance with an optimal threshold (Log s) so as to classify in a first class "noise only" at least some of the frames probably belonging to this class; said detection step consisting in detecting for the other frames, those having a sufficiently high energy compared to a reference energy (Eo) calculated from the energies of the "noise only" frames identified during the step of pre-classification of so that these detected frames have a high probability of belonging to a second class "noise + useful signal".
  • a reference energy Eo
  • the method of the invention assumes that when the useful signal is present, the energy of the observed signal belongs to a certain class denoted C 1 , and that when the useful signal is absent, the observed energy belongs to a class denoted C 2 .
  • One of the new characteristics of the present invention is to be able to demonstrate such energies of class C 2 (therefore noise energies alone), then used so as to optimize the detection of energies of class C 1 (therefore d energies revealing the presence of useful signal), by an optimized process.
  • the method of the invention is characterized by the use of new theoretical tools for signal processing and statistics. Thus, it calls upon a model of the statistical laws which follow the energies of the signals, that of the Positive Gaussian Random Variables (VAGP) described below. We then use an original property concerning the ratio of two VAGPs.
  • VAGP Positive Gaussian Random Variables
  • VAGP Gaussian Random Variables
  • X can be considered positive.
  • Pr ⁇ X ⁇ 0 ⁇ F (-m / ⁇ ) for X ⁇ N (m, ⁇ 2 ).
  • m / ⁇
  • Tr (C x, N 2) ⁇ 0 ⁇ i ⁇ N-1,0 ⁇ j ⁇ N-1 ⁇ x (ij) 2
  • ⁇ x (i) is the correlation function of the process.
  • This variable will be a positive Gaussian variable if the correlation function allows it. There are special interesting cases described below, allowing access to this autocorrelation function.
  • H (f) U [-f0-B / 2, -f0 + B / 2] (f) + U [f0-B / 2, f0 + B / 2] (f), where U denotes the characteristic function of the interval in index and f 0 the central frequency of the filter.
  • Tr (C x, N 2) ⁇ x (0) 2 ⁇ 0 ⁇ i ⁇ N-1.0 ⁇ j ⁇ N-1 g f0, B, Te (ij) 2.
  • This variable is a positive Gaussian random variable.
  • X X 1 / X 2
  • X 1 and X 2 are both Gaussian, independent, such as: X 1 ⁇ N (m 1 ; ⁇ 1 2 ) and X 2 ⁇ N (m 2 ; ⁇ 2 2 ).
  • m m 1 / m 2
  • ⁇ 1 m 1 / ⁇ 1
  • ⁇ 2 m 2 / ⁇ 2 .
  • VAGP couples characterized by the parameters ⁇ 1 , ⁇ 2 and m
  • the energies U i are assumed to be independent from each other.
  • the pre-classification stage seeks to highlight only a few energies, which are probably energies of class C 2 . This step uses the concepts presented below.
  • a Neyman-Pearson type approach is used. We will say that there is detection if we take the decision D 1 , that is to say if we decide that the two random variables are of the same class.
  • the Neyman-Pearson criterion consists in minimizing P nd when P fa is fixed (or vice versa). This type of criterion applies when one error is much more serious than the other.
  • the noise confirmation method provides a number of frames which can be considered as noise with very high probability.
  • One computes, from the data of the temporal samples, an autoregressive model of the noise. If x (n) designates the noise samples, we model x (n) according to: x ( n ) ⁇ 1 ⁇ i ⁇ p a i x ( n - i ) + e ( n ), where p is the order of the model, the a i are the coefficients of the model to be determined and e (n) is the modeling noise, assumed to be white and Gaussian if we follow a maximum likelihood approach.
  • the rejector filter H (z) whitens the signal, so that the signal at the output of this filter is a useful signal (filtered therefore distorted), added to a generally white and Gaussian noise.
  • Working on a bleached noise brings you closer to ideal hypotheses, especially when applying the detection process.
  • this bleaching is not compulsory and the detection process can be applied directly without going through this intermediary.
  • V represents the average value of the energies of the set ⁇
  • this variable is also a VAGP.
  • ⁇ V 1 , ..., V M ⁇
  • E o (1 / M) ⁇ 1 ⁇ i ⁇ M Vi ⁇ N ( m 2 , (1 / M ) ⁇ 2 2 ) since the V i are independent.
  • m m 1 / m 2
  • the detection rule will be of the form:
  • the threshold ⁇ is fixed to reach an a priori value of the probability of false alarm (or the probability of correct decision).
  • the optimal threshold is obtained for:
  • the pre-classification algorithm has highlighted a set ⁇ of frames almost certainly of the "noise" class.
  • the average of the energies of the frames of the set ⁇ makes it possible to obtain a reference value E o which will be used by the detection algorithm so as to classify the energies of the frames other than those of the set ⁇ as well as the new frames acquired later.
  • ⁇ x (k) ⁇ x (0) cos (2 ⁇ kf 0 T e ) sin vs ( ⁇ kBT e )
  • N / [2 ⁇ 0 ⁇ i ⁇ N-1.0 ⁇ j ⁇ N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ] 1/2
  • Hypothesis 3 The signals s (n) and x (n) are assumed to be independent.
  • class C 1 is defined as being the class of energies when the useful signal is present.
  • U ⁇ N ⁇ s 2 + ⁇ 0 ⁇ n ⁇ N-1 x (n) 2
  • hypothesis 4 if the energy N ⁇ s 2 + ⁇ 0 ⁇ n ⁇ N- is detected 1 x (n) 2 , we will also be able to detect the total energy U.
  • N ⁇ s 2 + ⁇ 0 ⁇ n ⁇ N-1 x (n) 2 ⁇ N (N ⁇ s 2 + N ⁇ x 2 , 2 ⁇ x 4 ⁇ 0 ⁇ i ⁇ N-1.0 ⁇ j ⁇ N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ).
  • C 2 is the class of energies corresponding to noise alone.
  • This transmitted signal is embedded in a background noise which is b (t), which is assumed to be white and Gaussian.
  • To detect the PN code is to detect s (n), therefore to detect a white Gaussian noise embedded in another white Gaussian noise.
  • V ⁇ 0 ⁇ n ⁇ M-1 x (n) 2 .
  • V ⁇ N M ⁇ x 2 ; 2M ⁇ x 4 ).
  • m (N / M) (1 + r)
  • ⁇ 1 (N / 2) 1/2
  • ⁇ 2 (M / 2) 1/2

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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Description

La présente invention se rapporte à un procédé de détection énergétique de signaux noyés dans du bruit.The present invention relates to a method of energetic detection of signals embedded in noise.

Lorsqu'on dispose d'un modèle du signal, des outils de détection de ce signal sont largement disponibles dans la littérature, les méthodes les plus connues étant basées sur la notion de filtre adapté et, plus généralement, sur la théorie de la décision en traitement du signal (P. Y. ARQUES, Collection Technique et Scientifique des Télécommunications, MASSON). Ces techniques président à l'élaboration des récepteurs cohérents et non cohérents en communications numériques (Principle of Coherent Communication A.J.VITERBI, MacGraw-Hill).When a signal model is available, tools for detecting this signal are widely available in the literature, the best known methods being based on the notion of adapted filter and, more generally, on the theory of decision in signal processing (PY ARQUES, Technical and Scientific Telecommunications Collection, MASSON). These techniques govern the development of coherent and non-coherent receivers in digital communications (Principle of Coherent Communication A.J. VITERBI, MacGraw-Hill).

Par contre, la présente invention se place dans le cas où l'on ne dispose pas de modèle susceptible de permettre l'application directe de la théorie de la détection. On suppose être en présence d'un bruit de fond, et de temps en temps se produit une "anomalie", qui, suivant le contexte, peut en fait représenter un signal qu'il serait souhaitable de détecter.By cons, the present invention is in the case where there is no model capable of allowing direct application of the theory of detection. It is assumed to be in the presence of background noise, and from time to time an "anomaly" occurs, which, depending on the context, may in fact represent a signal that it would be desirable to detect.

Des exemples de détection d'un signal dit "utile" dans un bruit se trouvent largement dans la littérature concernant la détection de la parole. En effet, le signal de parole, par sa grande variabilité, ne se prête pas à une modélisation efficace et un des moyens les plus naturels pour le détecter consiste à effectuer un seuillage énergétique.Examples of detection of a so-called "useful" signal in noise are widely found in the literature concerning speech detection. Indeed, the speech signal, by its great variability, does not lend itself to effective modeling and one of the most natural means to detect it consists in carrying out an energy thresholding.

Ainsi, beaucoup de recherches actuelles portent soit sur l'amplitude instantanée par référence à un seuil déterminé expérimentalement (La discrimination parole-bruit et ses applications V. PETIT, F. DUMONT Revue Technique THOMSON-CSF - Vol. 12 - N° 4 - Dec. 1980), soit sur un seuillage empirique de l'énergie ("Suppression of Acoustic Noise in Speech Using Spectral Substraction", S.F. BOLL, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol.ASSP-27, N°.2, April 1979), soit sur l'énergie du signal total sur une tranche temporelle de durée T, en seuillant, toujours expérimentalement, cette énergie à l'aide d'histogrammes locaux, par exemple ("Problème de détection des frontières de mots en présence de bruits additifs",.P.WACRENIER, Mémoire de D.E.A. de l'université de PARIS-SUD, Centre d'ORSAY). D'autres techniques sont présentées dans "A Study of Endpoint Detection Algorithms in Adverse Conditions : Incidence on a DTW and HMM Recognizer", J.C. JUNQUA, B. REAVES, B. MAK EUROSPEECH 1991.Thus, a lot of current research relates either to the instantaneous amplitude by reference to a threshold determined experimentally (Speech-noise discrimination and its applications V. PETIT, F. DUMONT Technical Review THOMSON-CSF - Vol. 12 - N ° 4 - Dec. 1980), or on an empirical thresholding of energy ("Suppression of Acoustic Noise in Speech Using Spectral Substraction", SF BOLL, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol.ASSP-27, N °. 2, April 1979), or on the energy of the total signal over a time slice of duration T, by thresholding, still experimentally, this energy using local histograms, for example ("Problem of detection of word boundaries in the presence of noise additives ",. P.WACRENIER, DEA thesis from the University of PARIS-SUD, Center d'ORSAY). Other techniques are presented in" A Study of Endpoint Detection Algorithms in Adverse Conditions: Incidence on a DTW and HMM Recognizer ", JC JUNQUA, B. REAVES, B. MAK EUROSPEECH 1991.

Dans toutes ces approches, une grande part est faite à l'heuristique, et peu d'outils théoriques puissants sont utilisés.In all of these approaches, much is made of heuristics, and few powerful theoretical tools are used.

Il faut rappeler les travaux présentés dans "Evaluation of Linear and Non-Linear Spectral Substraction Methods for Enhancing Noisy Speech", A. LE FLOC'H, R. SALAMI, B. MOUY and J-P. ADOUL, Proceedings of "Speech Processing in Adverse Conditions", ESCA WORKSHOP, CANNES-MANDELIEU, 10-13 November 1992, où toutes les énergies supérieures à un certain seuil expérimental sont considérées comme révélatrices de la présence de signal utile et où toutes les énergies inférieures à ce seuil sont considérées comme des énergies dues au bruit seul lorsque la distance usuelle (valeur absolue de leur différence) les séparant est inférieure à un seuil, expérimental lui aussi. Cependant dans ce document de Le Floc'h et al, les auteurs travaillent sur la notion de distances entre énergies, mais la distance utilisée est une simple valeur absolue de la différence des énergies et leurs travaux font grandement appel à l'heuristique.It should be recalled the work presented in "Evaluation of Linear and Non-Linear Spectral Substraction Methods for Enhancing Noisy Speech", A. LE FLOC'H, R. SALAMI, B. MOUY and J-P. ADOUL, Proceedings of "Speech Processing in Adverse Conditions", ESCA WORKSHOP, CANNES-MANDELIEU, 10-13 November 1992, where all the energies above a certain experimental threshold are considered as revealing the presence of useful signal and where all the energies below this threshold are considered as energies due to noise alone when the usual distance (absolute value of their difference) separating them is below a threshold, also experimental. However in this document by Le Floc'h et al, the authors work on the concept of distances between energies, but the distance used is a simple absolute value of the difference in energies and their work makes great use of heuristics.

On connaît d'après le document EP-A-518742 un procédé de détection de signal utile bruité, mais celui-ci suppose connu le rapport signal/bruit attendu et la mesure du bruit seul estimé.EP-A-518742 discloses a method for detecting a noisy useful signal, but this assumes that the expected signal / noise ratio and the measurement of the estimated noise alone are known.

La présente invention a pour objet un procédé de détection énergétique de signaux utiles noyés dans du bruit, procédé qui mette essentiellement en oeuvre des moyens rigoureux sans pratiquement faire appel à l'heuristique, et qui soit optimisé, c'est-à-dire qui permette de détecter pratiquement tous les signaux utiles noyés dans du bruit, même intense, avec le plus faible taux possible de fausses détections.The subject of the present invention is a method for the energetic detection of useful signals embedded in noise, a method which essentially implements rigorous means without practically using heuristics, and which is optimized, that is to say which allows to detect practically all useful signals drowned in noise, even intense, with the lowest possible rate of false detections.

Le procédé conforme à l'invention de détection énergétique de signaux utiles en présence de bruit, est un procédé comportant une étape de préclassification suivie d'une étape de détection, ladite étape de préclassification consistant, à partir d'un ensemble d'échantillons d'un signal bruité groupés en trames successives, à décider en fonction des rapports des énergies des trames successives les unes avec les autres, la décision étant effectivement basée sur le calcul d'une distance qui est la valeur absolue de la différence des logarithmes des deux énergies, et sur la comparaison de cette distance avec un seuil optimal (Log s) de manière à classer dans une première classe "bruit seul" au moins certaines des trames appartenant vraisemblablement à cette classe; ladite étape de détection consistant en la détection pour les autres trames, de celles présentant une énergie suffisamment élevée par rapport à une énergie de référence (Eo) calculée à partir des énergies des trames "bruit seul" identifiées lors de l'étape de préclassification de manière que ces trames détectées présentent une forte probabilité d'appartenance à une deuxième classe "bruit + signal utile".The method according to the invention for energetic detection of useful signals in the presence of noise, is a method comprising a preclassification step followed by a detection step, said preclassification step consisting, from a set of samples d '' a noisy signal grouped in successive frames, to be decided according to the ratios of the energies of the successive frames with each other, the decision being effectively based on the calculation of a distance which is the absolute value of the difference in the logarithms of the two energies, and on the comparison of this distance with an optimal threshold (Log s) so as to classify in a first class "noise only" at least some of the frames probably belonging to this class; said detection step consisting in detecting for the other frames, those having a sufficiently high energy compared to a reference energy (Eo) calculated from the energies of the "noise only" frames identified during the step of pre-classification of so that these detected frames have a high probability of belonging to a second class "noise + useful signal".

Le procédé de l'invention suppose que lorsque le signal utile est présent, l'énergie du signal observé appartient à une certaine classe notée C1, et que lorsque le signal utile est absent, l'énergie observée appartient à une classe notée C2. Une des caractéristiques nouvelles de la présente invention est de pouvoir mettre en évidence de telles énergies de la classe C2 (donc des énergies de bruit seul), utilisées alors de manière à optimiser la détection d'énergies de la classe C1 (donc d'énergies révélant la présence de signal utile), par un procédé optimisé.The method of the invention assumes that when the useful signal is present, the energy of the observed signal belongs to a certain class denoted C 1 , and that when the useful signal is absent, the observed energy belongs to a class denoted C 2 . One of the new characteristics of the present invention is to be able to demonstrate such energies of class C 2 (therefore noise energies alone), then used so as to optimize the detection of energies of class C 1 (therefore d energies revealing the presence of useful signal), by an optimized process.

On considère une distance entre énergies, mais la distance dont il est question dans l'invention, entre deux énergies U et V, n'est pas la distance usuelle |U-V| mais |Log(U/V)|, ce qui revient à considérer que deux énergies U et V sont proches l'une de l'autre lorsqu'on a 1/s < U/V < s, ce qui équivaut à |Log(U/V)| < Log(s). Cette distance et le seuillage qui lui est attaché sont très avantageux. En effet, considérons le cas où le signal utile s(n) et le bruit x(n) sont tous les deux blancs et gaussiens, s(n) étant de variance σs 2 et x(n) de variance σx 2. En présence de s(n), on observe U = Σ0≤ n N -1 u(n)2, avec u(n) = s(n) + x(n). En l'absence de s(n), on observe V = Σ0≤ n N -1 x(n)2. Des résultats classiques en statistique nous permettent d'écrire : et Si U et V sont considérées comme indépendantes, Désignons par r = σ s 2 / σ x 2 le rapport signal à bruit. On peut encore écrire : Le résultat dépend de σx 2 et de r, ce qui montre qu'un seuillage de la distance IU-VI n'est pas valide lorsqu'on ne connaît pas σx 2. Par contre, si on considère le rapport U/V, on démontre que la densité de probabilité de U/V ne dépend plus que de r, et est donc indépendante de σx 2. Ce résultat remarquable valide l'utilisation d'un seuil sur U/V lorsqu'on ne connaît que r.We consider a distance between energies, but the distance in question in the invention, between two energies U and V, is not the usual distance | UV | but | Log (U / V) |, which amounts to considering that two energies U and V are close to each other when we have 1 / s <U / V <s, which is equivalent to | Log (U / V) | <Log (s). This distance and the threshold attached thereto are very advantageous. Indeed, consider the case where the useful signal s (n) and the noise x (n) are both white and Gaussian, s (n) being of variance σ s 2 and x (n) of variance σ x 2 . In the presence of s (n), we observe U = Σ 0≤ n N -1 u ( n ) 2 , with u (n) = s (n) + x (n). In the absence of s (n), we observe V = Σ 0≤ n N -1 x ( n ) 2 . Classical results in statistics allow us to write: and If U and V are considered independent, Let us denote by r = σ s 2 / σ x 2 the signal to noise ratio. We can still write: The result depends on σ x 2 and r, which shows that a thresholding of the distance IU-VI is not valid when one does not know σ x 2 . On the other hand, if we consider the U / V ratio, we demonstrate that the probability density of U / V now only depends on r, and is therefore independent of σ x 2 . This remarkable result validates the use of a threshold on U / V when we only know r.

De façon résumée, selon le procédé de l'invention, on observe L*N échantillons u(n) d'un signal. Chaque ensemble lorsque i varie de 0 à L-1, est appelé trame et est associé à une énergie E(Ti) notée Ui = E(Ti), ce qui permet de définir Lorsque le signal utile est absent, les échantillons u(iN+k) sont exactement égaux aux échantillons du bruit noté x(iN+k) (u(iN+k) = x(iN+k)). Lorsque le signal utile (noté s(iN+k)) est présent, les échantillons u(iN+k) sont exactement égaux à u(iN+k) = s(iN+k) + x(iN+k). On met en évidence par un premier procédé, décrit ci-après (procédé dit de pré-classification) un sous-ensemble Δ d'éléments de E qui sont vraisemblablement des énergies de la classe C2. Il est alors possible de calculer un modèle autorégressif du bruit x(n) qui viendra blanchir les trames que l'on traitera par la suite, ou un spectre moyen du bruit x(n) qui peut servir à débruiter les trames suivantes (ni le blanchiment ni le débruitage ne sont impératifs mais sont utilisés suivant le contexte particulier traité). On utilise ensuite un second procédé (procédé dit de détection) décrit ci-dessous, qui détectera au mieux parmi les éléments de E (blanchis ou non, débruités ou non) les énergies de la classe C1. Soient alors N nouveaux échantillons, réunis sous forme d'une trame associée à une nouvelle énergie. On peut soit utiliser cette nouvelle énergie pour venir réactualiser l'ensemble Δ en utilisant le procédé de pré-classification, soit décider au sens d'un aspect particulier du procédé si cette nouvelle énergie appartient ou non à C1, après un éventuel débruitage ou un éventuel blanchiment. Ce processus est réitéré pour chaque trame de N échantillons acquis. Le procédé de l'invention est caractérisé par l'utilisation d'outils théoriques nouveaux de traitement du signal et de statistiques. Ainsi, il fait appel à un modèle des lois statistiques que suivent les énergies des signaux, celui des Variables Aléatoires Gaussiennes Positives (VAGP) décrit ci-après. On utilise alors une propriété originale concernant le rapport de deux VAGP.In summary, according to the method of the invention, L * N samples u (n) of a signal are observed. Each set when i varies from 0 to L-1, is called a frame and is associated with an energy E (T i ) denoted U i = E (T i ), which makes it possible to define When the useful signal is absent, the samples u (iN + k) are exactly equal to the samples of the noise noted x (iN + k) (u (iN + k) = x (iN + k)). When the useful signal (noted s (iN + k)) is present, the samples u (iN + k) are exactly equal to u (iN + k) = s (iN + k) + x (iN + k). A first method, described below (so-called pre-classification method), highlights a subset Δ of elements of E which are probably energies of class C 2 . It is then possible to calculate an autoregressive model of the noise x (n) which will whiten the frames which will be treated subsequently, or an average spectrum of the noise x (n) which can be used to denoise the following frames (nor the bleaching or denoising are imperative but are used according to the particular context treated). We then use a second method (so-called detection method) described below, which will best detect among the elements of E (whitened or not, denoised or not) the energies of class C 1 . Let N then be new samples, gathered in the form of a frame associated with a new energy. We can either use this new energy to come and update the whole Δ using the pre-classification process, or decide in the sense of a particular aspect of the process if this new energy belongs to C 1 or not, after a possible denoising or possible laundering. This process is repeated for each frame of N samples acquired. The method of the invention is characterized by the use of new theoretical tools for signal processing and statistics. Thus, it calls upon a model of the statistical laws which follow the energies of the signals, that of the Positive Gaussian Random Variables (VAGP) described below. We then use an original property concerning the ratio of two VAGPs.

On va maintenant définir les Variables Aléatoires Gaussiennes "Positives" (VAGP) utilisées par l'invention.
Une variable aléatoire X sera dite positive lorsque Pr{ X < 0 } << 1. Soit X0 la variable centrée normalisée associée à X, on a :
Pr { X < 0 } = Pr { X0 < -m/σ } où m = E[X] et σ2 = E[(X-m)2].
We will now define the "Positive" Gaussian Random Variables (VAGP) used by the invention.
A random variable X will be called positive when Pr {X <0} << 1. Let X 0 be the normalized centered variable associated with X, we have:
Pr {X <0} = Pr {X 0 <-m / σ} where m = E [X] and σ 2 = E [(Xm) 2 ].

Dès que m/σ est suffisamment grand, X peut être considérée comme positive. Lorsque X est gaussienne, on désigne par F(x) la fonction de répartition de la variable gaussienne normale et on a : Pr { X < 0 } = F(-m/σ) pour X ∈ N(m,σ2). Pour une Variable Aléatoire Gaussienne Positive X ∈ N(m,σ2), on définira le paramètre α de cette variable par α = m/σ, de sorte que l'on peut encore écrire X ∈ N(m,m22).As soon as m / σ is large enough, X can be considered positive. When X is Gaussian, we denote by F (x) the distribution function of the normal Gaussian variable and we have: Pr {X <0} = F (-m / σ) for X ∈ N (m, σ 2 ). For a Positive Gaussian Random Variable X ∈ N (m, σ 2 ), we will define the parameter α of this variable by α = m / σ, so that we can still write X ∈ N (m, m 2 / α 2 ).

Modèles des énergies : exemples de variables gaussiennes "positives"Energy models: examples of "positive" Gaussian variables Signal à énergie déterministeDeterministic energy signal

Soient les échantillons x(0),...x(N-1) d'un signal quelconque, dont l'énergie est déterministe et constante, ou approximable par une énergie déterministe ou constante (comme précisé ci-dessous).
On a donc
U = Σ0≤n≤ N-1 x(n)2 ∈ N( Nµ, 0)

µ = (1/N)Σ0≤n≤N-1 x(n)2
Let be the samples x (0), ... x (N-1) of any signal, whose energy is deterministic and constant, or approximable by a deterministic or constant energy (as specified below).
So we have
U = Σ 0≤n≤ N-1 x (n) 2 ∈ N (Nµ, 0)
or
µ = (1 / N) Σ 0≤n≤N-1 x (n) 2

Prenons comme exemple le signal x(n) = A cos(n+θ) où θ est équiréparti entre [0,2π].
Pour N suffisamment grand, on a : (1/N) Σ0≤n≤N-1 x(n)2 # E[x(n)2] = A2/2. Pour N assez grand, U peut être assimilé à NA2/2 et donc à une énergie constante.
Let us take as an example the signal x (n) = A cos (n + θ) where θ is equidistributed between [0.2π].
For N sufficiently large, then: (1 / N) Σ 0≤n≤N-1 x (n) # 2 E [x (n) 2] = A 2/2. For large enough N, U can be likened to NA 2/2 and thus a constant energy.

On va maintenant examiner le cas de l'énergie d'un Processus Gaussien quelconque. Considérons un processus x(n), stationnaire du second ordre, mais gaussien, de variance σx 2. On démontre le résultat suivant :
U = Σ0≤n≤N-1 x(n)2 ∈ N( Tr(Cx,N), 2Tr(Cx,N2)), où Cx,N est la matrice de covariance du vecteur
X = t (x(0), ... , x(N-1)) : Cx,N = E[X.tX]
Comme le processus est stationnaire au second ordre, il vient
Tr(Cx,N) = Nσx 2.
Donc U ∈ N( Nσx 2, 2Tr(Cx,N 2))
Un calcul simple amène à Tr(Cx,N2) = Σ0≤i≤N-1,0≤j≤N-1 Γx(i-j)2 où Γx(i) est la fonction de corrélation du processus. Le paramètre α vaut: α = σ x 2 /(2Tr(C x,N 2 )) 1/2 = N/{2 Σ 0≤i≤N-1,0≤j≤N-1 x (i-j)/Γ x (0)] 2 } 1/2 Cette variable sera une variable gaussienne positive si la fonction de corrélation le permet. Il existe des cas particuliers intéressants décrits ci-dessous, permettant d'accéder à cette fonction d'autocorrélation.
We will now examine the case of the energy of any Gaussian Process. Consider a second order, but Gaussian, process x (n), with variance σ x 2 . We demonstrate the following result:
U = Σ 0≤n≤N-1 x (n) 2 ∈ N (Tr (C x, N ), 2Tr (C x, N 2)), where C x, N is the covariance matrix of the vector
X = t (x (0), ..., x (N-1)): C x, N = E [X. t X]
As the process is stationary in second order, it comes
Tr (C x, N ) = Nσ x 2 .
So U ∈ N (Nσ x 2 , 2Tr (C x, N 2 ))
A simple calculation leads to Tr (C x, N 2) = Σ 0≤i≤N-1,0≤j≤N-1 Γ x (ij) 2 where Γ x (i) is the correlation function of the process. The parameter α is: α = σ x 2 / (2Tr (C x, N 2 ))) 1/2 = N / {2 Σ 0≤i≤N-1.0≤j≤N-1 x (ij) / Γ x (0)] 2 } 1/2 This variable will be a positive Gaussian variable if the correlation function allows it. There are special interesting cases described below, allowing access to this autocorrelation function.

Cas de l'énergie d'un Processus Blanc Gaussien.Case of the energy of a White Gaussian Process.

On considère le cas d'un processus blanc gaussien x(n) où n est compris entre 0 et N-1. Les échantillons sont indépendants et sont tous de même variance σx 2 = E[x(n)2] .
On a alors Cx,N = σx 2 IN, où IN est la matrice identité de dimension NxN.
We consider the case of a Gaussian white process x (n) where n is between 0 and N-1. The samples are independent and all have the same variance σ x 2 = E [x (n) 2 ].
We then have C x, N = σ x 2 I N , where I N is the identity matrix of dimension NxN.

On en déduit : Tr(Cx,N2) = Nσx 4 de sorte que : U = Σ 0≤n≤N-1 x(n) 2 ∈ N( Nσ x 2 ; 2Nσ x 4 ). Le paramètre α est α = (N/2)1/2 We deduce: Tr (C x, N 2) = Nσ x 4 so that: U = Σ 0≤n≤N-1 x (n) 2 ∈ N (Nσ x 2 ; 2Nσ x 4 ). The parameter α is α = (N / 2) 1/2

Cas de l'énergie d'un Processus Gaussien Bande Etroite.
On suppose que le signal numérique x(n) est issu de l'échantillonnage du processus x(t), lui-même issu du filtrage d'un bruit blanc gaussien b(t) par un filtre passe-bande h(t) de fonction de transfert :
H(f) = U[-f0-B/2,-f0+B/2](f) + U[f0-B/2,f0+B/2](f), où U désigne la fonction caractéristique de l'intervalle en indice et f0 la fréquence centrale du filtre.
La fonction de corrélation Γx(τ) de x(t) vaut Γx(τ) =Γx(0)cos(2πf0τ)sinc(πBτ) où sinc(x) = sin(x)/x.
La fonction de corrélation de x(n) est alors :
Γx(k) = Γx(0)cos(2πkf0Te).sinc(πkBTe). Si
gf0,B,Te(k) = cos(2πkf0Te)sinc(πkBTe),
on a :
Tr(Cx,N2) = Γx(0)2Σ0≤i≤ N-1,0≤j≤N-1gf0,B,Te(i-j)2.
On a : U ∈ N( Nσx 2, 2σx 4Σ0≤i≤ N-1,0≤j≤N-1gf0,B,Te(i-j)2). Cette variable est une variable aléatoire gaussienne positive. Le paramètre α de cette variable est
α = N/[2Σ0≤i≤N-1,0≤j≤N-1gf0,B,Te(i-j)2]1/2
Case of the energy of a Narrow Band Gaussian Process.
We suppose that the digital signal x (n) comes from the sampling of the process x (t), itself resulting from the filtering of a white Gaussian noise b (t) by a bandpass filter h (t) of transfer function :
H (f) = U [-f0-B / 2, -f0 + B / 2] (f) + U [f0-B / 2, f0 + B / 2] (f), where U denotes the characteristic function of the interval in index and f 0 the central frequency of the filter.
The correlation function Γ x (τ) of x (t) is equal to Γ x (τ) = Γ x (0) cos (2πf 0 τ) sin c (πBτ) where sin c (x) = sin (x) / x .
The correlation function of x (n) is then:
Γ x (k) = Γ x (0) cos (2πkf 0 T e ) .sin c (πkBT e ). Yes
g f0, B, Te (k) = cos (2πkf 0 T e ) sin c (πkBT e ),
we have :
Tr (C x, N 2) = Γ x (0) 2 Σ 0≤i≤ N-1.0≤j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2.
We have: U ∈ N (Nσ x 2 , 2σ x 4 Σ 0≤i≤ N-1.0≤j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ). This variable is a positive Gaussian random variable. The parameter α of this variable is
α = N / [2Σ 0≤i≤N-1,0≤j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ] 1/2

Ces relations restent valables même si f0 = 0.These relationships remain valid even if f 0 = 0.

Cas de l'énergie d'un processus gaussien quelconque "sous-échantillonné".
Ce modèle est plus pratique que théorique. Si la fonction de corrélation est inconnue, on sait cependant que :
lim k → + ∞ Γx(k) = 0. Donc, pour k assez grand tel que k > k0, la fonction de corrélation tend vers 0. Aussi, au lieu de traiter la suite d'échantillons x(0)...x(N-1), peut-on traiter la sous-suite x(0), x(k0),x(2k0),..., et l'énergie associée à cette suite reste une variable aléatoire positive gaussienne, à condition qu'il reste dans cette sous-suite suffisamment de points pour pouvoir appliquer les approximations dues au théorème central-limite.
Case of the energy of any "subsampled" Gaussian process.
This model is more practical than theoretical. If the correlation function is unknown, we know however that:
lim k → + ∞ Γ x (k) = 0. Therefore, for k large enough such that k> k 0 , the correlation function tends to 0. Also, instead of processing the series of samples x (0). ..x (N-1), can we treat the subsequence x (0), x (k 0 ), x (2k 0 ), ..., and the energy associated with this sequence remains a random variable positive Gaussian, provided that there remain enough points in this subsequence to be able to apply the approximations due to the central-limit theorem.

Cette façon de procéder peut permettre dans certains cas difficiles d'appliquer les règles de décision qui sont décrites ci-dessous.
Résultat théorique fondamental.
Si X = X1/X2 où X1 et X2 sont toutes deux gaussiennes, indépendantes, telles que :
X1 ∈ N( m1 ; σ1 2) et X2 ∈ N( m2 ; σ2 2 ) . On pose m = m1/m2 , α1 = m11, α2=m22.
This way of proceeding may allow in certain difficult cases to apply the decision rules which are described below.
Fundamental theoretical result.
If X = X 1 / X 2 where X 1 and X 2 are both Gaussian, independent, such as:
X 1 ∈ N (m 1 ; σ 1 2 ) and X 2 ∈ N (m 2 ; σ 2 2 ). We set m = m 1 / m 2 , α 1 = m 1 / σ 1 , α 2 = m 2 / σ 2 .

Lorsque α1 et α2 sont suffisamment grands pour pouvoir supposer que X1 et X2 sont des variables aléatoires gaussiennes positives, la densité de probabilité fX(x) de X = X1/X2 peut alors être approchée par : où U(x) est la fonction indicatrice de R + :
U(x) = 1 si x ≤ 0 et U(x) = 0 si x < 0.
Si où F désigne la fonction de répartition de la variable normale, et où
P(x,m12)=Pr{X<x}
De plus :
When α 1 and α 2 are large enough to assume that X 1 and X 2 are positive Gaussian random variables, the probability density f X (x) of X = X 1 / X 2 can then be approximated by: where U (x) is the indicator function of R + :
U (x) = 1 if x ≤ 0 and U (x) = 0 if x <0.
Yes where F denotes the distribution function of the normal variable, and where
P ( x , m | α 1 , α 2 ) = Pr {X < x }
Moreover :

Dans toute la suite, lorsque l'on utilise des couples de VAGP caractérisés par les paramètres α1, α2 et m, on supposera connaître les valeurs de ces paramètres fixées par une connaissance a priori ou par l'heuristique.In the following, when we use VAGP couples characterized by the parameters α 1 , α 2 and m, we will suppose to know the values of these parameters fixed by a priori knowledge or by heuristics.

On va maintenant exposer l'étape de pré-classification du procédé de l'invention. On suppose que C1 = N(m1, σ1 2) représente les énergies observables en présence de signal utile et que C2 = N(m2, σ2 2) représente les énergies observables en absence de signal utile. On pose m = m1/m2,
α1 = m11 et α2 = m22 et on suppose α1 et α2 suffisamment grands pour que les éléments de C1 et de C2 soient des VAGP. est l'ensemble des énergies dont on dispose. Chacune de ces énergies Ui vaut U i = Σ0≤ k N -1 u i (k)2, où les ui(k) pour k allant de 0 à N-1 représentent les échantillons de la trame Ti, N le nombre de ces échantillons ui(k), c'est-à-dire la longueur des trames Ti. Les énergies Ui sont supposées indépendantes entre elles. L'étape de pré-classification cherche à mettre en évidence quelques énergies seulement, qui sont vraisemblablement des énergies de la classe C2. Cette étape fait appel aux notions présentées ci-dessous.
We will now describe the step of pre-classification of the process of the invention. It is assumed that C 1 = N (m 1 , σ 1 2 ) represents the energies observable in the presence of useful signal and that C 2 = N (m 2 , σ 2 2 ) represents the energies observable in the absence of useful signal. We set m = m 1 / m 2 ,
α 1 = m 1 / σ 1 and α 2 = m 2 / σ 2 and we assume α 1 and α 2 large enough for the elements of C 1 and C 2 to be VAGP. is the set of energies available to us. Each of these energies U i is worth U i = Σ 0≤ k N -1 u i ( k ) 2 , where the u i (k) for k ranging from 0 to N-1 represent the samples of the frame T i , N the number of these samples u i (k), that is to say the length of the frames T i . The energies U i are assumed to be independent from each other. The pre-classification stage seeks to highlight only a few energies, which are probably energies of class C 2 . This step uses the concepts presented below.

Notion de compatibilité entre énergies :Concept of compatibility between energies:

Soit (U, V) ∈ (C1UC2)X(C1UC2) et X = U/V. On définit les hypothèses suivantes :
H1 : (U,V) ∈ (C1XC1)U(C2UC2) et H2 : (U,V) ∈ (C1XC2)U(C2UC1). Si on a: 1/s < X < s ⇔ on décide que U et V appartiennent à la même classe, c'est-à-dire que H1 est considérée comme vraie. On dira que U et V sont compatibles. Cette décision sera notée D1. Mais si on a : X < 1/s ou X > s ⇔ on décide que U et V n'appartiennent pas à la même classe, c'est-à-dire que H2 est considérée comme vraie. On dira que U et V sont incompatibles. Cette décision sera notée D2.
Si I = [1/s,s], la règle s'exprime selon : x ∈ I ⇔ D = D1, x ∈ R - I ⇔ D = D2. On cherche à optimiser cette règle de décision qui permet d'associer les réalisations de variables aléatoires entre elles. Pour ce faire, on calcule le seuil s optimal. Ce calcul est différent suivant que l'on connaît ou non la probabilité p. Lorsque p est connue, on applique directement le critère du maximum de vraisemblance. Lorsque p est inconnue, et comme les hypothèses sont réduites au nombre de 2, on utilise le critère de Neyman-Pearson.
Let (U, V) ∈ (C 1 CU 2 ) X (C 1 CU 2 ) and X = U / V. We define the following hypotheses:
H 1 : (U, V) ∈ (C 1 XC 1 ) U (C 2 UC 2 ) and H 2 : (U, V) ∈ (C 1 XC 2 ) U (C 2 UC 1 ). If we have: 1 / s <X <s ⇔ we decide that U and V belong to the same class, that is to say that H 1 is considered to be true. We will say that U and V are compatible. This decision will be noted D 1 . But if we have: X <1 / s or X> s ⇔ we decide that U and V do not belong to the same class, that is to say that H 2 is considered to be true. We will say that U and V are incompatible. This decision will be noted D 2 .
If I = [1 / s, s], the rule is expressed according to: x ∈ I ⇔ D = D 1 , x ∈ R - I ⇔ D = D 2 . We seek to optimize this decision rule which allows to associate the realizations of random variables between them. To do this, we calculate the optimal threshold s. This calculation is different depending on whether or not we know the probability p. When p is known, the maximum likelihood criterion is directly applied. When p is unknown, and since the hypotheses are reduced to 2, we use the Neyman-Pearson criterion.

Critère du Maximum de vraisemblance :Maximum likelihood criterion:

On démontre que la probabilité de décision correcte est : Le seuil optimal s vérifie P c s = 0. We show that the probability of correct decision is: The optimal threshold is verified P vs s = 0.

Cette équation se résout sur calculateur, une fois fixées les valeurs m, p, α1 et α2.This equation is solved on a computer, once the values m, p, α 1 and α 2 have been fixed.

Critère de Neyman-Pearson :Neyman-Pearson criterion:

Lorsque p est inconnu, on utilise une approche du type Neyman-Pearson. On dira qu'il y a détection si on prend la décision D1, c'est-à-dire si on décide que les deux variables aléatoires sont de la même classe. On définit alors les probabilités de non détection Pnd et de fausse alarme Pfa par : (probabilité de décider de l'incompatibilité, alors que les variables sont de la même classe) et Pfa= Pr {D1|H2} (probabilité de décider de la compatibilité alors que les variables sont incompatibles). Le critère de Neyman-Pearson consiste à minimiser Pnd lorsque Pfa est fixée (ou inversement). Ce type de critère s'applique lorsqu'une erreur est beaucoup plus grave que l'autre. Comme il est question ici de savoir si les variables aléatoires observées appartienent ou non à une même classe, il est évident que l'on cherchera à n'avoir, dans les réalisations retenues comme étant des réalisations de variables d'une même classe, que peu d'erreurs. C'est donc la Pfa que l'on va fixer de manière à n'avoir que très peu de fausses alarmes. et de sorte que lorsque α 1 α2, P nd dépend de p, qui est inconnu et est inaccessible.When p is unknown, a Neyman-Pearson type approach is used. We will say that there is detection if we take the decision D 1 , that is to say if we decide that the two random variables are of the same class. The probabilities of non-detection P nd and of false alarm P fa are then defined by: (probability of deciding on incompatibility, while the variables are of the same class) and P fa = Pr {D 1 | H 2 } (probability of deciding on compatibility when the variables are incompatible). The Neyman-Pearson criterion consists in minimizing P nd when P fa is fixed (or vice versa). This type of criterion applies when one error is much more serious than the other. As it is a question here of knowing whether or not the observed random variables belong to the same class, it is obvious that we will seek to have, in the realizations retained as being realizations of variables of the same class, only few errors. It is therefore the P fa that we will set so as to have very few false alarms. and so that when α 1 α 2 , P nd depends on p, which is unknown and is inaccessible.

Dans le cas où α1 = α2 = α, alors Pnd = 2.P (s,1|α,α) - 1 et est donc accessible. On peut fixer Pnd dans ce cas. Ayant l'expression de Pfa (ou de Pnd), on fixe cette probabilité, cequi permet d'obtenir leseuil s correspondant.In the case where α 1 = α 2 = α, then P nd = 2.P (s, 1 | α, α) - 1 and is therefore accessible. We can fix P nd in this case. Having the expression of P fa (or of P nd ), we fix this probability, which allows us to obtain the corresponding threshold s.

Compatibilités entre plusieurs énergies.Compatibilities between several energies.

Lorsque le seuil a été calculé suivant un des deux procédés précités, il est intéressant de généraliser cette notion de compatibilité entre plusieurs énergies. Soient alors U1, ..., UN, N énergies, on dira que ces énergies sont compatibles entre elles, si et seulement si, ∀ i et j, Ui et Uj sont compatibles au sens évoqué ci-dessus, autrement dit, si toutes ces énergies sont compatibles deux à deux.When the threshold has been calculated according to one of the two aforementioned methods, it is interesting to generalize this notion of compatibility between several energies. So let U 1 , ..., U N , N energies, we will say that these energies are compatible with each other, if and only if, ∀ i and j, U i and U j are compatible in the sense mentioned above, otherwise says, if all these energies are compatible two by two.

Pour la mise en oeuvre du procédé, on fait les hypothèses suivantes :

  • les énergies de la classe C2 sont plus faibles statistiquement que celles de la classe C1 ;
  • la trame présentant l'énergie la plus faible est une trame de la classe C2. Soit Ti0, cette trame.
For the implementation of the method, the following assumptions are made:
  • the energies of class C 2 are statistically lower than those of class C 1 ;
  • the frame with the lowest energy is a frame of class C 2 . Let T i0 be this frame.

Le calcul se déroule alors comme suit :The calculation then proceeds as follows:

L'ensemble Δ est initialisé : Δ = {Ti0} ; The set Δ is initialized: Δ = {T i0 };

Le procédé de confirmation de bruit fournit un certain nombre de trames qui peuvent être considérées comme du bruit avec une très forte probabilité. On calcule, à partir de la donnée des échantillons temporels, un modèle autorégressif du bruit. Si x(n) désigne les échantillons de bruit, on modélise x(n) selon: x(n) = Σ 1≤ i p a i x(n-i)+e(n), où p est l'ordre du modèle, les ai sont les coefficients du modèle à déterminer et e(n) est le bruit de modélisation, supposé blanc et gaussien si on suit une approche par maximum de vraisemblance. Ce type de modélisation est largement décrit dans la littérature "Spectrum Analysis - A modem Perspective", S. M. KAY/ S.L. MARPLE JR., Proceedings of the IEEE, Vol. 69, N° 11, November 1981, notamment. Quant aux procédés de calcul du modèle, de nombreuses méthodes sont disponibles (Burg, Levinson-Durbin, Kalman, Fast Kalman ...). De façon avantageuse, on met en oeuvre des procédés du type Kalman et Fast Kalman : "Le Filtrage Adaptatif Transverse", O. MACCHI, M. BELLANGER, Traitement du signal, Vol. 5, N° 3, 1988 et "Analyse des signaux et filtrage numérique adaptatif', M. BELLANGER, Collection CNET-ENST, MASSON, qui présentent de très bonnes performances temps réel. Disposant d'un modèle autorégressif du bruit, il est alors aisé de blanchir ce bruit, ce qui permet de travailler sur un bruit blanc gaussien aisément manipulable.The noise confirmation method provides a number of frames which can be considered as noise with very high probability. One computes, from the data of the temporal samples, an autoregressive model of the noise. If x (n) designates the noise samples, we model x (n) according to: x ( n ) = Σ 1≤ i p a i x ( n - i ) + e ( n ), where p is the order of the model, the a i are the coefficients of the model to be determined and e (n) is the modeling noise, assumed to be white and Gaussian if we follow a maximum likelihood approach. This type of modeling is widely described in the literature "Spectrum Analysis - A modem Perspective", SM KAY / SL MARPLE JR., Proceedings of the IEEE, Vol. 69, No. 11, November 1981, in particular. As for the calculation methods of the model, many methods are available (Burg, Levinson-Durbin, Kalman, Fast Kalman ...). Advantageously, methods of the Kalman and Fast Kalman type are used: "Transverse Adaptive Filtering", O. MACCHI, M. BELLANGER, Signal Processing, Vol. 5, N ° 3, 1988 and "Signal analysis and adaptive digital filtering", M. BELLANGER, CNET-ENST Collection, MASSON, which present very good real-time performance. Having an autoregressive model of noise, it is then easy to whiten this noise, which makes it possible to work on an easily manipulated white Gaussian noise.

Soit u(n) = s(n) + x(n) le signal total, composé du signal utile s(n) et du bruit x(n). Soit le filtre H(z) =1-Σ1≤ i p ai z -i . Appliqué au signal U(z), il vient H(z)U(z) = H(z)S(z) + H(z)X(z).
Or H(z)X(z) = E(z) ⇒ H(z)U(z) = H(z)S(z) + E(z). Le filtre réjecteur H(z) blanchit le signal, de sorte que le signal en sortie de ce filtre est un signal utile (filtré donc déformé), additionné d'un bruit généralement blanc et gaussien. Travailler sur un bruit blanchi permet de se rapprocher d'hypothèses idéales, notamment lors de l'application du procédé de détection. Cependant ce blanchiment n'est pas obligatoire et on peut appliquer directement le procédé de détection sans passer par cet intermédiaire.
Let u (n) = s (n) + x (n) be the total signal, composed of the useful signal s (n) and the noise x (n). Let the filter H (z) = 1-Σ 1≤ i p ai z -i . Applied to the signal U (z), it comes H (z) U (z) = H (z) S (z) + H (z) X (z).
Now H (z) X (z) = E (z) ⇒ H (z) U (z) = H (z) S (z) + E (z). The rejector filter H (z) whitens the signal, so that the signal at the output of this filter is a useful signal (filtered therefore distorted), added to a generally white and Gaussian noise. Working on a bleached noise brings you closer to ideal hypotheses, especially when applying the detection process. However, this bleaching is not compulsory and the detection process can be applied directly without going through this intermediary.

Etant donné qu'après mise en oeuvre du procédé de l'invention, on dispose d'un certain nombre de trames confirmées comme étant des trames de bruit, on peut aussi calculer un spectre moyen de ce bruit, de manière à implanter un filtrage spectral du type soustraction spectrale ou filtrage de WIENER, type largement décrit dans la littérature : "Suppression of Acoustic Noise in Speech Using Spectral Substraction" S. F. BOLL, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-27, N° 2, April 1979; "Enhancement and Bandwidth Compression of Noisy Speech", J. S. LIM, A. V. OPPENHEIM, Proceedings of the IEEE, Vol. 67, N° 12, Dec. 1979, et "Noise Reduction For Speech Enhancement In Cars : Non-Linear Spectral Subtraction, Kalman Filtering", P. LOCKWOOD, C. BAILLARGEAT, J. M. GILLOT, J. BOUDY, G. FAUCON, EUROSPEECH 91. Cet aspect peut être intéressant dans ces certaines applications, voir par exemple: "Procédé de détection de la parole", D. PASTOR, demande de brevet français N° 92 12582, déposée le 21.10.92.Since after implementing the method of the invention, there are a certain number of frames confirmed as being noise frames, it is also possible to calculate an average spectrum of this noise, so as to implement spectral filtering of the spectral subtraction type or WIENER filtering, type widely described in the literature: "Suppression of Acoustic Noise in Speech Using Spectral Substraction" SF BOLL, IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. ASSP-27, No. 2, April 1979; "Enhancement and Bandwidth Compression of Noisy Speech", JS LIM, AV OPPENHEIM, Proceedings of the IEEE, Vol. 67, N ° 12, Dec. 1979, and "Noise Reduction For Speech Enhancement In Cars: Non-Linear Spectral Subtraction, Kalman Filtering", P. LOCKWOOD, C. BAILLARGEAT, JM GILLOT, J. BOUDY, G. FAUCON, EUROSPEECH 91. This aspect can be interesting in these certain applications, see for example: "Speech detection process", D. PASTOR, French patent application No. 92 12582, filed on 21.10.92.

Détection selon le procédé de l'invention.Detection according to the method of the invention.

Disposant d'un ensemble Δ dont les composantes sont vraisemblablement des énergies de la classe C2 (après un éventuel blanchiment), on cherche à détecter grâce à ces références les énergies de la classe C1. Si V représente la valeur moyenne des énergies de l'ensemble Δ, cette variable est aussi une VAGP. Si Δ = {V1, ..., VM}, on a, avec les notations déjà utilisées, ∀ i ∈ {1, ..., M}, Vi ∈ N(m2, σ2 2).
E o = (1/M)Σ1≤ i M Vi ∈N(m 2,(1/M2 2) puisque les Vi sont indépendantes. On pose m = m1/m2, α1 = m1/σ et α2 = m22.
Having a set Δ whose components are probably energies of class C 2 (after possible bleaching), we seek to detect using these references the energies of class C 1 . If V represents the average value of the energies of the set Δ, this variable is also a VAGP. If Δ = {V 1 , ..., V M }, we have, with the notations already used, ∀ i ∈ {1, ..., M}, V i ∈ N (m 2 , σ 2 2 ).
E o = (1 / M) Σ 1≤ i M Vi ∈N ( m 2 , (1 / M ) σ 2 2 ) since the V i are independent. We set m = m 1 / m 2 , α 1 = m 1 / σ and α 2 = m 2 / σ 2 .

On passe alors à la règle de décision optimale.
Application du critère du maximum de vraisemblance (on connaît la probabilité p de décision correcte) :
soit p = Pr {U ∈ C1}. La règle de décision optimale est alors :
We then move on to the optimal decision rule.
Application of the maximum likelihood criterion (we know the probability p of correct decision):
let p = Pr {U ∈ C 1 }. The optimal decision rule is then:

Application du critère de Neyman-Pearson :Application of the Neyman-Pearson criterion:

Lorsqu'on ne connaît pas la valeur de p, on peut :

  • soit la fixer arbitrairement par une approche heuristique,
  • soit la fixer à p = 0,5, ce qui place dans le cas le plus défavorable,
  • soit utiliser le critère de Neyman-Pearson ou le critère de la médiane qui consiste à avoir :
    probabilité de fausse alarme = probabilité de non détection.
When we do not know the value of p, we can:
  • either fix it arbitrarily using a heuristic approach,
  • either fix it at p = 0.5, which places it in the most unfavorable case,
  • either use the Neyman-Pearson criterion or the median criterion which consists of having:
    probability of false alarm = probability of non-detection.

Si l'on veut appliquer le critère Neyman-Pearson ou le critère de la médiane, la règle de détection sera de la forme : If we want to apply the Neyman-Pearson criterion or the median criterion, the detection rule will be of the form:

Le seuil λ est fixé pour atteindre une valeur a priori de la probabilité de fausse alarme (ou la probabilité de décision correcte).The threshold λ is fixed to reach an a priori value of the probability of false alarm (or the probability of correct decision).

Cette probabilité PFA de fausse alarme vaut : This probability P FA of false alarm is worth:

Il n'y a a priori pas de calcul théorique simple de cette expression, donc pas de moyen théorique d'évaluer le seuil λ. Le calcul de λ peut cependant se faire sous simulation, suivant le cas particulier traité. La règle de décision simplifiée exposée ci-dessous est plus pratique à utiliser dans ce cas. Règle de décision simplifiée.There is a priori no simple theoretical calculation of this expression, therefore no theoretical means of evaluating the threshold λ. The calculation of λ can however be done under simulation, depending on the particular case treated. The simplified decision rule set out below is more convenient to use in this case. Simplified decision rule.

Cette règle est : x>s⇔U ∈C 1,x>s⇔U∈C 2
Cas du critère du maximum de vraisemblance :
la probabilité Pc de décision correcte est :
This rule is: x > s⇔ U ∈C 1 , x> s⇔U∈C 2
Maximum likelihood criterion:
the probability P c of correct decision is:

Le seuil optimal est obtenu pour : The optimal threshold is obtained for:

Cas du critère de Neyman-Pearson :Case of the Neyman-Pearson criterion:

Lorsque la probabilité p est inconnue, on peut :

  • soit la fixer arbitrairement par une approche heuristique,
  • soit la fixer à p = 0,5, ce qui place dans le cas le plus défavorable,
  • soit utiliser le critère de Neyman-Pearson ou le critère de la médiane qui consiste à avoir Probabilité de fausse alarme = Probabilité de non-détection.
When the probability p is unknown, we can:
  • either fix it arbitrarily using a heuristic approach,
  • either fix it at p = 0.5, which places it in the most unfavorable case,
  • either use the Neyman-Pearson criterion or the median criterion which consists of having Probability of false alarm = Probability of non-detection.

Pour appliquer le critère de Neyman-Pearson ou le critère de la médiane on définit les probabilités de non-détection et de fausse alarme : On a : To apply the Neyman-Pearson criterion or the median criterion, the probabilities of non-detection and false alarm are defined: We have :

On fixe alors Pfa ou Pnd, pour déterminer la valeur du seuil.We then set P fa or P nd , to determine the value of the threshold.

Le critère de la médiane amène à : The median criterion leads to:

Mise en oeuvre.Implementation.

Lorsque la règle de décision a été définie à l'aide des outils théoriques rappelés ci-dessus, et disposant d'une énergie E0 de "référence" de bruit, on effectue la détection sur E(T1), ..., E(Tn), avec : E ( T i ) = Σ 0≤ n N -1 u i ( n ) 2 où les ui (n) sont les N échantillons constituant la trame Ti.When the decision rule has been defined using the theoretical tools recalled above, and having a noise reference energy E 0 , the detection is performed on E (T 1 ), ..., E (T n ), with: E ( T i ) = Σ 0≤ not NOT -1 u i ( not ) 2 where the u i (n) are the N samples constituting the frame T i .

Parmi les trames dont on dispose au départ, l'algorithme de préclassification a mis en évidence un ensemble Δ de trames presque sûrement de la classe "bruit". La moyenne des énergies des trames de l'ensemble Δ permet d'obtenir une valeur de référence Eo qui va être utilisée par l'algorithme de détection de manière à classifier les énergies des trames autres que celles de l'ensemble Δ ainsi que les nouvelles trames acquises ultérieurement. Among the frames available at the start, the pre-classification algorithm has highlighted a set Δ of frames almost certainly of the "noise" class. The average of the energies of the frames of the set Δ makes it possible to obtain a reference value E o which will be used by the detection algorithm so as to classify the energies of the frames other than those of the set Δ as well as the new frames acquired later.

Exemples d'application.Application examples.

Il est possible de traiter un grand nombre d'exemples permettant de mettre en évidence l'intérêt du procédé de l'invention. En fait, il existe autant d'exemples que de couples de modèles que l'on peut former à partir de ceux décrits ci-dessus (voir les exemples de VAGP donnés ci-dessus) :

  • détection d'un bruit blanc gaussien dans un autre bruit blanc gaussien ;
  • détection d'un bruit blanc gaussien dans un bruit gaussien bande étroite ;
  • détection d'une énergie déterministe dans un bruit gaussien bande étroite...
Détection d'un signal d'énergie bornée dans un bruit gaussien bande étroite :
Hypothèse 1 : nous supposons ne pas connaître le signal utile dans sa forme, mais nous ferons l'hypothèse suivante : pour toute réalisation s(0), ..., s(N-1) de s(n), l'énergie S définie par :
S = (1/N)Σ0≤n≤N-1 s(n)2 est bornée par µs 2, et ce, dès que N est suffisamment grand, de sorte que : S = Σ0≤n≤N-1 s(n)2>Nµs 2.
Hypothèse 2 : Le signal utile est perturbé par un bruit additif noté x(n), que l'on suppose gaussien et bande étroite. On suppose que le processus x(n) traité est obtenu par filtrage bande étroite d'un bruit blanc gaussien.It is possible to deal with a large number of examples making it possible to demonstrate the advantage of the process of the invention. In fact, there are as many examples as there are pairs of models that can be formed from those described above (see the examples of VAGP given above):
  • detecting a white Gaussian noise in another white Gaussian noise;
  • detection of a white Gaussian noise in a narrow band Gaussian noise;
  • detection of a deterministic energy in a narrow band Gaussian noise ...
Detection of a bounded energy signal in a narrow band Gaussian noise:
Hypothesis 1: we suppose not to know the useful signal in its form, but we will make the following hypothesis: for any realization s (0), ..., s (N-1) of s (n), the energy S defined by:
S = (1 / N) Σ 0≤n≤N-1 s (n) 2 is bounded by µ s 2 , as soon as N is sufficiently large, so that: S = Σ 0≤n≤N- 1 s (n) 2 > Nµ s 2 .
Hypothesis 2: The useful signal is disturbed by an additive noise denoted x (n), which is assumed to be Gaussian and narrow band. We assume that the process x (n) processed is obtained by narrow band filtering of white Gaussian noise.

La fonction de corrélation d'un tel processus est alors : Γ x (k) = Γ x (0)cos(2πkf 0 T e )sin c (πkBT e ) Si on considère N échantillons x(n) de ce bruit, on a alors : V = (1/N)Σ 0≤n≤N-1 x(n) 2 ∈ N( Nσ x 2 , 2σ x 4 Σ 0≤i≤ N-1,0≤j≤N-1 g f0,B,Te (i-j) 2 ) avec : gf0,B,Te(k) = cos(2πkf0Te)sinc(πkBTe)The correlation function of such a process is then: Γ x (k) = Γ x (0) cos (2πkf 0 T e ) sin vs (πkBT e ) If we consider N samples x (n) of this noise, we then have: V = (1 / N) Σ 0≤n≤N-1 x (n) 2 ∈ N (Nσ x 2 , 2σ x 4 Σ 0≤i≤ N-1.0≤j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ) with: g f0, B, Te (k) = cos (2πkf 0 T e ) sin c (πkBT e )

Le paramètre α de cette variable est : α = N/[2Σ 0≤i≤N-1,0≤j≤N-1 g f0,B,Te (i-j) 2 ] 1/2 Hypothèse 3 : Les signaux s(n) et x(n) sont supposés indépendants. On suppose alors que l'indépendance entre s(n) et x(n) implique la décorrélation au sens temporel du terme, c'est-à-dire que l'on peut écrire : c = Σ 0≤ n N -1 s ( n ) x ( n ) Σ 0≤ n N -1 s ( n ) 2 1/2 Σ 0≤ n N -1 s ( n ) 2 1/2 = 0 Ce coefficient de corrélation n'est que l'expression dans le domaine temporel du coefficient de corrélation spatial défini par :
E[s(n)x(n)]/(E[s(n)2]E[x(n)2])1/2 lorsque les processus sont ergodiques.
Soit u(n) = s(n) + x(n) le signal total, et U = Σ0≤n≤N-1 u(n)2.
On approxime U par : U = Σ0≤n≤N-1 s(n)2 + Σ0≤n≤N-1x(n)2
Comme on a : Σ0≤n≤N-1 s(n)2 ≥ µs 2 on aura :
U ≥ Nµs 2 + Σ0≤n≤N-1 x(n)2.
Hypothèse 4 : Comme nous supposons que le signal présente une énergie moyenne bornée, nous supposerons qu'un procédé capable de détecter une énergie µs 2, sera capable de détecter tout signal d'énergie supérieure.
The parameter α of this variable is: α = N / [2Σ 0≤i≤N-1.0≤j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ] 1/2 Hypothesis 3: The signals s (n) and x (n) are assumed to be independent. We then assume that the independence between s (n) and x (n) implies decorrelation in the temporal sense of the term, that is to say that we can write: vs = Σ 0≤ not NOT -1 s ( not ) x ( not ) Σ 0≤ not NOT -1 s ( not ) 2 1/2 Σ 0≤ not NOT -1 s ( not ) 2 1/2 = 0 This correlation coefficient is only the expression in the time domain of the spatial correlation coefficient defined by:
E [s (n) x (n)] / (E [s (n) 2 ] E [x (n) 2 ]) 1/2 when the processes are ergodic.
Let u (n) = s (n) + x (n) be the total signal, and U = Σ 0≤n≤N-1 u (n) 2 .
We approximate U by: U = Σ 0≤n≤N-1 s (n) 2 + Σ 0≤n≤N-1 x (n) 2
As we have: Σ 0≤n≤N-1 s (n) 2 ≥ µ s 2 we will have:
U ≥ Nµ s 2 + Σ 0≤n≤N-1 x (n) 2 .
Hypothesis 4: As we suppose that the signal presents a bounded average energy, we will suppose that a process capable of detecting an energy µ s 2 , will be able to detect any signal of higher energy.

Compte tenu des hypothèses précédentes, on définit la classe C1 comme étant la classe des énergies lorsque le signal utile est présent. Selon l'hypothèse 3, U ≥ Nµs 2 + Σ0≤n≤N-1 x(n)2, et selon l'hypothèse 4, si on détecte l'énergie Nµs 2 + Σ0≤n≤N-1 x(n)2, on saura détecter aussi l'énergie totale U.
D'après l'hypothèse 2, Nµs 2 + Σ0≤ n≤ N-1 x(n)2 ∈ N( Nµs 2 + Nσx 2, 2σx 4Σ0≤i≤N-1,0≤j≤N-1gf0,B,Te(i-j)2).
Donc C1 = N( Nµs 2 + Nσx 2x 4Σ0≤i≤N-1,0≤j≤N-1 g f0,B,Te(i-j)2) et le paramètre α de cette variable vaut :
α1 = N(1+r)/[2Σ0≤i≤N-1,0≤j≤N-1gf0,B,Te(i-j)2]1/2, où r = µs 2/σx2 représente le rapport signal à bruit.
C2 est la classe des énergies correspondant au bruit seul. D'après l'hypothèse 2, si les échantillons de bruit sont x(0),...,x(M-1), il vient :
V = (1/M)Σ0≤n≤M-1 x(n)2 ∈ N( Mσx 2, 2σx 4Σ0≤i≤ M-1,0≤j≤M-1gf0,B,Te(i-j)2)
Le paramètre α de cette variable est :
α2 = M/[2Σ0≤i≤M-1,0≤j≤M-1gf0,B,Te(i-j)2]½
On a donc :
C1 = N(m11 2) et C2 = N(m22 2), avec : m1 = Nµs 2 + Nσx 2, m2 = Mσx 2,
σ1 = σx 2[2Σ0≤i≤ N-1,0≤j≤N-1gf0,B,Te(i-j)2]1/2 et
σ2 = σx 2[2Σ0≤i≤ M-1,0≤j≤M-1gf0,B,Te(i-j)2]1/2 D'où m = m1/m2 = (N/M)(1+r),
α1 = m11 = N(1+r)/[2Σ0≤i≤N-1,0≤j≤N-1gf0,B,Te(i-j)2]1/2 et
α2 = m22 = M/[2Σ0≤i≤M-1,0≤j≤M-1gf0,B,Te(i-j)2]1/2.
On peut alors mettre en oeuvre les étapes du procédé de l'invention exposées ci-dessus.
Taking into account the preceding hypotheses, class C 1 is defined as being the class of energies when the useful signal is present. According to hypothesis 3, U ≥ Nµ s 2 + Σ 0≤n≤N-1 x (n) 2 , and according to hypothesis 4, if the energy Nµ s 2 + Σ 0≤n≤N- is detected 1 x (n) 2 , we will also be able to detect the total energy U.
According to hypothesis 2, Nµ s 2 + Σ 0≤ n≤ N-1 x (n) 2 ∈ N (Nµ s 2 + Nσ x 2 , 2σ x 4 Σ 0≤i≤N-1.0≤ j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ).
So C 1 = N (Nµ s 2 + Nσ x 2x 4 Σ 0≤i≤N-1,0≤j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ) and the parameter α of this variable is worth:
α 1 = N (1 + r) / [2Σ 0≤i≤N-1,0≤j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2] 1/2 , where r = µ s 2 / σx 2 represents the signal to noise ratio.
C 2 is the class of energies corresponding to noise alone. According to hypothesis 2, if the noise samples are x (0), ..., x (M-1), it comes:
V = (1 / M) Σ 0≤n≤M-1 x (n) 2 ∈ N (Mσ x 2 , 2σ x 4 Σ 0≤i≤ M-1,0≤j≤M-1 g f0, B , Te (ij) 2 )
The parameter α of this variable is:
α 2 = M / [2Σ 0≤i≤M-1,0≤j≤M-1 g f0, B, Te (ij) 2 ] ½
So we have :
C 1 = N (m 1 , σ 1 2 ) and C 2 = N (m 2 , σ 2 2 ), with: m 1 = Nµ s 2 + Nσ x 2 , m 2 = Mσ x 2 ,
σ 1 = σ x 2 [2Σ 0≤i≤ N-1.0≤j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ] 1/2 and
σ 2 = σ x 2 [2Σ 0≤i≤ M-1.0≤j≤M-1 g f0, B, Te (ij) 2 ] 1/2 Hence m = m 1 / m 2 = (N / M) (1 + r),
α 1 = m 1 / σ 1 = N (1 + r) / [2Σ 0≤i≤N-1,0≤j≤N-1 g f0, B, Te (ij) 2 ] 1/2 and
α 2 = m 2 / σ 2 = M / [2Σ 0≤i≤M-1,0≤j≤M-1 g f0, B, Te (ij) 2 ] 1/2 .
We can then implement the steps of the method of the invention set out above.

Détection de code PNPN code detection

On considère une modulation BPSK étalée par un code PN de longueur L très grande devant 1. La durée d'émission d'un élément binaire dn est Tb. La durée d'émission d'un élément binaire du code PN est T.We consider a BPSK modulation spread by a PN code of length L very large in front of 1. The duration of transmission of a binary element d n is T b . The duration of transmission of a binary element of the PN code is T.

Sur l'intervalle de [nTb,(n+1)Tb], le signal émis est :
m(t) = (2Eb/Tb)1/2 dn Σ0≤k≤K-1ck Λ[kT',(k+1)T'](t) cos(ω0t+ϕ) avec :

  • Λ[kTc,(k+1)Tc](t) = 1 si t ∈ [kT',(k+1)T'] et
    Λ[kT',(k+1)T'](t) = 0 si t ∉ [kT',(k+1)T'],
  • K désigne le nombre d'échantillons du code PN vus sur cet intervalle, et.
  • ϕ la phase aléatoire équirépartie sur [0,2π]
Over the interval of [nT b , (n + 1) T b ], the signal sent is:
m (t) = (2E b / T b ) 1/2 dn Σ 0≤k≤K-1 c k Λ [kT ', (k + 1) T'] (t) cos (ω 0 t + ϕ) with:
  • Λ [kTc, (k + 1) Tc] (t) = 1 if t ∈ [kT ', (k + 1) T'] and
    Λ [kT ', (k + 1) T'] (t) = 0 if t ∉ [kT ', (k + 1) T'],
  • K denotes the number of PN code samples seen over this interval, and.
  • ϕ the random phase equally distributed over [0,2π]

Ce signal émis est noyé dans un bruit de fond qui est b(t), que l'on suppose blanc et gaussien.This transmitted signal is embedded in a background noise which is b (t), which is assumed to be white and Gaussian.

On cherche alors à détecter le signal s(t) à partir du signal reçu r(t) = m(t) + b(t), en supposant que l'on ne connaît pas le code PN, donc ni les valeurs ck ni la durée L, ni le temps Tb, ni la fréquence ω0.We then seek to detect the signal s (t) from the received signal r (t) = m (t) + b (t), assuming that we do not know the PN code, therefore neither the values c k neither the duration L, nor the time T b , nor the frequency ω 0 .

Soit alors la variable aléatoire : où :

  • T est une durée d'intégration assez grande pour que les échantillons du code PN vus sur cet intervalle soient suffisamment nombreux et décorrélés, tout en restant assez faibles pour qu'on n'atteigne pas la prériodicité L du code PN. Si K est le nombre d'éléments binaires du code PN vu sur cet intervalle, on suppose donc: L >> 1, K << L et K >>1. T vérifie en outre ω0T >>1
  • ω est une fréquence qui sert à essayer de récupérer la porteuse, telle que ωT >> 1
Let then be the random variable: or :
  • T is a sufficiently long integration time for the samples of the PN code seen over this interval to be sufficiently numerous and decorrelated, while remaining low enough so that the pre-periodicity L of the PN code is not reached. If K is the number of binary elements of the PN code seen over this interval, we therefore assume: L >> 1, K << L and K >> 1. T also checks ω 0 T >> 1
  • ω is a frequency which is used to try to recover the carrier, such as ωT >> 1

On pose : et: We ask: and:

En utilisant le théorème central-limite, et après des calculs tels que décrits dans "Performance of a Direct Sequence Spread Spectrum System with Long Period and Short Period Code Sequences", R. SINGH, IEEE Transactions on Communications, Vol. Com-31, N° 3, March 1983, on montre que s(n) est une variable gaussienne, de moyenne nulle et de variance : σs 2 = (Tb/T)(Eb/2K)sinc 2(π(ω - ω0)/K).Using the central-limit theorem, and after calculations as described in "Performance of a Direct Sequence Spread Spectrum System with Long Period and Short Period Code Sequences", R. SINGH, IEEE Transactions on Communications, Vol. Com-31, N ° 3, March 1983, we show that s (n) is a Gaussian variable, with zero mean and variance: σ s 2 = (T b / T) (E b / 2K) sin c 2 ( π (ω - ω 0 ) / K).

En pratique, on suppose que les s(n) sont indépendants, de sorte que la suite des échantillons s(n) constitue un processus discret blanc gaussien.In practice, we suppose that the s (n) are independent, so that the sequence of samples s (n) constitutes a discrete white Gaussian process.

De même, la suite des échantillons x(n) constitue un processus blanc gaussien de moyenne nulle et de variance σs 2 = σb 2. Détecter le code PN, c'est détecter s(n), donc détecter un bruit blanc gaussien noyé dans un autre bruit blanc gaussien.Likewise, the sequence of samples x (n) constitutes a white Gaussian process with zero mean and variance σ s 2 = σ b 2 . To detect the PN code is to detect s (n), therefore to detect a white Gaussian noise embedded in another white Gaussian noise.

Soit alors la variable U = Σ0≤n≤N-1 u(n)2. En reprenant les résultats énoncés ci-dessus à propos des VAGP, on a :
U ∈ N(N(σs 2+ σx 2) ; 2N(σs 2+ σx 2)2).
Le paramètre α de cette variable est α1 = (N/2)1/2
Let then be the variable U = Σ 0≤n≤N-1 u (n) 2 . Using the results set out above with regard to VAGP, we have:
U ∈ N (N (σ s 2 + σ x 2 ); 2N (σ s 2 + σ x 2 ) 2 ).
The parameter α of this variable is α 1 = (N / 2) 1/2

Soit alors la variable V = Σ0≤n≤M-1 x(n)2. On a :
V ∈ N(Mσx 2; 2Mσx 4).
Let then be the variable V = Σ 0≤n≤M-1 x (n) 2 . We have :
V ∈ N (Mσ x 2 ; 2Mσ x 4 ).

Le paramètre α de cette variable est α2 = (M/2)1/2. On peut donc modéliser comme dans le cas d'une détection entre les deux classes :
C1 = N(N(σs 2+ σx 2) ; 2N(σs 2+ σx 2)2) et C2 = N(Mσx 2 ; 2Mσx 4).
On a alors : m = (N/M)(1+r), α1 = (N/2)1/2, α2 = (M/2)1/2
On notera que si N = M ⇒ α1 = α2 = (N/2)1/2
Le procédé décrit ci-dessus est donc applicable à ce problème.
The parameter α of this variable is α 2 = (M / 2) 1/2 . We can therefore model as in the case of a detection between the two classes:
C 1 = N (N (σ s 2 + σ x 2 ); 2N (σ s 2 + σ x 2 ) 2 ) and C 2 = N (Mσ x 2 ; 2Mσ x 4 ).
We then have: m = (N / M) (1 + r), α 1 = (N / 2) 1/2 , α 2 = (M / 2) 1/2
Note that if N = M ⇒ α 1 = α 2 = (N / 2) 1/2
The method described above is therefore applicable to this problem.

Claims (8)

  1. Energy-based method for detecting useful signals in the presence of noise, comprising a preclassification step followed by a detection step, the said preclassification step consisting, on the basis of a set of samples of a noisy signal which are grouped into successive frames, in deciding as a function of the mutual ratios of the energies of the successive frames, the decision being actually based on the calculation of a distance which is the absolute value of the difference of the logarithms of the two energies, and on the comparison of this distance with an optimal threshold (Log(s)) so as to class within a first "noise only" class at least some of the frames likely to be members of this class; the said detection step consisting in the detection for the other frames, of those exhibiting a sufficiently high energy relative to a reference energy (Eo) calculated on the basis of the energies of the "noise only" frames identified during the preclassification step so that these detected frames exhibit a high probability of membership of a second "noise + useful signal" class.
  2. Method according to Claim 1, characterized in that the calculation of an optimal threshold is done by applying the maximum likelihood criterion when the correct decision probability is known.
  3. Method according to Claim 1, characterized in that the calculation of the optimal threshold is done by applying the Neyman-Pearson criterion when the correct decision probability is not known.
  4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that membership of the second class is determined by applying the maximum likelihood criterion when the correct decision probability is known.
  5. Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that membership of the second class is determined by applying the Neyman-Pearson criterion when the correct decision probability is not known.
  6. Method according to one of the preceding claims, characterized in that after having processed a first frame of samples, an autoregressive model of the noise is calculated and is used to whiten the succeeding frames, on the basis of a set of frames consisting, with high probability, of noise alone.
  7. Method according to one of Claims 1 to 5, characterized in that after having highlighted a set of frames consisting, with high probability, of noise only, a mean spectrum of the noise is calculated and noise-suppression is applied to the succeeding frames.
  8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the results acquired for a frame of samples are utilized for reupdating the results of the previous frame.
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