EP1267325B1 - Process for voice activity detection in a signal, and speech signal coder comprising a device for carrying out the process - Google Patents
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- EP1267325B1 EP1267325B1 EP02290984A EP02290984A EP1267325B1 EP 1267325 B1 EP1267325 B1 EP 1267325B1 EP 02290984 A EP02290984 A EP 02290984A EP 02290984 A EP02290984 A EP 02290984A EP 1267325 B1 EP1267325 B1 EP 1267325B1
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- G10L25/00—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00
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- G10L25/78—Detection of presence or absence of voice signals
- G10L2025/783—Detection of presence or absence of voice signals based on threshold decision
Definitions
- the invention relates to a voice signal encoder comprising a device improved speech activity detection, and in particular an encoder according to the ITU-T Standard G.729A, Annex B.
- a vocal signal has up to 60% silence or background noise.
- it is known to discriminate the portions of the speech signal that actually contain useful signals and the portions that contain only silence or noise; and to code them respectively according to two different algorithms, each portion that does not contain silence or noise being coded with very little information representing the characteristics of the ambient noise.
- Such an encoder comprises a device for voice activity detection that achieves this discrimination according to the spectral characteristics and according to the energy of the voice signal to be coded (calculated on each signal frame).
- the voice signal is divided into digital frames corresponding to a duration of 10ms, for example.
- a set of parameters is extracted from the signal.
- the main parameters are auto coefficients correlation.
- a set of linear prediction coding coefficients, and a set of frequency parameters are then deduced from these auto coefficients correlation.
- One of the steps of the signal portion discrimination method which actually contain useful signals and portions that do not contain that silence or noise consists in comparing the energy of a signal frame with a threshold.
- a device for calculating the threshold value adapted the value of the threshold according to the variations of the noise.
- the noise affecting the signal vocal is composed of electrical noise and ambient noise. This last can increase or decrease significantly over the course of a single communication.
- coefficients of frequency filtering of the noise must also be adapted to noise variations.
- the decoder responsible for decoding the coded speech signal shall use alternatively two corresponding decoding algorithms respectively to coded signal portions such as voice and coded signal portions like silence or background noise.
- the transition from one algorithm to another is synchronized by information coding periods of silence or noise.
- a solution described in G.723.1 VAD is known and which consists in completely inhibiting the detection of voice activity in the coder, when the signal-to-noise ratio is less than a predetermined value. This solution preserves the integrity of the useful signal but has the disadvantage to increase the traffic.
- the object of the invention is to propose a more efficient solution, which preserves the effectiveness of voice activity detection in terms of traffic, but which does not affect the quality of the signal restored after decoding.
- the method thus characterized avoids an unwanted "noise” transition to "Voice” during a transient energy increase during frame n only because the smoothing function takes into account the final decision taken for the n-1 frame preceding the current frame n, to decide a transition "noise” to "voice".
- the method according to the invention further comprises to prevent any final decision "noise for frames n + 1 to n + i where i is an integer defining a duration of inertia.
- the method thus characterized avoids the phenomenon of loss of segments of words because the smoothing function has an inertia corresponding to the duration of i frames, for the return to a decision "noise".
- the subject of the invention is also a voice signal encoder comprising smoothing means for implementing the method according to the invention.
- FIG. 5 represents the percentages of errors with the known method and with the method according to the invention, for different values of the signal to noise ratio.
- Figure 6 shows the percentages of speech losses with the known method and with the method according to the invention, for different values of the signal to noise ratio.
- the encoder When the speech signal is a useful signal, the encoder provides a frame every 10 ms. When the speech signal consists of silence (or noise), the encoder provides a single frame, at the beginning of the period of silence (or noise).
- an encoder can be realized by means of a processor suitably programmed.
- the method according to the invention can be implemented by software whose realization is within the reach of man art.
- FIG. 2 represents the flowchart of "voice” or "noise” decision-making, according to the coding method known from standard G.729 Annex B , 11/96. The method is applied to digitized signal frames having a fixed duration of 10 ms.
- a first step 11 consists of extracting four parameters for the current frame of the signal to be encoded: the energy of this frame throughout the band frequency, the energy of this frame in the low frequencies, a game of spectral coefficients, and the rate of zero crossings.
- the next step 12 is to update the minimum size of a buffer.
- the curves E1 and E2 respectively represent the percentages of errors with the known method and with the method according to the invention, for different values of the signal-to-noise ratio.
- the curves L1 and L2 respectively represent the percentages of speech losses with the known method and with the method according to the invention, for different values of the signal-to-noise ratio.
Abstract
Description
L'invention concerne un codeur de signal vocal comportant un dispositif amélioré de détection d'activité vocale, et notamment un codeur conforme à la norme ITU-T G.729A, annexe B.The invention relates to a voice signal encoder comprising a device improved speech activity detection, and in particular an encoder according to the ITU-T Standard G.729A, Annex B.
Un signal vocal comporte jusqu'à 60% de silence ou de bruit de fond. Pour réduire la quantité d'informations à transmettre, il est connu de discriminer les portions de signal vocal qui contiennent réellement des signaux utiles et les portions qui ne contiennent que du silence ou du bruit ; et de les coder respectivement selon deux algorithmes différents, chaque portion qui ne contient que du silence ou du bruit étant codée avec très peu d'informations représentant les caractéristiques du bruit ambiant. Un tel codeur comporte un dispositif de détection d'activité vocale qui réalise cette discrimination d'après les caractéristiques spectrales et d'après l'énergie du signal vocal à coder (calculée sur chaque trame de signal).A vocal signal has up to 60% silence or background noise. To reduce the amount of information to be transmitted, it is known to discriminate the portions of the speech signal that actually contain useful signals and the portions that contain only silence or noise; and to code them respectively according to two different algorithms, each portion that does not contain silence or noise being coded with very little information representing the characteristics of the ambient noise. Such an encoder comprises a device for voice activity detection that achieves this discrimination according to the spectral characteristics and according to the energy of the voice signal to be coded (calculated on each signal frame).
Le signal vocal est découpé en trames numériques correspondant à une durée de 10ms, par exemple. Pour chaque trame, un jeu de paramètres est extrait du signal. Les paramètres principaux sont des coefficients d'auto corrélation. Un ensemble de coefficients de codage par prédiction linéaire, et un jeu de paramètres fréquentiels sont ensuite déduits de ces coefficients d'auto corrélation. Une des étape du procédé de discrimination des portions de signal vocal qui contiennent réellement des signaux utiles et des portions qui ne contiennent que du silence ou du bruit consiste à comparer l'énergie d'une trame du signal avec un seuil. Un dispositif de calcul de la valeur du seuil adapte la valeur du seuil en fonction des variations du bruit. Le bruit affectant le signal vocal est composé de bruit d'origine électrique et de bruit ambiant. Ce dernier peut augmenter ou diminuer de manière importante au cours d'une même communication. D'autre part, des coefficients de filtrage fréquentiel du bruit doivent être adaptés eux aussi aux variations du bruit.The voice signal is divided into digital frames corresponding to a duration of 10ms, for example. For each frame, a set of parameters is extracted from the signal. The main parameters are auto coefficients correlation. A set of linear prediction coding coefficients, and a set of frequency parameters are then deduced from these auto coefficients correlation. One of the steps of the signal portion discrimination method which actually contain useful signals and portions that do not contain that silence or noise consists in comparing the energy of a signal frame with a threshold. A device for calculating the threshold value adapted the value of the threshold according to the variations of the noise. The noise affecting the signal vocal is composed of electrical noise and ambient noise. This last can increase or decrease significantly over the course of a single communication. On the other hand, coefficients of frequency filtering of the noise must also be adapted to noise variations.
L'article « ITU-T Recommendation G729 Annex B : A Silence Compression Scheme for Use With G729 Optimized for V.70 Digital Simultaneous Voice and Data Applications », par Adil Benyassine et al, IEEE Communication Magazine, September 1997, décrit un tel codeur. The article "ITU-T Recommendation G729 Annex B: Silence G729 Optimized for V.70 Digital Scheme for Use With Compression Simultaneous Voice and Data Applications ", by Adil Benyassine et al, IEEE Communication Magazine, September 1997, describes such an encoder.
Le décodeur chargé de décoder le signal vocal codé doit utiliser alternativement deux algorithmes de décodage correspondant respectivement aux portion de signal codées comme de la voix et aux portions de signal codées comme du silence ou bruit de fond. Le passage d'un algorithme à l'autre est synchronisé par les informations codant les périodes de silence ou bruit.The decoder responsible for decoding the coded speech signal shall use alternatively two corresponding decoding algorithms respectively to coded signal portions such as voice and coded signal portions like silence or background noise. The transition from one algorithm to another is synchronized by information coding periods of silence or noise.
Les codeurs connus qui implémentent la norme ITU-T G.729A, annexe B, 11/96, ne sont plus capables de faire la distinction entre le signal utile et le bruit lorsque le niveau de bruit est supérieur à 8000 échelons de l'échelle de quantification définie par cette norme. Il en résulte de nombreuses transitions inutiles du signal de détection d'activité vocale, et donc la perte de portions du signal utile.Known encoders that implement the ITU-T G.729A standard, Annex B, 11/96, are no longer able to distinguish between the wanted signal and the noise when the noise level is greater than 8000 steps of the quantification defined by this standard. This results in many transitions unnecessary signal activity detection signal, and therefore the loss of portions of the useful signal.
On connaít une solution décrite dans la contribution G.723.1 VAD et qui consiste à inhiber complètement la détection d'activité vocale dans le codeur, lorsque le rapport signal sur bruit est inférieur à une valeur prédéterminée. Cette solution préserve l'intégrité du signal utile mais a pour inconvénient d'augmenter le traffic.A solution described in G.723.1 VAD is known and which consists in completely inhibiting the detection of voice activity in the coder, when the signal-to-noise ratio is less than a predetermined value. This solution preserves the integrity of the useful signal but has the disadvantage to increase the traffic.
Le but de l'invention est de proposer une solution plus efficace, qui préserve l'efficacité de la détection d'activité vocale en termes de trafic, mais qui ne nuise pas à la qualité du signal restitué après le décodage.The object of the invention is to propose a more efficient solution, which preserves the effectiveness of voice activity detection in terms of traffic, but which does not affect the quality of the signal restored after decoding.
L'objet de l'invention est un procédé pour détecter l'activité vocale dans un signal, ce signal étant découpé en trames, et ce procédé comportant une étape de lissage d'une décision initiale, « voix » ou « bruit », prise pour chaque trame ; caractérisé en ce que cette étape de lissage comporte une étape qui consiste à prendre une décision définitive « voix », pour la trame n, si :
- la décision initiale pour la trame n est « voix » ;
- et la décision définitive pour la trame n-2 était « bruit » ;
- et l'énergie de la trame n-1 était supérieure à celle de la trame n-2 ;
- et l'énergie de la trame n est supérieure à l'énergie de la trame n-2.
- the initial decision for frame n is "voice";
- and the final decision for the n-2 frame was "noise";
- and the energy of the n-1 frame was greater than that of the n-2 frame;
- and the energy of the frame n is greater than the energy of the n-2 frame.
Le procédé ainsi caractérisé évite une transition indésirable « bruit » vers «voix» lors d'une augmentation d'énergie transitoire pendant la trame n seulement, parce que la fonction de lissage tient compte de la décision définitive prise pour la trame n-1 précédant la trame courante n, pour décider une transition «bruit» vers «voix».The method thus characterized avoids an unwanted "noise" transition to "Voice" during a transient energy increase during frame n only because the smoothing function takes into account the final decision taken for the n-1 frame preceding the current frame n, to decide a transition "noise" to "voice".
Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, si une décision définitive « voix » a été prise pour la trame n, le procédé selon l'invention consiste en outre à empêcher toute décision définitive « bruit pour les trames n+1 à n+i où i est un nombre entier définissant une durée d'inertie.According to a preferential mode of implementation, if a final decision "Voice" was taken for the frame n, the method according to the invention further comprises to prevent any final decision "noise for frames n + 1 to n + i where i is an integer defining a duration of inertia.
Le procédé ainsi caractérisé évite le phénomène de perte de segments de paroles parce que la fonction de lissage présente une inertie correspondant à la durée de i trames, pour le retour à une décision « bruit ».The method thus characterized avoids the phenomenon of loss of segments of words because the smoothing function has an inertia corresponding to the duration of i frames, for the return to a decision "noise".
L'invention a aussi pour objet un codeur de signal vocal comportant des moyens de lissage pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention.The subject of the invention is also a voice signal encoder comprising smoothing means for implementing the method according to the invention.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaítront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant :
- La figure 1 représente le schéma fonctionnel d'un exemple de réalisation de codeur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
- La figure 2 représente l'organigramme de la prise de décision « voix » / « bruit » selon le procédé de codage connu par la norme G.729 annexe B, 11/96.
- La figure 3 représente de manière plus détaillée les opérations de lissage du signal de détection d'activité vocale, selon le procédé de codage connu par la norme G.729 annexe B, 11/96.
- La figure 4 représente l'organigramme d'un exemple de mise en oeuvre du lissage du signal de détection d'activité vocale, dans le procédé selon l'invention.
- FIG. 1 represents the block diagram of an exemplary embodiment of an encoder for implementing the method according to the invention.
- FIG. 2 represents the flowchart of the "voice" / "noise" decision-making according to the coding method known from the G.729 standard, Appendix B, 11/96.
- Figure 3 shows in more detail the smoothing operations of the voice activity detection signal, according to the coding method known from G.729 Annex B, 11/96.
- FIG. 4 represents the flowchart of an exemplary implementation of the smoothing of the voice activity detection signal, in the method according to the invention.
La figure 5 représente respectivement les pourcentages d'erreurs avec le procédé connu et avec le procédé selon l'invention, pour différentes valeurs du rapport signal sur bruit.FIG. 5 represents the percentages of errors with the known method and with the method according to the invention, for different values of the signal to noise ratio.
La figure 6 représente les pourcentages de pertes de parole avec le procédé connu et avec le procédé selon l'invention, pour différentes valeurs du rapport signal sur bruit. Figure 6 shows the percentages of speech losses with the known method and with the method according to the invention, for different values of the signal to noise ratio.
L'exemple de réalisation d'un codeur, dont le schéma fonctionnel est représenté sur la figure 1 comporte :
- une
borne d'entrée 1 recevant, sous forme analogique, un signal vocal à coder ; - un
circuit 2 pour filtrer, échantillonner, quantifier, et mettre dans des trames, le signal vocal ; - un
commutateur 3 ayant une entrée reliée à la sortie ducircuit 2, et deux sorties ; - un circuit 4 de codage des trames considérées comme représentant
véritablement un signal utile, ayant une entrée reliée à une première sortie du
commutateur 3 ; - un
circuit 5 de codage des trames considérées comme représentant du silence ou du bruit, ayant une entrée reliée à une second sortie ducommutateur 3; - un second commutateur 6 ayant une première et une seconde entrée
reliées respectivement à une sortie du circuit 4 et à une sortie du
circuit 5, et une borne de sortie 9 constituant la borne de sortie du codeur ; - et un
détecteur 7 d'activité vocal ayant une entrée reliée à la sortie ducircuit 2 et une sortie reliée notamment à une entrée de commande de chacun descommutateurs 3 et 6, afin de sélectionner les trames codées correspondant au contenu reconnu dans le signal vocal : soit signal utile, soit silence (ou bruit).
- an
input terminal 1 receiving, in analog form, a voice signal to be encoded; - a
circuit 2 for filtering, sampling, quantizing, and putting in frames, the voice signal; - a
switch 3 having an input connected to the output of thecircuit 2, and two outputs; - a coding circuit 4 of the frames considered as truly representing a useful signal, having an input connected to a first output of the
switch 3; - a
coding circuit 5 for frames considered to represent silence or noise, having an input connected to a second output of theswitch 3; - a second switch 6 having a first and a second input respectively connected to an output of the circuit 4 and an output of the
circuit 5, and an output terminal 9 constituting the output terminal of the encoder; - and a
voice activity detector 7 having an input connected to the output of thecircuit 2 and an output connected in particular to a control input of each of theswitches 3 and 6, in order to select the coded frames corresponding to the content recognized in the voice signal : either useful signal or silence (or noise).
Quand le signal vocal est un signal utile, le codeur fournit une trame toutes les 10 ms. Quand le signal vocal est constitué de silence (ou de bruit), le codeur fournit une seule trame, au début de la période de silence (ou de bruit).When the speech signal is a useful signal, the encoder provides a frame every 10 ms. When the speech signal consists of silence (or noise), the encoder provides a single frame, at the beginning of the period of silence (or noise).
En pratique, un tel codeur peut être réalisé au moyen d'un processeur convenablement programmé. En particulier, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre par un logiciel dont la réalisation est à la portée de l'homme de l'Art.In practice, such an encoder can be realized by means of a processor suitably programmed. In particular, the method according to the invention can be implemented by software whose realization is within the reach of man art.
La figure 2 représente l'organigramme de la prise de décision « voix » ou « bruit », selon le procédé de codage connu par la norme G.729 annexe B, 11/96. Le procédé est appliqué à des trames de signal numérisé ayant une durée fixe de 10 ms. FIG. 2 represents the flowchart of "voice" or "noise" decision-making, according to the coding method known from standard G.729 Annex B , 11/96. The method is applied to digitized signal frames having a fixed duration of 10 ms.
Une première étape 11 consiste à extraire quatre paramètres pour la
trame courante du signal à coder : l'énergie de cette trame dans toute la bande
de fréquences, l'énergie de cette trame dans les basses fréquences, un jeu de
coefficients spectraux, et le taux de passages à zéro.A
L'étape suivante 12 consiste à mettre à jour la taille minimale d'une
mémoire tampon.The
L'étape suivante 13 consiste à comparer le numéro de la trame courante avec une valeur prédéterminée Ni :
- S'il est inférieur à Ni :
L'étape suivante 14 consiste à initialiser les valeurs des moyennes glissantes des paramètres du signal à coder: Les coefficients spectraux ; l'énergie moyenne dans toute la bande ; l'énergie moyenne dans les fréquences basses ; et le taux moyen de passages à zéro.- Puis une étape 15 consiste à comparer l'énergie de la trame à
une valeur de seuil prédéterminée, pour décider que le signal est
de la voix si l'énergie de la trame est supérieure à cette valeur, ou
décider que le signal est du bruit si l'énergie de la trame est
inférieure à cette valeur. Le traitement de la trame courante atteint
alors
sa fin 16.
- Si le numéro de trame n'est pas inférieur à Ni, une étape suivante 17
consiste à déterminer s'il est égal ou s'il est supérieur à Ni :
- s'il est égal à Ni, une étape suivante 18 consiste à initialiser la valeur de l'énergie moyenne du bruit dans toute la bande et la valeur de l'énergie moyenne du bruit dans les basses fréquences.
- S'il est supérieur à Ni :
- une étape suivante 19 consiste à calculer un jeu de paramètres différences, en soustrayant la valeur courante d'un paramètre de trame à la valeur moyenne glissante de ce paramètre de trame, cette dernière étant représentative du bruit. Ces paramètres différences sont : la distorsion spectrale, la différence d'énergie dans toute la bande, la différence d'énergie dans les basses fréquences, et la différence des taux de passage à zéro.
- Une étape suivante 20 consiste à comparer l'énergie de
la trame à une valeur de seuil prédéterminée :
- Si elle n'est pas inférieure à cette valeur, une étape 21 consiste à prendre une décision initiale («voix» ou « bruit ») basée sur une pluralité de critères, puis une étape 22 consiste à « lisser » cette décision pour éviter de trop nombreux changements de décision.
- Si elle est inférieure ou égale à cette valeur, une
étape 23 consiste à décider que le signal est du bruit,
puis l'étape 22 consiste à « lisser » cette décision.
Après l'étape 22 de lissage, une étape suivante 24 consiste à comparer l'énergie de la trame courante avec un seuil adaptatif égal à la moyenne glissante de l'énergie dans toute la bande, augmentée d'une constante :- Si elle est supérieure à la valeur de seuil, une étape
suivante 25 consiste à mettre à jour les valeurs des moyennes
glissantes des paramètres représentatifs du bruit, puis le
traitement de la trame courante atteint la
fin 26. - Si elle n'est pas supérieure à la valeur de seuil, le
traitement de la trame courante atteint la
fin 27.
- Si elle est supérieure à la valeur de seuil, une étape
suivante 25 consiste à mettre à jour les valeurs des moyennes
glissantes des paramètres représentatifs du bruit, puis le
traitement de la trame courante atteint la
- If it is less than Ni:
- The
next step 14 consists in initializing the values of the sliding averages of the parameters of the signal to be coded: the spectral coefficients; average energy throughout the band; the average energy in the low frequencies; and the average rate of zero crossings. - Then a
step 15 consists of comparing the energy of the frame with a predetermined threshold value, to decide that the signal is of the voice if the energy of the frame is greater than this value, or to decide that the signal is noise. if the energy of the frame is less than this value. The processing of the current frame then reaches its end.
- The
- If the frame number is not less than Ni, a
next step 17 is to determine whether it is equal to or greater than Ni:- if it is equal to Ni, a
next step 18 is to initialize the value of the average energy of the noise in the whole band and the value of the average energy of the noise in the low frequencies. - If it is greater than Ni:
- a
next step 19 consists in calculating a set of difference parameters, subtracting the current value of a frame parameter from the sliding average value of this frame parameter, the latter being representative of the noise. These difference parameters are: spectral distortion, energy difference across the band, energy difference in the low frequencies, and the difference of the zero crossing rates. - A next step is to compare the energy of the frame with a predetermined threshold value:
- If it is not less than this value, a
step 21 is to make an initial decision ("voice" or "noise") based on a plurality of criteria, then astep 22 is to "smooth" this decision to avoid too many decision changes. - If it is less than or equal to this value, a
step 23 consists of deciding that the signal is noise, and then step 22 consists of "smoothing" this decision.
- If it is not less than this value, a
- a
- After the smoothing
step 22, anext step 24 consists in comparing the energy of the current frame with an adaptive threshold equal to the sliding average of the energy in the whole band, increased by a constant:- If it is greater than the threshold value, a next step is to update the values of the sliding averages of the parameters representative of the noise, then the processing of the current frame reaches the
end 26. - If it is not greater than the threshold value, the processing of the current frame reaches the
end 27.
- If it is greater than the threshold value, a next step is to update the values of the sliding averages of the parameters representative of the noise, then the processing of the current frame reaches the
- if it is equal to Ni, a
La figure 3 représente de manière plus détaillée les opérations de lissage du signal de détection d'activité vocale, selon le procédé de codage connu par la norme G.729 annexe B, 11/96. Ce lissage comporte quatre étapes, qui suivent la prise de décision initiale 21 (« voix » ou « bruit ») basée sur une pluralité de critères:
- Une première étape consiste en
un test 31 pour prendre la décision « voix» si :- la décision pour la trame précédente était « voix »,
- et l'énergie moyenne de la trame courante est supérieure à la moyenne glissante de l'énergie des trames précédentes, augmentée d'une constante, autrement dit si l'énergie de la trame courante est nettement supérieure à l'énergie moyenne du bruit.
- Une deuxième étape 32 à 35 consiste en
un test 32 pour confirmer la décision « voix » si :- la décision pour les deux trames précédentes était « voix »,
- et l'énergie moyenne de la trame courante est supérieure à la moyenne glissante de l'énergie de la trame précédente, augmentée d'une constante, autrement dit si l'énergie n'a pas beaucoup diminué de la trame précédente à la trame courante.
ce test 32 pour la prochaine trame, si la trame courante est la quatrième trame d'affilée pour laquelle la décision est « voix ». Si la décision « voix n'est pas confirmée, la décision « bruit » 42 est prise définitivement. - Une troisième étape 36 à 39 consiste en
un test 36 pour prendre la décision « bruit » 42 définitivement si :- Une décision « bruit » a été prise pour les dix trames précédant la trame courante (la décision « voix » ayant été prise pour celle-ci dans les étapes 31-35).
- L'énergie de la trame courante est inférieure à l'énergie de la
trame précédente augmentée d'une constante, autrement dit
l'énergie n'a pas beaucoup augmenté de la trame précédente à la
trame courante.
Cette troisième étape consiste en outre à réinitialiser (opération 37)
le test 36 en réinitialisant le comptage des trames (opération 39), si la trame courante est la dixième trame d'affilée pour laquelle la décision est « bruit » (test 38).
- Une quatrième étape consiste en
un test 40 prendre la décision « bruit » 42 définitivement si l'énergie de la trame courante est inférieure à la somme de la moyenne glissante de l'énergie des trames précédentes, augmentée d'une constante égale à 614. Autrement dit, la décision « voix » n'est confirmée définitivement (opération 41) que si l'énergie de la trame est nettement supérieure à la moyenne glissante de l'énergie des trames précédentes. Dans le cas contraire, la décision « bruit » 42 est prise définitivement. Cette quatrième étape 40 (décision finale) fournit de mauvaises décisions « bruit » lorsque le signal est fortement bruité. En effet, cette étape 40 décide que le signal est du bruit sans tenir compte des décisions qui précédent, mais en se basant simplement sur la différence d'énergie entre la trame courante et le bruit de fond, représenté par la valeur de la moyenne glissante de l'énergie des trames précédentes, augmentée de la constante 614. En fait, lorsque le bruit de fond est élevé, le seuil constitué par cette constante 614 n'est plus valable.Le procédé selon l'invention se distingue du procédé connu par la norme G.279.1, Annexe B, 11 /96, au niveau des étapes de lissage.
- A first step is a
test 31 to make the "voice" decision if:- the decision for the previous frame was "voice",
- and the average energy of the current frame is greater than the running average of the energy of the preceding frames, increased by a constant, that is, if the energy of the current frame is significantly greater than the average energy of the noise.
decision 42 is definitively taken. - A
second step 32 to 35 consists of atest 32 to confirm the "voice" decision if:- the decision for the two previous frames was "voice",
- and the average energy of the current frame is greater than the sliding average of the energy of the previous frame, increased by a constant, that is, if the energy has not decreased much from the previous frame to the current frame .
test 32 for the next frame, if the current frame is the fourth frame in a row for which the decision is "voice". If the decision "voice is not confirmed, the decision" noise "42 is taken definitively. - A
third step 36 to 39 consists of atest 36 to make the "noise"decision 42 definitively if:- A "noise " decision was made for the ten frames preceding the current frame (the "voice" decision was taken for it in steps 31-35).
- The energy of the current frame is less than the energy of the previous frame increased by a constant, ie the energy has not increased much from the previous frame to the current frame. This third step also consists in resetting (operation 37) the
test 36 by resetting the frame count (operation 39), if the current frame is the tenth frame in a row for which the decision is "noise" (test 38).
- A fourth step consists of a
test 40 making the "noise"decision 42 definitively if the energy of the current frame is less than the sum of the sliding average of the energy of the preceding frames, increased by a constant equal to 614. In other words, the decision "voice" is confirmed definitively (operation 41) only if the energy of the frame is significantly higher than the sliding average of the energy of the previous frames. In the opposite case, the "noise"decision 42 is definitively taken. This fourth step 40 (final decision) provides bad "noise" decisions when the signal is heavily noisy. Indeed, thisstep 40 decides that the signal is noise without taking into account the preceding decisions, but simply based on the energy difference between the current frame and the background noise, represented by the value of the sliding average of the energy of the preceding frames, increased by the constant 614. In fact, when the background noise is high, the threshold constituted by this constant 614 is no longer valid.The method according to the invention differs from the known method by G.279.1, Annex B, 11/96, at the level of the smoothing steps.
La figure 4 représente l'organigramme d'un exemple de mise en oeuvre du lissage du signal de détection d'activité vocale, dans le procédé selon l'invention. Ce lissage comporte quatre étapes, qui suivent la prise de décision initiale 21 («voix» ou «bruit») basée sur une pluralité de critères. Parmi ces quatre étapes, trois étapes (tests 131, 132, 136) sont analogues à trois étapes décrites ci-dessus (tests 31, 32, 36); la quatrième étape 40 décrite précédemment est supprimée ; et une étape dite préliminaire est rajoutée avant la première étape 31 décrite ci-dessus. Un comptage dit d'inertie est rajouté pour obtenir une inertie d'une durée égale à cinq fois la durée d'une trame, par exemple, avant de changer la décision « voix » en décision « bruit » lorsque l'énergie de la trame est devenue faible. Cette durée est donc égale à 50 ms dans cet exemple. Ce comptage d'inertie n'est actif que lorsque l'énergie moyenne du bruit devient supérieure à à 8000 échelons de l'échelle de quantification définie par la norme G.279.1, Annexe B, 11/96.
- L'étape préliminaire 101 à 104 rajoutée consiste à :
- Si la décision initiale de l'étape 21 est « voix », initialiser à 0 le
compteur d'inertie (opérations 102) et enfin
passer au test 131. - Si la décision initiale de l'étape 21 est « bruit », déterminer si
l'énergie de la trame courante est supérieure à une valeur de seuil
fixée, et déterminer si le contenu du compteur d'inertie est inférieur
à 6 et supérieur à 1 (opération 103). Puis :
- Prendre la décision « voix » (en contradiction avec la
décision initiale) si ces deux conditions sont remplies, puis
incrémenter le compteur d'inertie d'une unité (opération 104)
et enfin
passer au test 131. - Ou prendre la décision « bruit » 142 définitivement si l'une de ces conditions n'est pas remplie.
- Prendre la décision « voix » (en contradiction avec la
décision initiale) si ces deux conditions sont remplies, puis
incrémenter le compteur d'inertie d'une unité (opération 104)
et enfin
- Si la décision initiale de l'étape 21 est « voix », initialiser à 0 le
compteur d'inertie (opérations 102) et enfin
- La première étape consiste en un test 131 (analogue au test 31) qui consiste à maintenir la décision « voix » si la décision précédente était « voix » et l'énergie moyenne de la trame courante est supérieure à la moyenne glissante de l'énergie des trames précédentes, augmentée d'une constante fixée.
- La deuxième étape 132 à 135 (analogue à l'étape 32 à 35) consiste à
prendre la décision « voix » si :
- la décision pour les deux trames précédentes était « voix »,
- et l'énergie moyenne de la trame courante est supérieure à la moyenne glissante de l'énergie de la trame précédente, augmentée d'une constante, autrement dit si l'énergie n'a pas beaucoup diminué de la trame précédente à la trame courante.
Incrémentation 133 d'un compteur,comparaison 134 de son contenu avec la valeur 4, etdésactivation 135 si la valeur 4 est atteinte). - La troisième étape 136 à 139, 143 (peu différente de l'étape 36 à 39)
consiste à prendre la décision « bruit » 142 définitivement si :
- Une décision « bruit » a été prise pour les dix dernières trames ;
- et l'énergie de la trame courante est inférieure à l'énergie de la
trame précédente augmentée d'une constante, autrement dit si
l'énergie n'a pas beaucoup augmenté de la trame précédente à la
trame courante.
Cette troisième étape consiste en outre à réinitialiser
ce test 136 en réinitialisant le comptage des trames, si la trame courante est la dixième trame d'affilée pour laquelle la décision est « bruit » (Incrémentation 137 d'un compteur,comparaison 138 du contenu de ce compteur avec la valeur 10,réinitialisation 139 de ce compteur à 0 si la valeur 10 est atteinte). La troisième étape est modifié par rapport au procédé connu décrit précédemment, parce qu'elle consiste en outre à forcer le compteur d'inertie à la valeur 6 (opération 143) pour éviter toute interactionentre ce test 136 et le compteur d'inertie.
- Il n'y a pas de quatrième étape analogue à l'étape 40.
- The
preliminary step 101 to 104 added consists of:- If the initial decision of
step 21 is "voice", initialize 0 the inertia counter (operations 102) and finally proceed to test 131. - If the initial decision of
step 21 is "noise", determine whether the energy of the current frame is greater than a fixed threshold value, and determine whether the content of the inertia counter is less than 6 and greater than 1 (operation 103). Then:- Take the "voice" decision (in contradiction with the initial decision) if these two conditions are met, then increment the inertia counter by one unit (operation 104) and finally pass the
test 131. - Or make the decision "noise" 142 definitely if one of these conditions is not fulfilled.
- Take the "voice" decision (in contradiction with the initial decision) if these two conditions are met, then increment the inertia counter by one unit (operation 104) and finally pass the
- If the initial decision of
- The first step consists of a test 131 (similar to test 31) which consists in maintaining the "voice" decision if the previous decision was "voice" and the average energy of the current frame is greater than the sliding average of the energy previous frames, increased by a fixed constant.
- The
second step 132 to 135 (analogous to step 32 to 35) is to make the "voice" decision if:- the decision for the two previous frames was "voice",
- and the average energy of the current frame is greater than the sliding average of the energy of the previous frame, increased by a constant, that is, if the energy has not decreased much from the previous frame to the current frame .
second step 132 to 135 furthermore consists in deactivating this test for the next frame, if the current frame is the fourth frame in a row for which the decision is "voice" (incrementation 133 of a counter,comparison 134 of its contents with the value 4, anddeactivation 135 if the value 4 is reached). - The
third step 136 to 139, 143 (little different fromstep 36 to 39) is to make the "noise"decision 142 definitively if:- A "noise" decision has been made for the last ten frames;
- and the energy of the current frame is less than the energy of the previous frame increased by a constant, that is, if the energy has not increased much from the previous frame to the current frame. This third step also consists in resetting this
test 136 by resetting the counting of the frames, if the current frame is the tenth frame in a row for which the decision is "noise" (incrementation 137 of a counter,comparison 138 of the content of the counter). this counter with thevalue 10, reset 139 of this counter to 0 if thevalue 10 is reached). The third step is modified with respect to the known method described above, because it also consists in forcing the inertia counter to the value 6 (operation 143) to avoid any interaction between thistest 136 and the inertia counter.
- There is no fourth step analogous to step 40.
Sur la figure 5 les courbes E1 et E2 représentent respectivement les pourcentages d'erreurs avec le procédé connu et avec le procédé selon l'invention, pour différentes valeurs du rapport signal sur bruit.In FIG. 5 the curves E1 and E2 respectively represent the percentages of errors with the known method and with the method according to the invention, for different values of the signal-to-noise ratio.
Sur la figure 6 les courbes L1 et L2 représentent respectivement les pourcentages de pertes de parole avec le procédé connu et avec le procédé selon l'invention, pour différentes valeurs du rapport signal sur bruit.In FIG. 6, the curves L1 and L2 respectively represent the percentages of speech losses with the known method and with the method according to the invention, for different values of the signal-to-noise ratio.
Elles montrent que le comportement de la détection d'activité vocale est largement amélioré en milieu bruyant. Le pourcentage d'erreur global diminue, et, surtout, le pourcentage de parole perdue est considérablement réduit. L'intégrité de la parole est préservée et la conversation reste compréhensible.They show that the behavior of voice activity detection is greatly improved in noisy environment. The overall error percentage decreases, and, above all, the percentage of speech lost is considerably reduced. The integrity of speech is preserved and the conversation remains understandable.
Claims (6)
- A method of detecting voice activity in a signal divided into frames, said method including a step of smoothing a "voice" or "noise" initial decision made for each frame, characterized in that said smoothing step includes a step that makes a "voice" final decision for an n-th frame if:the initial decision for frame n is "voice"; andthe final decision for frame n-2 was "noise"; andthe energy of frame n-1 was greater than that of frame n-2; andthe energy of frame n is greater than the energy of frame n-2.
- A method according to claim 1 characterized in that a "noise" final decision is prevented for frames n+1 to n+i, where i is an integer defining an inertia period, if a "voice" final decision has been made for frame n.
- A method according to claim 1 characterized in that said smoothing step includes a step of, for a frame n:If the initial decision is "voice", resetting to 0 an inertia counter (102).If the initial decision is "noise", determining if the energy of frame n is greater than a threshold value and determining if the content of said inertia counter is less than a fixed threshold and greater than 1 (103). Then:Either making the "voice" decision if the three conditions are satisfied, and then incrementing said inertia counter by one unit (104).Or making the "noise" decision if either condition is not satisfied.
- A voice signal coder including a voice activity detector, said signal being divided into frames and said detector including means for smoothing a "voice" or "noise" initial decision made for each frame, characterized in that said smoothing means include means for making a "voice" final decision for an n-th frame if:the initial decision for frame n is "voice"; andthe final decision for frame n-2 was "noise"; andthe energy of frame n-1 was greater than that of frame n-2; andthe energy of frame n is greater than the energy of frame n-2.
- A coder according to claim 4 characterized in that said smoothing means include means for preventing a "noise" final decision for frames n+1 to n+i, where i is an integer defining an inertia period, if a "voice" final decision has been made for frame n.
- A coder according to claim 4 characterized in that said smoothing means include means for:If the initial decision for a frame n is "voice", resetting to 0 an inertia counter (102).If the initial decision is "noise", determining if the energy of frame n is greater than a threshold value and determining if the content of said inertia counter is less than a fixed threshold and greater than 1 (103). Then:Either making the "voice" decision if the three conditions are satisfied, and then incrementing said inertia counter by one unit (104).Or making the "noise" decision if either condition is not satisfied.
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