EP3025342B1 - Method for suppressing the late reverberation of an audible signal - Google Patents
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Definitions
- the figure 1 shows an omnidirectional sound source 100 positioned in a closed space 110, such as a motor vehicle or a room, and a microphone 120.
- a sound signal emitted by the omnidirectional sound source 100 propagates in all directions.
- the signal observed at the microphone is formed by the superposition of several delayed and attenuated versions of the sound signal emitted by the omnidirectional sound source 100.
- the microphone 120 first captures the source signal 130, also called signal direct 130, but also reflected signals 140 on the walls of the closed space 110.
- the various reflected signals 140 have traveled acoustic paths of different lengths and have been attenuated by the absorption of the walls of the closed space 110, the phase and the amplitude of the reflected signals 140 picked up by the microphone 120 are therefore different.
- inverse filtering seeks to identify the impulse response of the closed space 110 to then build an inverse filter to compensate for the effects of reverberation at the sound signal.
- the reverberation time is a difficult parameter to estimate accurately.
- the reverberation time estimate is distorted by background noise and other interfering sound signals.
- this estimate of the reverberation time is time consuming and therefore lengthens the execution time.
- the methods mentioned require a plurality of microphones to accurately process the reverberation.
- the microphone 120 captures the reflection signals early with a small delay compared to the source signal 130, of the order of zero milliseconds to fifty milliseconds. Said early reflection signals are temporally and spatially separated from the source signal 130 but the human ear does not perceive these early reflection signals and the source signal 130 separately by virtue of an effect called "precedence effect".
- the sound signal emitted by the omnidirectional sound source 100 is a speech signal
- the temporal integration of the early reflection signals by the human ear makes it possible to highlight certain characteristics of the speech, which favors the speech signal. intelligibility of the sound signal.
- the microphone 120 captures the late reverberation between fifty milliseconds and eighty milliseconds after the arrival of the source signal 130.
- the late reverb includes many signals reflected close together over time and thus impossible to separate.
- the set of these reflected signals is therefore considered in a probabilistic framework as a random distribution whose density increases with time.
- the sound signal emitted by the omnidirectional sound source 100 is a speech signal
- the late reverberation degrades the quality of said sound signal and its intelligibility. Said late reverberation also affects the performance of speech recognition and sound source separation systems.
- k is a frequency sampling index of value between 1 and a number K
- n is a time index of value between 1 and a number N
- w (m) is a sliding window of analysis
- m is the index of the elements belonging to a frame
- M is the length of a frame, that is to say the number of samples of a frame
- R is the step of advancement of the time-frequency transformation.
- the estimate of the power spectral density of the late reverberation is performed on the complex time-frequency transform module of the input signal X C , denoted X.
- the phase of the complex time-frequency transform X C denoted ⁇ X is kept in memory and is used to reconstruct a dereverberated signal in the time domain after application of the dereverberation filter.
- the module X of the complex time-frequency transform of the input signal X C is then grouped into sub-bands. More precisely, said module X comprises the number K of spectral lines denoted X k .
- the term "spectral line” here designates all the samples of the module X of the complex time-frequency transform of the input signal X C for the sampling frequency index k and all the time indices n.
- the sub-banding unit 400 groups the K spectral lines X k into a number J of sub-bands, in order to obtain a sub-sampled module denoted X having a number J of spectral lines denoted X j , where j is a subsampling frequency index between 1 and the number J.
- the prediction vector ⁇ j, n therefore indicates the columns of the synthesis dictionary that have been selected for estimating the reverberation, as well as the contribution of each of them to the reverberation.
- the spectrum of late reverberation X l is considered in the rest of the process as a noise signal to be eliminated.
- a step 913 for each sampling frequency index k and each time index n, the dereverberated signal module Y k, n and the phase ⁇ X k, n of the complex signal X k , not VS are multiplied to create a complex dereverberated signal Y C.
Description
L'invention concerne un procédé de suppression de la réverbération tardive d'un signal sonore. L'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, adaptée au domaine du traitement de la réverbération dans un espace fermé.The invention relates to a method for suppressing the late reverberation of a sound signal. The invention is more particularly, but not exclusively, adapted to the field of the treatment of reverberation in a closed space.
La
Deux types de réflexions existent, les réflexions précoces et la réverbération tardive. Le microphone 120 capte les signaux de réflexion précoce avec un faible retard par rapport au signal source 130, de l'ordre de zéro milliseconde à cinquante millisecondes. Lesdits signaux de réflexion précoce sont séparés temporellement et spatialement du signal source 130, mais l'oreille humaine ne perçoit pas ces signaux de réflexion précoce et le signal source 130 séparément grâce à un effet dit «effet de précédence ». Dans le cas où le signal sonore émis par la source sonore omnidirectionnelle 100 est un signal de parole, l'intégration temporelle des signaux de réflexion précoce par l'oreille humaine permet de mettre en relief certaines caractéristiques de la parole, ce qui favorise l'intelligibilité du signal sonore.Two types of reflections exist, early reflections and late reverberation. The
Selon la taille de la salle, la frontière entre les réflexions précoces et la réverbération tardive est comprise entre cinquante millisecondes et quatre-vingt millisecondes. La réverbération tardive comprend de nombreux signaux réfléchis rapprochés dans le temps et donc impossibles à séparer. L'ensemble de ces signaux réfléchis est donc considéré dans un cadre probabiliste comme une distribution aléatoire dont la densité augmente avec le temps. Dans le cas où le signal sonore émis par la source sonore omnidirectionnelle 100 est un signal de parole, la réverbération tardive dégrade la qualité dudit signal sonore et son intelligibilité. Ladite réverbération tardive affecte également les performances de systèmes de reconnaissance de la parole et de séparation de sources sonores.Depending on the size of the room, the boundary between early reflections and late reverberation is between fifty milliseconds and eighty milliseconds. The late reverberation includes many signals reflected close together in time and therefore impossible to separate. The set of these reflected signals is therefore considered in a probabilistic framework as a random distribution whose density increases with time. In the case where the sound signal emitted by the
Selon l'art antérieur, un premier procédé dit « par filtrage inverse » cherche à identifier la réponse impulsionnelle de l'espace fermé 110 pour ensuite construire un filtre inverse permettant de compenser les effets de la réverbération au niveau du signal sonore.According to the prior art, a first method called "inverse filtering" seeks to identify the impulse response of the closed
Ce type de procédé est par exemple décrit dans les publications scientifiques suivantes : «
Ce procédé exploite dans le domaine temporel des distorsions introduites par la réverbération sur des paramètres d'un modèle de prédiction linéaire du signal sonore. Partant de l'observation que la réverbération modifie surtout le résiduel du modèle de prédiction linéaire du signal sonore, un filtre maximisant les moments d'ordre supérieur dudit résiduel est construit. Ce procédé est adapté pour des réponses impulsionnelles courtes et est surtout utilisé pour compenser les signaux de réflexion précoce.This method exploits in the time domain distortions introduced by the reverberation on parameters of a model of linear prediction of the sound signal. Starting from the observation that the reverberation mainly modifies the residual of the linear prediction model of the sound signal, a filter maximizing the higher order moments of said residual is constructed. This method is suitable for short pulse responses and is mainly used to compensate for early reflection signals.
Cependant, ce procédé suppose que la réponse impulsionnelle de l'espace fermé 110 est invariante dans le temps. De plus, ce procédé ne modélise pas la réverbération tardive. Ledit procédé doit ainsi être combiné à un autre procédé traitant la réverbération tardive. Ces deux procédés combinés nécessitent de nombreuses itérations avant d'obtenir une convergence, de sorte que lesdits procédés ne peuvent être mis en oeuvre pour une application en temps réel. En outre, le filtrage inverse introduit des artéfacts tels que des pré-échos, qui doivent ensuite être compensés.However, this method assumes that the impulse response of the closed
Un deuxième procédé dit « cepstral » vise à séparer l'effet de l'espace fermé 110 et du signal sonore dans le domaine cepstral. En effet, la réverbération modifie la moyenne et la variance des cepstres des signaux réfléchis par rapport à la moyenne et la variance des cepstres du signal source 130. Ainsi, lorsque la moyenne et la variance des cepstres sont normalisées, la réverbération est atténuée.A second method called "cepstral" aims to separate the effect of the closed
Ce type de procédé est par exemple décrit dans la publication scientifique suivante : «
Ce procédé est particulièrement utile pour des problèmes de reconnaissance vocale puisque les bases de données de référence des systèmes de reconnaissance peuvent également être normalisées pour se rapprocher des signaux captés par le microphone 120. Cependant, les effets de l'espace fermé 110 et du signal sonore ne sont pas complètement séparables dans le domaine cepstral. La mise en oeuvre du procédé provoque donc une distorsion du timbre du signal sonore émis par la source sonore omnidirectionnelle 100. En outre, ce procédé traite les réflexions précoces plutôt que la réverbération tardive.This method is particularly useful for speech recognition problems since the reference databases of the recognition systems can also be normalized to approach the signals picked up by the
Un troisième procédé dit « par estimation de la densité spectrale de puissance de la réverbération tardive » permet d'établir un modèle paramétrique de la réverbération tardive.A third method called "estimating the spectral power density of late reverberation" allows to establish a parametric model of late reverberation.
Ce type de procédé est par exemple décrit dans les publications scientifiques suivantes : «
Selon ce troisième procédé, une estimation de la densité spectrale de puissance de la réverbération tardive permet de construire un filtre de soustraction spectrale pour la déréverbération. La soustraction spectrale introduit des artéfacts, comme du bruit musical mais lesdits artéfacts peuvent être limités en appliquant des schémas de filtrage plus complexes, utilisés par des procédés de débruitage.According to this third method, an estimate of the spectral density of late reverberation power makes it possible to construct a spectral subtraction filter for the dereverberation. Spectral subtraction introduces artifacts, such as musical noise, but said artifacts can be limited by applying more complex filtering schemes used by denoising methods.
Cependant, un paramètre important pour estimer la densité spectrale de puissance de la réverbération tardive dans le cadre de ce troisième procédé est le temps de réverbération. Or, le temps de réverbération est un paramètre difficile à estimer avec précision. L'estimation du temps de réverbération est faussée par le bruit de fond et d'autres signaux sonores qui interfèrent. En outre, cette estimation du temps de réverbération est chronophage et donc allonge le temps d'exécution.However, an important parameter for estimating the power spectral density of late reverberation in this third method is the reverberation time. However, the reverberation time is a difficult parameter to estimate accurately. The reverberation time estimate is distorted by background noise and other interfering sound signals. In addition, this estimate of the reverberation time is time consuming and therefore lengthens the execution time.
Un quatrième procédé exploite la parcimonie des signaux de parole dans le plan temps/fréquence.A fourth method exploits the parsimony of the speech signals in the time / frequency plane.
Ce type de procédé est par exemple décrit dans la publication scientifique suivante : «
Dans cette publication, la réverbération tardive est modélisée comme une version retardée et atténuée de l'observation courante dont le facteur d'atténuation est déterminé par résolution d'un problème de maximum de vraisemblance, avec une contrainte de parcimonie.In this publication, late reverberation is modeled as a delayed and attenuated version of the current observation whose attenuation factor is determined by solving a maximum likelihood problem, with a parsimony constraint.
Ce type de procédé est en outre décrit dans la publication scientifique suivante : «
La déréverbération est abordée dans cette publication comme un problème de déconvolution par factorisation en matrices non négatives, ce qui permet de séparer la réponse de l'espace fermé 110 et le signal sonore. Cependant, ce procédé introduit beaucoup de bruit et de distorsions. En outre, ledit procédé dépend de l'initialisation des matrices pour la factorisation.Dereverberation is approached in this publication as a problem of deconvolution by factorization in non-negative matrices, which makes it possible to separate the response of the closed
De plus, les procédés cités nécessitent une pluralité de microphones pour traiter avec précision la réverbération.In addition, the methods mentioned require a plurality of microphones to accurately process the reverberation.
L'invention a notamment pour but de résoudre tout ou partie des problèmes susmentionnés.The invention is intended in particular to solve all or part of the aforementioned problems.
A cette fin, l'invention concerne un procédé de suppression de la réverbération tardive d'un signal sonore caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- captation d'un signal d'entrée formé par la superposition de plusieurs versions retardées et atténuées du signal sonore,
- application d'une transformation temps-fréquence au signal d'entrée afin d'obtenir une transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée,
- calcul d'une pluralité de vecteurs de prédiction,
- création d'une pluralité de vecteurs d'observation à partir du module de la transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée,
- construction d'une pluralité de dictionnaires de synthèse à partir de la pluralité de vecteurs d'observations,
- estimation d'un spectre de réverbération tardive à partir de la pluralité de dictionnaires de synthèse et de la pluralité de vecteurs de prédiction,
- filtrage de la pluralité de vecteurs d'observations afin d'éliminer le spectre de réverbération tardive et d'obtenir un module de signal déréverbéré.
- capture of an input signal formed by the superposition of several delayed and attenuated versions of the sound signal,
- applying a time-frequency transformation to the input signal to obtain a complex time-frequency transform of the input signal,
- calculating a plurality of prediction vectors,
- creating a plurality of observation vectors from the module of the complex time-frequency transform of the input signal,
- constructing a plurality of synthetic dictionaries from the plurality of observation vectors,
- estimating a late reverberation spectrum from the plurality of synthetic dictionaries and the plurality of prediction vectors,
- filtering the plurality of observation vectors to eliminate the late reverberation spectrum and obtain a dereverberated signal module.
Ainsi, le procédé objet de l'invention est rapide et présente une complexité réduite. Ledit procédé est donc utilisable en temps réel. De plus, ce procédé n'introduit pas d'artéfacts et est robuste au bruit de fond. En outre, ledit procédé réduit le bruit de fond et est compatible avec des procédés de réduction de bruit.Thus, the method which is the subject of the invention is rapid and has a reduced complexity. This method is therefore usable in real time. In addition, this method does not introduce artifacts and is robust to background noise. In addition, said method reduces background noise and is compatible with noise reduction methods.
L'invention peut être mise en oeuvre selon les modes de réalisation avantageux exposés ci-après, lesquels peuvent être considérés individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.The invention can be implemented according to the embodiments advantageous below, which can be considered individually or in any combination technically operative.
Avantageusement, le procédé comporte en outre les étapes suivantes :
- création d'un module sous échantillonné en fréquence à partir du module de la transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée,
- création d'une pluralité de vecteurs d'observation sous échantillonnés à partir dudit module sous échantillonné en fréquence,
- construction d'une pluralité de dictionnaires d'analyse à partir de la pluralité de vecteurs d'observation sous échantillonnés,
- calcul de la pluralité de vecteurs de prédiction à partir de la pluralité de vecteurs d'observation sous échantillonnés et de la pluralité de dictionnaires d'analyse.
- creating a subsampled frequency module from the module of the complex time-frequency transform of the input signal,
- creating a plurality of subsampled observation vectors from said subsampled frequency module,
- constructing a plurality of analysis dictionaries from the plurality of subsampled observation vectors,
- calculating the plurality of prediction vectors from the plurality of subsampled observation vectors and the plurality of analysis dictionaries.
Avantageusement, l'étape de calcul de la pluralité de vecteurs de prédiction est effectuée en minimisant, pour chaque vecteur de prédiction, l'expression ∥X̃v - Daα∥2, qui est la norme euclidienne de la différence entre le vecteur d'observation sous échantillonné associé audit vecteur de prédiction et du dictionnaire d'analyse associé audit vecteur de prédiction multiplié par ledit vecteur de prédiction, en tenant compte de la contrainte ∥α∥1 ≤ λ, selon laquelle la norme 1 dudit vecteur de prédiction est inférieure ou égale à un paramètre d'intensité maximale de la réverbération tardive.Advantageously, the step of calculating the plurality of prediction vectors is performed by minimizing, for each prediction vector, the expression ∥ Xv-D a α ∥ 2 , which is the Euclidean norm of the difference between the vector of subsampled observation associated with said prediction vector and the analysis dictionary associated with said prediction vector multiplied by said prediction vector, taking into account the stress ∥ α ∥ 1 ≤ λ , according to which the
Avantageusement, la valeur du paramètre d'intensité maximale de la réverbération tardive est comprise entre 0 et 1.Advantageously, the value of the maximum intensity parameter of the late reverberation is between 0 and 1.
Avantageusement, le procédé comporte en outre l'étape suivante :
- création d'un signal complexe déréverbéré à partir du module de signal déréverbéré et de la phase de la transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée.
- creating a dereverberated complex signal from the dereverberated signal module and the phase of the complex time-frequency transform of the input signal.
Avantageusement, le procédé comporte en outre l'étape suivante :
- application d'une transformation fréquence-temps au signal complexe déréverbéré afin d'obtenir un signal temporel déréverbéré.
- applying a frequency-time transformation to the complex dereverberated signal in order to obtain a dereverberated temporal signal.
Avantageusement, le procédé comporte en outre une étape de construction d'un filtre de déréverbération selon le modèle
L'invention concerne également un dispositif de suppression de la réverbération tardive d'un signal sonore caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour :
- capter un signal d'entrée formé par la superposition de plusieurs versions retardées et atténuées du signal sonore,
- appliquer une transformation temps-fréquence au signal d'entrée afin d'obtenir une transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée,
- calculer une pluralité de vecteurs de prédiction,
- créer une pluralité de vecteurs d'observation à partir du module de la transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée,
- construire une pluralité de dictionnaires de synthèse à partir de la pluralité de vecteurs d'observations,
- estimer un spectre de réverbération tardive à partir de la pluralité de dictionnaires de synthèse et de la pluralité de vecteurs de prédiction,
- filtrer la pluralité de vecteurs d'observations afin d'éliminer le spectre de réverbération tardive et d'obtenir un module de signal déréverbéré.
- capture an input signal formed by the superposition of several delayed and attenuated versions of the sound signal,
- applying a time-frequency transformation to the input signal to obtain a complex time-frequency transform of the input signal,
- calculate a plurality of prediction vectors,
- creating a plurality of observation vectors from the module of the complex time-frequency transform of the input signal,
- constructing a plurality of synthetic dictionaries from the plurality of observation vectors,
- estimating a late reverberation spectrum from the plurality of synthetic dictionaries and the plurality of prediction vectors,
- filtering the plurality of observation vectors to eliminate the late reverberation spectrum and obtain a dereverberated signal module.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures qui représentent :
-
Figure 1 (déjà décrite) : une représentation schématique d'une source sonore omnidirectionnelle et d'un microphone positionnés dans un espace fermé selon un exemple de réalisation de l'invention ; -
Figure 2 : une représentation schématique d'un dispositif de déréverbération d'un signal sonore selon un exemple de réalisation de l'invention ; -
Figure 3 : une représentation schématique d'une unité de déréverbération d'un dispositif de déréverbération d'un signal sonore selon un exemple de réalisation de l'invention ; -
Figure 4 : une représentation schématique d'une unité d'estimation de la réverbération tardive d'un dispositif de déréverbération d'un signal sonore selon un exemple de réalisation de l'invention ; -
Figure 5 : une représentation schématique d'un regroupement en sous bandes d'un module d'une transformée temps-fréquence complexe d'un signal d'entrée selon un exemple de réalisation de l'invention ; -
Figure 6 : une représentation schématique d'une unité de calcul de vecteurs de prédiction d'un dispositif de déréverbération d'un signal sonore selon un exemple de réalisation de l'invention ; -
Figure 7 : une représentation schématique d'une unité de calcul de vecteurs de prédiction d'un dispositif de déréverbération d'un signal sonore selon un exemple de réalisation de l'invention ; -
Figure 8 : une représentation schématique d'une unité d'évaluation de la réverbération d'un dispositif de déréverbération d'un signal sonore selon un exemple de réalisation de l'invention ; -
Figure 9 : un diagramme fonctionnel montrant différentes étapes du procédé selon un exemple de réalisation de l'invention.
-
Figure 1 (already described): a schematic representation of an omnidirectional sound source and a microphone positioned in a closed space according to an exemplary embodiment of the invention; -
Figure 2 : a schematic representation of a device for dereverberation of a sound signal according to an exemplary embodiment of the invention; -
Figure 3 : a schematic representation of a dereverberation unit of a device for dereverbating a sound signal according to an exemplary embodiment of the invention; -
Figure 4 : a schematic representation of a unit for estimating the late reverberation of a device for the dereverberation of a sound signal according to an exemplary embodiment of the invention; -
Figure 5 : a schematic representation of a grouping in sub-bands of a module of a complex time-frequency transform of an input signal according to an exemplary embodiment of the invention; -
Figure 6 : a schematic representation of a prediction vector calculation unit of a sound signal dereverberation device according to an exemplary embodiment of the invention; -
Figure 7 : a schematic representation of a prediction vector calculation unit of a sound signal dereverberation device according to an exemplary embodiment of the invention; -
Figure 8 : a schematic representation of a unit for evaluating the reverberation of a device for the dereverberation of a sound signal according to an exemplary embodiment of the invention; -
Figure 9 : a functional diagram showing different steps of the method according to an exemplary embodiment of the invention.
Dans ces figures, des références identiques d'une figure à une autre désignent des éléments identiques ou analogues. Pour des raisons de clarté, les éléments représentés ne sont pas à l'échelle, sauf mention contraire.In these figures, identical references from one figure to another designate identical or similar elements. For the sake of clarity, the elements shown are not to scale unless otherwise stated.
L'invention met en oeuvre un dispositif de déréverbération d'un signal sonore émis par une source sonore omnidirectionnelle 100 positionnée dans un espace fermé 110, tel qu'un véhicule automobile ou une salle, et capté par un microphone 120. Ledit dispositif de déréverbération est inséré dans la chaîne de traitement audio d'un appareil tel qu'un téléphone. Ce dispositif de déréverbération comporte une unité d'application d'une transformée temps-fréquence 200, une unité de déréverbération 210 et une unité d'application d'une transformée fréquence-temps 220 (cf.
Dans une étape 900, un microphone 120 capte un signal d'entrée x(t) formé par la superposition de plusieurs versions retardées et atténuées du signal sonore émis par la source sonore omnidirectionnelle 100. En effet, le microphone 120 capte tout d'abord le signal source 130, encore appelé signal direct 130, mais également des signaux réfléchis 140 sur les parois de l'espace fermé 110. Les différents signaux réfléchis 140 ont parcouru des chemins acoustiques de différentes longueurs et ont été atténués par l'absorption des parois de l'espace fermé 110, la phase et l'amplitude des signaux réfléchis 140 captés par le microphone 120 sont donc différentes.In a
Deux types de réflexions existent, les réflexions précoces et la réverbération tardive. Le microphone 120 capte les signaux de réflexion précoce avec un faible retard par rapport au signal source 130, de l'ordre de zéro milliseconde à cinquante millisecondes. Lesdits signaux de réflexion précoce sont séparés temporellement et spatialement du signal source 130 mais l'oreille humaine ne perçoit pas ces signaux de réflexion précoce et le signal source 130 séparément grâce à un effet dit « effet de précédence ». Dans le cas où le signal sonore émis par la source sonore omnidirectionnelle 100 est un signal de parole, l'intégration temporelle des signaux de réflexion précoce par l'oreille humaine permet de mettre en relief certaines caractéristiques de la parole, ce qui favorise l'intelligibilité du signal sonore.Two types of reflections exist, early reflections and late reverberation. The
Le microphone 120 capte la réverbération tardive entre cinquante millisecondes et quatre-vingts millisecondes après l'arrivée du signal source 130. La réverbération tardive comprend de nombreux signaux réfléchis rapprochés dans le temps et donc impossibles à séparer. L'ensemble de ces signaux réfléchis est donc considéré dans un cadre probabiliste comme une distribution aléatoire dont la densité augmente avec le temps. Dans le cas où le signal sonore émis par la source sonore omnidirectionnelle 100 est un signal de parole, la réverbération tardive dégrade la qualité dudit signal sonore et son intelligibilité. Ladite réverbération tardive affecte également les performances de systèmes de reconnaissance de la parole et de séparation de sources sonores.The
Le signal d'entrée x(t) est échantillonné à une fréquence d'échantillonnage fs . Le signal d'entrée x(t) est ainsi subdivisé en échantillons. Afin de supprimer la réverbération tardive dudit signal d'entrée x(t), la densité spectrale de puissance de la réverbération tardive est estimée puis un filtre de déréverbération est construit par l'unité de déréverbération 210. L'estimation de la densité spectrale de puissance de la réverbération tardive, la construction du filtre de déréverbération et l'application dudit filtre de déréverbération sont effectués dans le domaine fréquentiel. Ainsi, dans une étape 901, une transformation temps-fréquence est appliquée au signal d'entrée x(t) par l'unité d'application de la Transformée de Fourier à Court Terme 200 afin d'obtenir une transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée x(t) notée XC (cf.
Chaque élément
Le signal d'entrée x(t) est analysé par trames de longueur M avec un pas d'avancement R égal à M/4 échantillons. Pour chaque trame du signal d'entrée x(t) dans le domaine temporel une transformée temps-fréquence Discrète d'indice fréquentiel d'échantillonnage k et d'indice temporel n est ainsi calculée grâce à l'algorithme de la transformation temps-fréquence pour obtenir un signal complexe
L'estimation de la densité spectrale de puissance de la réverbération tardive est réalisée sur le module de la transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée XC, noté X. La phase du transformée temps-fréquence complexe XC, notée ∠X est gardée en mémoire et est utilisée pour reconstruire un signal déréverbéré dans le domaine temporel après application du filtre de déréverbération.The estimate of the power spectral density of the late reverberation is performed on the complex time-frequency transform module of the input signal X C , denoted X. The phase of the complex time-frequency transform X C , denoted ∠X is kept in memory and is used to reconstruct a dereverberated signal in the time domain after application of the dereverberation filter.
Le module X de la transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée XC est ensuite regroupé en sous bandes. Plus précisément, ledit module X comporte le nombre K de lignes spectrales notées Xk. Le terme "ligne spectrale" désigne ici tous les échantillons du module X de la transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée XC pour l'indice fréquentiel d'échantillonnage k et tous les indices temporels n. Dans une étape 903, l'unité de regroupement en sous bandes 400 regroupe les K lignes spectrales Xk en un nombre J de sous bandes, afin d'obtenir un module sous échantillonné en fréquence noté X̃ comportant un nombre J de lignes spectrales notées X̃j , où j est un indice fréquentiel de sous échantillonnage compris entre 1 et le nombre J. Le nombre J est inférieur au nombre K. Chaque sous bande comporte ainsi une pluralité de lignes spectrales Xk, l'indice fréquentiel k appartenant à un intervalle ayant une borne inférieure bj et une borne supérieure ej . Dans un exemple, chaque sous bande correspond à un octave afin de prendre en compte le modèle de perception sonore de l'oreille humaine. Ensuite, dans une étape 904, l'unité de regroupement en sous bandes 400 calcule, pour chaque sous bande, une moyenne Mean des lignes spectrales Xk de ladite sous bande afin d'obtenir les J lignes spectrales X̃i du module sous échantillonné en fréquence X̃ (cf.
Ensuite, l'unité de calcul de vecteurs de prédiction 410 calcule pour chaque ligne spectrale X̃j du module sous échantillonné en fréquence X̃ et pour chaque indice temporel n un vecteur de prédiction αj,n (cf.
Chaque vecteur d'observation X̃vj,n est de taille N×1, où le nombre N est la longueur de l'observation. La longueur de l'observation N est le nombre de trames de la transformation temps-fréquence nécessaires pour l'estimation de la réverbération tardive. La longueur de l'observation N permet de définir la résolution temporelle de l'estimation. Quand la longueur de l'observation N augmente, la complexité du système diminue. Le sous-échantillonnage du module X de la transformée temps-fréquence complexe du signal d'entrée XC permet entre autre l'application du procédé en temps réel.Each observation vector Xv j, n is of size N × 1, where the number N is the length of the observation. The length of observation N is the number of the frames of the time-frequency transformation necessary for the estimation of the late reverberation. The length of the observation N makes it possible to define the temporal resolution of the estimate. As the length of observation N increases, the complexity of the system decreases. The subsampling of the X module of the complex time-frequency transform of the input signal X C makes it possible, among other things, to apply the method in real time.
Dans une étape 906, l'unité de construction de dictionnaires d'analyse 710 construit des dictionnaires d'analyse Da. Plus précisément, pour chaque indice temporel n et indice fréquentiel de sous échantillonnage j, un dictionnaire d'analyse
Dans une étape 907, l'unité de résolution du LASSO 720 résout un problème appelé "LASSO" qui est de minimiser la norme euclidienne
Dans une étape 908, pour chaque indice temporel n et chaque indice fréquentiel d'échantillonnage k, un vecteur d'observation courante Xvk,n est créé à partir de l'ensemble des échantillons appartenant à la k-ième ligne spectrale Xk du module X de la transformée temps-fréquence complexe et compris entre les instants n 1 et n, noté X k,n1:n où n est l'indice d'instant courant et n - n 1 est la taille de la mémoire du dispositif de déréverbération. Chaque vecteur d'observation Xvk,n est définit par la formule Xvk,n := [Xk,n ...X k,n-N+1] T , et est de taille N × 1, où N est la longueur de l'observation.In a
Dans une étape 909, l'unité de construction d'un dictionnaire de synthèse 800 construit un dictionnaire de synthèse Ds . Plus précisément, pour chaque indice temporel n et chaque indice fréquentiel d'échantillonnage k, le dictionnaire de synthèse
Dans une étape 910, pour chaque indice temporel n et chaque indice fréquentiel d'échantillonnage k, une estimation de la densité spectrale de puissance de la réverbération tardive ou du spectre de la réverbération tardive
Le vecteur de prédiction αj,n indique donc les colonnes du dictionnaire de synthèse qui ont été retenues pour l'estimation de la réverbération, ainsi que la contribution de chacune d'elles à la réverbération. Le spectre de la réverbération tardive Xℓ est considéré dans la suite du procédé comme un signal de bruit à éliminer.The prediction vector α j, n therefore indicates the columns of the synthesis dictionary that have been selected for estimating the reverberation, as well as the contribution of each of them to the reverberation. The spectrum of late reverberation X ℓ is considered in the rest of the process as a noise signal to be eliminated.
A cette fin, un filtrage de la réverbération est effectué par l'unité de filtrage 310. Plus précisément, dans une étape 911, pour chaque indice temporel n et chaque indice fréquentiel d'échantillonnage k, un filtre de déréverbération Gk,n est construit selon la formule
En effet, la réverbération estimée est non stationnaire à long terme car le signal sonore émis par la source sonore omnidirectionnelle 100, qui provoque ladite réverbération estimée n'est pas stationnaire à long terme. Des variations trop rapides de la réverbération estimée peuvent introduire des artéfacts gênants lors du filtrage. Pour limiter ces effets, un lissage récursif est effectué pour calculer la densité spectrale de puissance de la réverbération tardive.Indeed, the estimated reverberation is non-stationary in the long term because the sound signal emitted by the
Dans une étape 912, pour chaque indice temporel n et chaque indice fréquentiel d'échantillonnage k, les vecteurs d'observations Xvk,n sont filtrés par le filtre de déréverbération Gk,n calculé à l'étape 911 afin d'obtenir un module de signal déréverbéré Yk,n calculé de la façon suivante
Le filtre construit à l'étape 911 atténue fortement certains vecteurs d'observations Xvk,n ce qui génère des artéfacts nuisibles à la qualité du signal déréverbéré. Pour limiter lesdits artéfacts, une borne inférieure est imposée sur l'atténuation du filtre. Ainsi, pour chaque indice fréquentiel d'échantillonnage k et pour chaque indice temporel n, si le filtre de déréverbération Gk,n est inférieur ou égal à une valeur minimale du filtre de déréverbération Gmin, alors ledit filtre de déréverbération Gk,n est égal à ladite valeur minimale du filtre de déréverbération Gmin.The filter constructed in
Dans une étape 913, pour chaque indice fréquentiel d'échantillonnage k et chaque indice temporel n, le module de signal déréverbéré Yk,n et la phase ∠Xk,n du signal complexe
Dans une étape 914, une transformation fréquence-temps est appliquée par l'unité d'application d'une transformation fréquence-temps 220 au signal complexe déréverbéré
Dans une mise en oeuvre, la valeur du nombre de vecteurs d'observation L est égale à 10, la valeur du nombre de longueur d'observation N est égale à 8, la valeur du retard δ est égale à 5, la valeur du paramètre d'intensité maximale λ est égale à 0.5, la valeur du nombre K est égale à 257, la valeur du nombre J est égale à 10, la valeur de la longueur d'une trame M est égale à 512 et la valeur minimale du filtre de déréverbération Gmin est égale à -12 décibels. Ce choix de paramètres permet l'application du procédé en temps réel.In one implementation, the value of the number of observation vectors L is equal to 10, the value of the number of observation length N is equal to 8, the value of the delay δ is equal to 5, the value of the parameter of maximum intensity λ is equal to 0.5, the value of the number K is equal to 257, the value of the number J is equal to 10, the value of the length of a frame M is equal to 512 and the minimum value of the filter Gmin dereverberation is equal to -12 decibels. This choice of parameters allows the application of the process in real time.
Le procédé de suppression de la réverbération tardive d'un signal sonore selon l'invention est rapide et présente une complexité réduite. Ledit procédé est donc utilisable en temps réel. En outre, ce procédé n'introduit pas d'artéfacts et est robuste au bruit de fond. De plus, ledit procédé réduit le bruit de fond et est compatible avec des procédés de réduction de bruit.The method of suppressing the late reverberation of a sound signal according to the invention is rapid and has a reduced complexity. This method is therefore usable in real time. In addition, this method does not introduce artifacts and is robust to background noise. In addition, said method reduces background noise and is compatible with noise reduction methods.
Le procédé de suppression de la réverbération tardive d'un signal sonore selon l'invention nécessite un seul microphone pour traiter avec précision la réverbération.The method of suppressing the late reverberation of a sound signal according to the invention requires a single microphone to accurately process the reverberation.
Claims (6)
- Method for suppressing the late reverberation of a sound signal, characterized in that it includes the following steps:• capturing (900) an input signal (x) formed by the superimposition of a multiplicity of delayed and attenuated versions of the sound signal,• applying (901) a time-frequency transformation to the input signal (x) in order to obtain a complex time-frequency transform (XC ) of the input signal (x),• generating a frequency-subsampled modulus (X̃) from the modulus of the complex time-frequency transform (XC ) of the input signal (x),• generating (905) a plurality of subsampled observation vectors from said frequency-subsampled modulus (X̃),• constructing (906) a plurality of analysis dictionaries (Da ) from the plurality of subsampled observation vectors,• calculating (907) a plurality of prediction vectors (α) from the plurality of subsampled observation vectors and from the plurality of analysis dictionaries (Da ), by minimizing, for each prediction vector (α), the expression ∥X̃v - Daα∥2, which is the Euclidean norm of the difference between the subsampled observation vector associated with said prediction vector (α) and of the analysis dictionary (Da ) associated with said prediction vector (α) multiplied by said prediction vector (α), while taking into consideration the constraint ∥α∥1 ≤ λ, according to which the norm 1 of said prediction vector (α) is less than or equal to a maximum intensity parameter of the late reverberation (λ),• generating (908) a plurality of observation vectors from the modulus of the complex time-frequency transform (XC ) of the input signal (x),• constructing (909) a plurality of synthesis dictionaries (Ds ) from the concatenation of the plurality of observation vectors,• estimating (910) a late reverberation spectrum (Xℓ ) from the multiplication of the plurality of synthesis dictionaries (Ds ) by the plurality of prediction vectors (α),• filtering (912) the plurality of observation vectors in order to eliminate the late reverberation spectrum (X ℓ) and to obtain a dereverberated signal modulus (Y).
- Method according to Claim 1, characterized in that the value of the maximum intensity parameter of the late reverberation (A) is between 0 and 1.
- Method according to either of Claims 1 and 2, characterized in that it furthermore includes the following step:• generating (913) a dereverberated complex signal (YC ) from the dereverberated signal modulus (Y) and from the phase (∠X) of the complex time-frequency transform (XC ) of the input signal (x).
- Method according to Claim 3, characterized in that it furthermore includes the following step:• applying (914) a frequency-time transformation to the dereverberated complex signal (YC ) in order to obtain a dereverberated time signal (y).
- Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that it furthermore includes a step of constructing a dereverberation filter in accordance with the model
- Device for suppressing the late reverberation of a sound signal, characterized in that it includes means for:• capturing an input signal (x) formed by the superimposition of a multiplicity of delayed and attenuated versions of the sound signal,• applying a time-frequency transformation to the input signal (x) in order to obtain a complex time-frequency transform (XC ) of the input signal (x),• generating a frequency-subsampled modulus (X̃) from the modulus of the complex time-frequency transform (XC ) of the input signal (x),• generating a plurality of subsampled observation vectors from said frequency-subsampled modulus (X̃),• constructing a plurality of analysis dictionaries (D a) from the plurality of subsampled observation vectors,• calculating a plurality of prediction vectors (α) from the plurality of subsampled observation vectors and from the plurality of analysis dictionaries (D a), by minimizing, for each prediction vector (α), the expression ∥X̃v - Daα∥2, which is the Euclidean norm of the difference between the subsampled observation vector associated with said prediction vector (α) and of the analysis dictionary (Da ) associated with said prediction vector (α) multiplied by said prediction vector (α), while taking into consideration the constraint ∥α∥1 ≤ λ, according to which the norm 1 of said prediction vector (α) is less than or equal to a maximum intensity parameter of the late reverberation (λ),• generating a plurality of observation vectors from the modulus of the complex time-frequency transform (XC ) of the input signal (x),• constructing a plurality of synthesis dictionaries (Ds ) from the concatenation of the plurality of observation vectors,• estimating a late reverberation spectrum (X ℓ) from the multiplication of the plurality of synthesis dictionaries (Ds ) by the plurality of prediction vectors (α),• filtering the plurality of observation vectors in order to eliminate the late reverberation spectrum (Xℓ ) and to obtain a dereverberated signal modulus (Y).
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