FI104663B - Signaalinkäsittelylaite - Google Patents

Description

Signaalinkäsittelylaite 104663

Esillä oleva keksintö koskee signaalinkäsittelylaitetta, jolla poistetaan tehokkaasti häiriö häiriön sisältävästä signaalista, sellaisesta kuin signaali, johon e 5 on sekoittunut häiriötä.

Kuvio 1 on kaavio, jossa esitetään luonnos aiemmin tunnetusta häi-riönvaimennusjäijestelmästä (JP-patenttihakemus 63-500 543).

Kuviossa 1 tuloliitännässä oleva kohinalla lisätty äänisignaali jaetaan kanavajakajalla 19 useiksi valituiksi kanaviksi. Sen jälkeen näiden yksittäisten 10 esikäsiteltyjen puhekanavien vahvistusta säädetään kanavavahvistuksen muun-timella 21 muunnetun myöhemmin kuvattavan signaalin ohjaamana siten, että vahvistus kanavilla, joilla on alhainen ääni/kohinasuhde, alenee. Sen jälkeen yksittäiset kanavat, jotka sisältävät esikäsitellyn äänen, yhdistetään uudelleen kanavien yhdistäjässä 26 häiriövaimennetun äänisignaalin muodostamiseksi, joka 15 on saatavilla lähdössä.

Yksittäiset kanavat, jotka sisältävät esikäsitellyn äänen, viedään myös kanavaenergian arvioijaan 20, joka muodostaa energiaverhokäyrän arvot jokaiselle kanavalle. Jälkikäsitelty ääni syötetään kanavaenergian arvioijaan 22. Jälkikäsiteltyä arvioitua kanavaenergiaa käytetään taustahäiriön arvioijassa 23 20 ääni/kohinasuhteen määräämiseen.

Kanavan SNR-arvioija 24 vertaa arvioijan 23 taustahäiriöarviota arvioijan 20 kanavaenergia-arvioon SNR-arvion muodostamiseksi. SNR-arviota käytetään määrätyn vahvistusarvon valitsemiseen kanavavahvistuksien taulukosta, joka sisältää kokeellisesti etukäteen määrätyt vahvistukset. Kanavavah-25 vistuksen ohjain 25 muodostaa muunnetun signaalin yksittäiset kanavavahvistuksen arvot SNR-arvion ohjaamana.

Sellainen aiemmin tunnettu häiriönvaimennusjärjestelmä kuitenkin säätää vahvistusta häiriön vaimentamiseksi poistamatta häiriötä, joten riittävästi häiriöstä vapaata signaalia ei voida saada.

30 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää signaalikäsittelylaite luotettavasti häiriöstä vapaan signaalin muodostamiseksi aiemmin tunnetun häi-riönvaimennusjärjestelmän ongelma ratkaisemalla.

Tämä tarkoitus saavutetaan äänen signaalinkäsittelylaitteella, joka käsittää: « 104663 2 taajuusanalysoi nti laitteen, johon syötetään signaali, johon on sekoittunut häiriötä ja ääntä mainitun signaalin taajuusanalyysin suorittamiseksi taajuusanalyysimenetelmällä taajuusanalysoidun signaalin tuottamiseksi; signaalinilmaisulaitteen äänen signaaliosan ilmaisemiseksi ensim-5 mäisinä aikajaksoina, jotka sisältävät mainitun äänen ja kohinan ja kohinaosan toisina aikajaksoina, jotka sisältävät vain kohinaa; häiriönennustuslaitteen, johon syötetään mainittu taajuusanalysoitu signaali signaalinhäiriön ennustamiseksi mainitusta ensimmäisestä aikajaksosta, joka sisältää mainitun äänen ja kohinan menneen kohinan informaation perus- 10 teella, ja; eliminointilaitteen mainitun ennustetun häiriön vähentämiseksi taa-juusanalysoidusta signaalista, jolle on tunnusomaista, että laite edelleen käsittää kepstrin analysointivälineet kepstrianalyysin suorittamiseksi mainitulla taa-juusanalysoidulla signaalilla mainitun äänisignaalin osien määrittelemiseksi.

15 Kuvio 1 on lohkokaavio, joka kuvaa aiemmin tunnettua häiriönvai- mennusjärjestelmää;

Kuvio 2 on lohkokaavio, joka esittää esillä olevan keksinnön mukaista signaalinkäsittelylaitetta;

Kuviossa 3 esitetään kaaviot toteutuksen spektristä ja kepstristä; 20 Kuvio 4 on kaavio, joka havainnollistaa toteutuksen häiriöennustusta;

Kuvio 5 on kaavio, joka kuvaa eliminointimenetelmää ajan suhteen toteutukseen perustuen;

Kuvio 6 on kaavio, joka kuvaa eliminointimenetelmää ajan suhteen toteutukseen perustuen; 25 Kuvio 7 on lohkokaavio, jossa esitetään toisen esillä olevan keksin nön mukainen signaalinkäsittelylaite;

Kuvio 8 on lohkokaavio, jossa esitetään toisen esillä olevan keksinnön mukainen signaalinkäsittelylaite;

Kuvio 9 on kaavio, joka havainnollistaa toteutuksen eliminointiker- 30 roinia;

Kuvio 10 on lohkokaavio, joka kuvaa toisen esillä olevan keksinnön mukaisen signaalinkäsittelylaitteen toteutuksen;

Kuvio 11 on lohkokaavio, joka kuvaa toisen esillä olevan keksinnön mukaisen signaalinkäsittelylaitteen toteutuksen; ja 35 Kuvio 12 on lohkokaavio, joka kuvaa toisen esillä olevan keksinnön mukaisen signaalinkäsittelylaitteen toteutuksen.

3 104663

Kuvioita tarkastelemalla tullaan tämän jälkeen selittämään esillä olevan keksinnön toteutukset.

Kuvio 2 on lohkokaavio, joka esittää esillä olevan keksinnön mukaista signaalinkäsittelylaitetta.

5 Mikrofoniin 1 tuodaan tavallisesti häiriötä, sellaista kuin moottorin ääni, äänen S lisäksi. Näin ollen mikrofoni 1 tuottaa äänisignaalin sekoittuneena häiriöön (S + N).

A/D-muunnin 2 muuntaa äänisignaalin siihen sekoittuneen analogisena signaalina olevan häiriön kanssa digitaaliseksi signaaliksi.

10 FFT-laite (nopea Fourier-muunnos) 3 esimerkkinä taajuudenanaly- sointilaitteesta suorittaa nopean Fourier-muunnoksen äänisignaalille, johon on sekoittunut häiriötä, ja joka sitten on muunnettu digitaaliseksi signaaliksi.

Signaalinilmaisulaite 45 ilmaisee signaaliosan signaalista, johon on sekoittunut häiriötä, joka on Fourier-muunnettu. Laite 45 sisältää esimerkiksi 15 kepstrianalyysilaitteella 4 Fourier-muunnetun signaalin kepstrianalysointia varten, ja signaalinilmaisulaitteen 5 signaaliosan ilmaisemiseksi käyttämällä näin analysoitua kepstriä. Termiä "kepstri", joka saadaan termistä "spektri", symboloi tässä hakemuksessa ο(τ) ja se saadaan Fourier-muuntamalla käänteisesti logaritmi lyhytaikaisesta spektristä S(a>).

20

M

ο(τ) = Σ log|S((o m)|2cos(x<o J m=0 * 25 τ:η mittana on aika ja x:tä (aika) nimitetään "kefrenssi", joka on saatu sanasta "frekvenssi" (taajuus).

Esimerkkinä on annettu kuvion 3 mukaiset aaltomuodot. Kuvio 3(a) on lyhytaikainen spektri ja kuvio 3(b) on sen kepstri. Signaalinilmaisulaite 5 ilmaisee signaaliosan häiriöosasta käyttämällä kepstriä. Menetelmänä signaa-„ : 30 liosan erottamiseksi kepstriä käyttämällä tunnetaan esimerkiksi menetelmä **' kepstrin huippuarvon ilmaisemiseksi. Tämä tarkoittaa että menetelmässä käy tetään huippuarvon ilmaisulaitetta 51 analysoidun kepstrin huippuarvon ilmaisemiseen, ja signaali/kohinailmaisulaitetta 52 signaalin erottamiseksi näin ilmaistun huippuarvoinformaation perusteella. P-kirjain kuviossa 3(b) osoittaa 35 huippuarvon, ja osan, jossa huippu esiintyy, määrätään olevan äänisignaalin m 104663 4 osa. Huippu ilmaistaan esimerkiksi siten, että aiemmin on asetettu määrätty kynnysarvo ja huippuarvoa verrataan kynnysarvoon.

Häiriönennustuslaite 6 syöttää siihen Fourier-muunnetun signaalin siihen sekoittuneine häiriöineen ja ennustaa signaaliosassa olevan häiriön jälki-5 häiriöinformaation perusteella. Esimerkiksi, kuten kuviossa 4 on esitetty, akseli X edustaa taajuutta, akseli Y äänitasoa ja akseli Z aikaa. p1 :n ja p2:n data pi:n läpi taajuudella f1 otetaan ennustamaan edeltävää pj:tä. Esimerkiksi keskiarvon häi-riöosista pl pi:n läpi ennustetaan olevan pj. Vaihtoehtoisesti kun äänisignaalin osuus jatkuu edelleen, pj kerrotaan edelleen vaimennuskertoimella. Esillä ole-10 vassa toteutuksessa häiriönennustuslaite 6 ennustaa signaaliosassa olevan häiriön käyttämällä signaaliosan informaatiota, jonka signaalinilmaisulaite 45 ilmaisee. Esimerkiksi, kun signaaliosa ilmaistaan, laite 45 ennustaa häiriön signaaliosassa lähimmässä menneisyydessä olevan häiriöosan datan perusteella katsottuna kohdasta joka alkaa signaaliosasta. On myös edullista että häiriönen-15 nustuslaite 6 käyttää signaalinilmaisulaitteen 45 ilmaisemaan signaaliosaa (häiriöosa) kumuloimaan menneen häiriöinformaation.

Eliminointilaite 7 vähentää häiriönennustuslaitteen 6 ennustaman häiriön Fourier-muunnetusta signaalista, johon häiriö on sekoittunut. Esimerkiksi eliminointi ajan suhteen suoritetaan tavalla, jossa ennustettu häiriöaaltomuoto 20 (b) vähennetään häiriötä sisältävästä äänisignaalista (a), kuten kuviossa 5 on esitetty, mikä siten sallii vain signaalin ulosoton (c). Myöskin, kuten kuviossa 6 on esitetty, eliminointi taajuuden perusteella suoritetaan sillä tavoin, että häiriötä sisältävä äänisignaali (a) Fourier-muunnetaan (b), tämän jälkeen näin muodostetusta signaalista vähennetään (d) ennustettu häiriöspektri (c), ja tulos kääntei-25 sesti Fourier-muunnetaan, jotta saadaan häiriövapaa (e) äänisignaali. Tietenkin ilman signaalia oleva osa voidaan määrittää olemaan pelkkää häiriötä siten, että muodostetaan signaali, joka saadaan kääntämällä FFT-lartteen 3 lähtösignaali, ja ilman signaalia olevassa osassa käänteinen signaali summataan suoraan FFT-laitteen 3 lähtösignaaliin häiriön poistamiseksi täydellisesti.

30 IFFT-laite 8, esimerkkinä signaalinyhdistämislaitteesta, käänteisesti f., Fourier-muuntaa häiriöstä vapaan signaalin, joka saadaan eliminointilaitteelta 7.

D/A-muunnin 9 muuntaa häiriöstä vapaan signaalin, joka on digitaalinen IFFT-laitteella 8 saatu signaali, analogiseksi signaaliksi. Kuviossa 2 f ilmaisee häiriöstä vapaan signaalin olevan analoginen signaali.

35 Puheenilmaisija 10 ilmaisee, mikä sana näin saatu häiriöstä vapaa puhesignaali on.

104663 5

Yllä kuvatun toteutuksen toiminta tullaan kuvaamaan tämän jälkeen.

Mikrofoni 1 syöttää siihen äänen, johon on sekoittunut häiriötä ja tuottaa äänisignaalin siihen sekoittuneine häiriöineen (S + N) (katso kuvio 2, a). A/D-muunnin 2 muuntaa äänisignaalin siihen sekoittuneine häiriöineen, mikä on 5 analoginen signaali, digitaaliseksi signaaliksi. FFT-laite 3 suorittaa nopean Fou-rier-muunnoksen äänisignaalille, johon häiriö on sekoittunut, ja joka sitten on muunnettu digitaaliseksi signaaliksi (katso kuvio 2, b).

Signaalinilmaisulaite 45 ilmaisee signaaliosan signaalista, johon häiriö on sekoittunut, ja joka näin on Fourier-muunnettu. Esimerkiksi kepstri-10 analysointilaite 4 suorittaa kepstrianalyysin Fourier-muunnetulle signaalille. Signaalinilmaisulaite 5 ilmaisee edelleen signaaliosan käyttämällä näin analysoitua kepstriä (katso kuvio 2, c). Laite 5 esimerkiksi ilmaisee kepstrin huipun signaalin ilmaisemiseksi.

Häiriönennustuslaite 6 syöttää siihen Fourier-muunnetun signaalin, 15 johon häiriö on sekoittunut, ottaa datan pl .stä ja p2:sta pi:n kautta taajuudella f1, ja laskee keskiarvon häiriöosista p1 pi:n kautta, joista tehdään pj. Myöskin esillä olevassa toteutuksessa häiriönennustuslaite 6 ennustaa signaaliosassa olevan häiriön (katso kuvio 2, d) lähimmän menneisyyden häiriöosan datan perusteella katsottuna signaaliosalla alkavasta pisteestä, kun signaali ilmaistaan 20 käyttämällä signaaliosan informaatiota joka on ilmaistu signaalinilmaisulaitteella 45.

Eliminointilaite 7 vähentää häiriönennustuslaitteen 6 ennustaman häiriön Fourier-muunnetusta signaalista, johon häiriö on sekoittunut (katso kuvio 2, e)· 25 IFFT-laite 8 Fourier-muuntaa käänteisesti häiriöstä vapaan signaalin, joka on saatu eliminointilaitteella 7.

D/A-muunnin 9 muuntaa häiriöstä vapaan äänisignaalin, joka on IFFT-laitteella 8 saatu digitaalinen signaali, analogiseksi signaaliksi (katso kuvio 2, f).

30 Aänenilmaisija 10 ilmaisee, mikä sana näin saatu häiriöeliminoitu ää- nisignaali on. Koska signaali ei sisällä häiriötä, sen ilmaisunopeus tulee korkeaksi.

Esillä olevan keksinnön mukainen häiriönilmaisulaite 6 voi olla sellainen laite, jolla ennustetaan signaaliosan häiriökomponentti yksinkertaisesti 35 menneen häiriöinformaation perusteella käyttämättä signaalinilmaisulaitteella 45 m m • 6 1046.63 ilmaistua signaalia. Laite 6 esimerkiksi ennustaa yksinkertaisesti, että mennyt häiriö jatkuu myös signaaliosassa.

Esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa myös muiden signaalien, joihin häiriö sekoittuu, käsittelyyn, eikä sen tarvitse rajoittua äänisignaalin käsit-5 telyyn.

Edelleen esillä oleva keksintö, vaikkakin tässä toteutettuna ohjelmallisesti tietokonetta käyttämällä, voidaan myös toteuttaa käyttämällä erityistä laitteistoon perustuvaa piiriä.

Kuten yllä kuvattiin, esillä olevan keksinnön mukainen signaalinilmai-10 sulaite ilmaisee signaaliosan taajuusanalysoidusta signaalista, johon häiriö on sekoittunut, ennustaa signaaliosan häiriön menneen häiriöinformaation avulla, ja vähentää ennustetun häiriön signaalista, johon häiriö on sekoittunut, sallien näin täysin häiriövapaan signaalin muodostamisen.

Kun häiriönennustuslaitteessa 6 käytetään signaalinilmaisulaitteen 45 15 ilmaisemaan signaalia liipaisuna signaaliosan häiriön ennustamiseksi, häiriö voidaan ennustaa tarkemmin, jolloin signaali, josta häiriö on varmemmin eliminoitu, voidaan muodostaa.

Piirroksia tarkastelemalla tullaan tämän jälkeen selittämään toisen esillä olevan keksinnön toteutukset.

20 Kuvio 7 on lohkokaavio signaalinkäsittelylaitteesta esillä olevan kek sinnön mukaisessa toteutuksessa. Kuviossa 7 numero 71 osoittaa kaistanjako-laitetta, jolla jaetaan äänisignaali, joka sisältää häiriön, kullekin taajuuskaistalle, esimerkkinä taajuusanalysointilaitteesta, jolla signaali taajuusanalysoidaan, numero 72 osoittaa häiriönennustuslaitteen, johon syötetään kaistanjakolaitteen 71 25 lähtösignaali, häiriökomponentin ennustamiseksi, numero 73 osoittaa eliminoin-tilaitteen, jolla eliminoidaan häiriö sellaisella tavalla kuin myöhemmin kuvataan, ja numero 74 osoittaa kaistanyhdistämislaitteen, jolla yhdistetään ääni, esimerkkinä signaalinmuodostamislaitteesta, jolla signaali muodostetaan.

Yllä kuvattu laite tullaan selittämään yksityiskohtaisesti tämän jäl-30 keen. Kaistanjakolaitteeseen 71 syötetään ääni, joka sisältää häiriö/häiriö-tulosignaalin, ja se suorittaa kaistanjaon m kanavan taajuuskaistoiksi, ja se syöttää ne häiriönennustuslaitteelle 72 ja eliminointilaitteelle 73. Häiriönennus-tuslaite 72 ennustaa häiriökomponentin kullekin kanavalle ääni/häiriö-tulosignaalin perusteella, joka on jaettu m kanavaksi, ja syöttää ne eliminointi-35 laitteelle 73. Häiriön ennustus suoritetaan esimerkiksi, kuten aiemmin on kuvattu ja esitetty kuviossa 4. Eliminointilaitteeseen 73 syötetään m-kanavainen signaali 104663 7 kaistajakolaitteelta 71 ja häiriönennustamislaite 72 eliminoi häiriön tavalla, jossa vähennetään häiriö kultakin kanavalta eliminointikerrointulosignaalin ohjaamana, ja se syöttää ne kaistanyhdistämislaitteelle 74. Tämä tarkoittaa, että eliminointi suoritetaan kertomalla ennustettu häiriökomponentti eliminointikertoimella. Ta-5 vallisesti eliminointi aika-akselilla esimerkkinä eliminointimenetelmästä suoritetaan aiemmin kuvatulla tavalla ja kuten kuviossa 5 on esitetty. Myöskin, kuten aiemmin on kuvattu ja kuviossa 6 on esitetty, suoritetaan eliminointi taajuuden suhteen. Kaistanyhdistämislaite 74 yhdistää m-kanavaisen signaalin, joka syötetään eliminointilaitteelta 73, lähtevän äänen muodostamiseksi.

10 Esillä olevan keksinnön toteutuksen mukaisesti rakennetun signaa linkäsittelylaitteen toiminta tullaan selittämään tämän jälkeen.

Ääni, joka sisältää häiriö/häiriö-tulosignaalin, kaistajaetaan m-kanavan signaaleiksi kaistanjakolaitteella 71 ja sen häiriökomponentti ennustetaan kullekin kanavalle häiriönennustamislaitteella 72. Signaalista, joka on kais-15 tajaettu m-kanavaan kaistanjakolaitteella 71, eliminoidaan häiriökomponentti, joka syötetään kullekin kanavalle häiriönennustamislaitteelta 72. Häiriöneliminoin-tisuhde tuolla hetkellä on asetettu sopivasti parantamaan tajuttavuutta kullakin kanavalla eliminointikerrointulosignaalin avulla. Esimerkiksi tajuttavuutta parannetaan sillä tavoin, että kun äänisignaali esiintyy, eliminointikerroin tehdään al-20 haiseksi vaikka häiriö esiintyy, jolloin häiriötä ei paljoa eliminoida. Sen jälkeen häiriöstä vapaa m-kanavainen signaali, joka eliminointilaitteella 73 saadaan, yhdistetään kaistanyhdistämislaitteella 73 lähtevän äänisignaalin muodostamiseksi.

Kuten yllä kuvattiin, esillä olevan toteutuksen mukaisesti eiiminointi-25 laitteen 73 häiriöneliminointisuhde voidaan asettaa sopivasti kullekin kaistalle eliminointikertoimen tulon kautta, ja eliminointikerroin valitaan tarkasti äänen mukaan, mikä siten sallii tajuttavuudeltaan häiriövaimennetun lähtevän äänen muodostamisen.

Kuviossa 8 on varattu sama numerointi samoille laitteille kuin kuvion 30 7 toteutuksessa. Tämä tarkoittaa, että numero 71 osoittaa kaistanjakolaitetta, numero 72 osoittaa häiriönennustuslaitetta, numero 73 osoittaa eliminointilaitetta ja numero 74 osoittaa kaistanyhdistämislaitetta. Äänitaajuuden ilmaisulaite 87 ilmaisee syötetyn ääni/häiriö-tulosignaalin äänen taajuuden ja syöttää sen kana-vakertoimen asetuslaitteelle 88. Äänen taajuus määrätään useilla menetelmillä, 35 kuten taulukossa 1 on esitetty, ja se ilmaisee äänen esiintymisen/puuttumisen ja luonteen.

104663 8 Äänitaajuuden ilmaisulaitteen 87 sijasta voidaan käyttää myös toista laitetta ääniosan ilmaisemiseksi. Eliminointikertoimen asetuslaite 88 on asetettu toimimaan sillä tavoin, että se asettaa eliminointikerrointen numeron m äänitaajuuden ilmaisulaitteen 87 antaman äänitaajuuden perusteella ja syöttää sen eli-5 minointilaitteelle 73.

Näin rakennetun signaalinkäsittelylaitteen toiminta esillä olevan keksinnön mukaisissa toteutuksissa tullaan selittämään tämän jälkeen.

Ääni, joka sisältää häiriö/häiriö-tulosignaalin, kaistajaetaan m-kanavan signaaleiksi kaistanjakolaitteella 71, ja sen häiriökomponentti ennuste-10 taan kullekin kanavalle häiriönennustuslaitteella 72. Signaalista, joka on kaista-jaettu m-kanavaksi kaistanjakolaitteella 71, eliminoidaan häiriökomponentti, joka tuotetaan kullekin kanavalle häiriönennustamislaitteelta 72.

> t •« « * 1 · 104663 9 TAULUKKO 1

Luokittelu Taajuudenerotus- Ominaisuudet menetelmä (1) Rinnakkais- Suorittaa päätöksen taajuusjaksojen prosessointi enemmistön perusteella erotettuina 6- luokkaisella yksinkertaisella aaltomuodon huippuarvoilmaisimella.

Aaltomuodon (2) Datamuunnos Hylkää pois muun datan kuin taajuuspuls- käsittely siehdokkaat erilaisten loogisten operaati oiden aaltomuotodatasta.

(3) Nollanohitusten Tähtää toistuvaan kuvioon aaltomuodon laskenta useiden nollanohitusten suhteen.

(4) Itsekorrelaatio Itsekorrelaatiofunktio äänen aaltomuo dosta ja keskikohdan leikkaaminen sallii spektrin tasoittamisen ja huippuarvon leikkaus sallii toiminnan yksinkertaistamisen.

(5,a) Muunnettu Itsekorrelaatiofunktio LPC-analyysin jään- korrelaatio nöksistä ja LPF ja jäännössignaalin pola risoine sallii toiminnan yksinkertaistamisen.

II

Korrelaatio- (5,b) SIFT-algoritmi Ääniaaltomuodon alasnäytteistyksen jäl- käsittely keen suorittaa LPC-analyysin ja tasoittaa spektrin käänteisellä suotimella. Palauttaa tarkkuuden ajan suhteen korrelaatiofunktiota interpoloimalla.

(6) AMDF Ilmaisee jaksollisuuden amplitudikeskiar- von erotusfunktiolla (AMDF). Sallii myös jäännössignaalin erottamisen AMDF:llä.

(7) Kepstri Erottaa spektrin verhokäyrän ja hienora kenteen Fourier-muuntamalla tehospektrin logaritmin.

III

·1 Spektri- (8) Jaksollinen Määrää spektrin perustaajuuden kor- " käsittely histogrammi keamman harmonisen histogrammin ja päättää taajuuden ylempien harmonisten yhteisen jakajan avulla.

104663 10 Häiriöneliminointisuhde tuolla hetkellä asetetaan kullekin kanavalle eliminointikertoimella, joka syötetään eliminointikertoimen asetuslaitteelta 88. Tämä tarkoittaa, että kun ennustettua häiriökomponenttia edustaa ai, häiriötä sisältävää signaalia bi ja eliminointikerrointa alphai. eliminointilaitteen 73 lähtösig-5 naaliksi ci tulee (bi - alphai x ai). Ja sen eliminointikerroin määrätään informaation perusteella, joka tulee äänitaajuudenilmaisulaitteelta 87. Tämä tarkoittaa, että äänitaajuudenilmaisulaite 87 syöttää siihen ääni/häiriö-tulosignaalin ja ilmaisee äänen taajuuden. Eliminointikertoimen asetuslaite 88 asettaa eliminointikertoi-met kuten kuviossa 9 on esitetty. Tämä tarkoittaa, että kuviossa 9 esitetään eli-10 minointikertoimet kullekin kaistalle, jossa fO - f3 osoittaa koko ääni/häiriö-tulosignaalin kaistaa. fO - f3 on jaettu m-kanavaksi eliminointikertoimen asettamista varten. f1 - f2 osoittaa erityisesti äänen sisältävää kaistaa, joka on saatu käyttämällä äänitaajuutta. Näin ollen äänikaistalla eliminointikerroin laitetaan alhaiseksi (lähellä nollaa), jotta häiriötä eliminoitaisiin niin vähän kuin mahdollista, 15 mikä aiheuttaa tajuttavuuden paranemisen. Tämä johtuu siitä, että ihmisen kuuloaisti voi kuulla äänen vaikka äänessä on hiukan häiriötä. Muilla kuin ääni-kaistoilla fO - f1 ja f2 - f3 eliminointikertoimeksi laitetaan 1 häiriön poistamiseksi riittävästi. Kuviossa 9 olevaa eliminointikerrointa käytetään kun varmasti todetaan, että mitään ääntä ei esiinny ja vain häiriön katsotaan esiintyvän, ja sille 20 annetaan arvo 1 häiriön poistamiseksi riittävästi. Esimerkiksi, jos mitään vokaalia ei esiinny huipputaajuuden kannalta katsottuna, signaalin ei voida katsoa olevan äänisignaali, joten signaalin katsotaan olevan häiriötä. On edullista, että eliminointikerroin kuviossa 9 (a) ja (b) voidaan sopivasti vaihtaa.

Esillä olevaa keksintöä ei voida soveltaa ainoastaan äänisignaalille, . 25 vaan myös muuhun signaalinkäsittelyyn.

Esillä oleva keksintö voidaan myös toteuttaa, vaikkakin se on tässä toteutettuna ohjelmallisesti tietokonetta käyttämällä, käyttämällä erityistä lait-teistopohjaista piiriä.

Kuten yllä olevasta kuvauksesta on ilmeistä, esillä olevan keksinnön 30 mukainen signaalinkäsittelylaite sisältää häiriönennustuslaitteen, jolla ennuste-·.' taan häiriökomponentti, eliminointilaitteen, johon häiriöennustuslaitteen häiriö- ennustettu lähtösignaali, taajuusanalysointilaitteen, johon taajuusanalysoitu lähtösignaali ja eliminointikerroinsignaali syötetään, ja joka eliminoi häiriökom-ponentin ottamalla huomioon taajuusanalysoinnin lähdön eliminointisuhteen, ja 35 signaalinyhdistämislaitteen jolla yhdistetään eliminointilaitteen eliminoima lähtö-signaali siten, että kun häiriökomponentti eliminoidaan äänestä, joka sisältää 11 104663 häiriön, eliminoinnin astetta ohjataan sopivasti, mikä samalla sallii häiriön eliminoinnin ja tajuttavuuden paranemisen.

Piirroksia tarkastelemalla tullaan selittämään esillä olevan toisen keksinnön toteutus.

5 Kuvio 10 on lohkokaavio signaalinkäsittelylaitteesta esillä olevan kek sinnön toteutuksessa. Laite on rakennettu kuten kuviossa 10 on esitetty. Tämä tarkoittaa, että häiriönennustusosa 101 ennustaa häiriön ääni/häiriö-tulosignaalin ja ohjaussignaalin avulla, jotka äänenilmaisuosa 103 syöttää, ja syöttää ennustetun häiriön eliminointiosaan 102. Eliminointiosa 102 eliminoi häi-10 riön ääni/häiriö-tulosignaalista ennustetun häiriön ohjaamana, joka syötetään häiriönennustusosasta 101, jotta saataisiin lähtevä ääni, ja syöttää lähtevän äänen äänenilmaisuosaan 103. Äänenilmaisuosa 103 ilmaisee varsinaisen äänen esiintymisen/puuttumisen äänilähdössä, jotta saataisiin ääni-ilmaistu-lähtö signaali, ja syöttää ääni-ilmaistu-lähtösignaalin ohjaussignaalina häiriönennus-15 tusosaan101.

Selitetään yllä olevan rakenteen toiminta. Ääni, joka on päällekkäin häiriö/häiriö-tulosignaalin kanssa, syötetään eliminointiosaan 102, jossa häiriö eliminoidaan ennustetun häiriön ohjaamana, jonka häiriönennustusosa 101 syöttää, äänilähdön tuottamiseksi. Ääni/häiriö-tulosignaali, josta häiriö on elimi-20 noitu eliminointiosalla 102, syötetään äänenilmaisuosaan 103, jossa äänen esiintyminen/puuttuminen ilmaistaan, jotta saataisiin ääni-ilmaistu-lähtö-signaali. Näin ollen häiriönilmaisuosa 101 toimii siten, että osa käyttää ohjaussignaalina ääni-ilmaistu-lähtösignaalia, joka osoittaa äänen esiintymisen/puuttumisen, ja joka on syötetty äänenilmaisuosasta 103, ääni/häiriö-sig-25 naalin häiriön ennustamiseksi, ja syöttää ääni-ilmaistu-signaalin etiminointiosalle 102.

Näin ollen esillä olevan keksinnön toteutuksessa olevan signaalinkäsittelylaitteen mukaisesti äänen ilmaisu suoritetaan signaalilla, josta häiriö on aiemmin eliminoitu, joka tulee ääni/häiriötulosta, mikä samalla sallii äänen esiin-.... 30 tymisen/puuttumisen ilmaisemisen tarkasti häiriöstä riippumatta. Sellaisella il- maisulla häiriön ennustus voidaan myös suorittaa tarkasti ja häiriö poistuu tehokkaasti ääni/häiriö-tulosignaalista, jolloin saadaan puhdas lähtevä ääni.

Tarkastelemalla kuviota 11 selitetään tämän jälkeen toisen esillä olevan keksinnön toteutus.

35 Kuvio 11 on lohkokaavio esillä olevan keksinnön toteutuksen signaa linkäsittelylaitteesta. Laite on rakennettu kuviossa 11 esitetyllä tavalla. Tämä tar- « 104663 12 koittaa, että ensimmäinen eliminointiosa 105 eliminoi ensimmäisen häiriönen-nustusosan 104 ennustaman häiriön ääni/häiriö-tulosignaalista, ja syöttää häiriöstä vapaan signaalin äänenilmaisuosalle 106, toiselle häiriönennustusosalle 107 ja toiselle eliminointiosalle 108. Äänenilmaisuosa 106 ilmaisee ensimmäi-5 seltä eliminointiosalta 105 syötetyn signaalin esiintymisen/puuttumisen ääni-ilmaistu-lähtösignaalin saamiseksi, ja syöttää ääni-ilmaistu-lähtösignaalin ohjaussignaalina ensimmäiselle häiriönennustusosalle 104 ja toiselle häiriönennustusosalle 107. Toinen eliminointiosa 108 eliminoi toisen häiriönennustusosan 107 ennustaman häiriön ensimmäisen eliminointiosan 105 syöttämästä signaa-10 lista lähtevän äänen saamiseksi. Ensimmäinen häiriönennustusosa 104 ja toinen häiriönennustusosa 107 käyttävät molemmat äänenilmaisuosalta 106 tulevaa ohjaussignaalia häiriön ennustamiseksi ääni/häiriö-tulosignaalissa ja häiriön ennustamiseksi signaalissa joka syötetään ensimmäiseltä eliminointiosalta 105, vastaavasti. Sen jälkeen toinen häiriönennustusosa 107 syöttää ennustettu-15 tuloksen toiselle eliminointiosalle 108, joka puolestaan tekee eliminoitu-tuloksesta lähtevän äänen.

Selitetään yllä olevan rakenteen toiminta. Ääni, joka on päällekkäin häiriö/häiriö-tulosignaalin kanssa, syötetään ensimmäiseen eliminointiosaan 105 jossa häiriö eliminoidaan ennustetun häiriön ohjaamana, joka syötetään ensim-20 mäisestä häiriönennustusosasta 104. Ensimmäinen lähtevä ääni, josta häiriö on aiemmin eliminoitu ensimmäisellä eliminointiosalla 105, syötetään toiseen eliminointiosaan 108, jossa häiriötä edelleen eliminoidaan tarkoin toisen ennustetun häiriön ohjaamana, joka syötetään toisesta ennustusosasta 107, jotta saadaan lähtevä ääni. Myöskin ensimmäinen lähtevä ääni, josta häiriö on aiemmin 25 eliminoitu ensimmäisellä eliminointiosalla 105, syötetään äänenilmaisuosaan 106, jossa esiintyminen/puuttuminen ilmaistaa, jotta saadaan ääni-ilmaistu-lähtösignaali (ohjaussignaali). Ensimmäinen häiriönennustusosa 104 käyttää nyt ohjaussignaalia, joka osoittaa äänen esiintymisen/ puuttumisen, joka tulee äänenilmaisuosalta 106, ääni/häiriö-tulosignaalin häiriön ennustamiseen, ja syöttää 30 ensimmäisen häiriöennustetun signaalin ensimmäiselle eliminointipiirille 105.

·; Toinen häiriönennustusosa 107 toimii edelleen siten, että osa 107 käyttää sa malla tavalla ohjaussignaalia, joka osoittaa äänen esiintymisen/puuttUmisen, joka syötetään äänenilmaisuosalta 106, jotta edelleen ennustettaisiin tarkasti ensimmäisestä lähtevästä äänisignaalista, josta häiriö on aiemmin eliminoitu, pe-35 räisin oleva häiriösignaali ensimmäisellä eliminointiosalla 105, ja syöttää toisen 13 104663 ennustetun häiriön toiselle eliminointiosalle 108. Näin ollen toisen esillä olevan keksinnön mukaisessa signaalinkäsittelylaitteessa äänen esiintyminen/puut-tuminen voidaan ilmaista tarkasti häiriöstä riippumatta, ja häiriö ennustetaan edelleen tarkasti ja eliminoidaan ensimmäisestä lähtevästä äänestä, josta häiriö 5 on aiemmin eliminoitu, mikä sallii samalla tasoltaan paljon alhaisemman ja nopeasti vaihtelevan epävakaan häiriön eliminoinnin.

Piirrosta tarkastelemalla selitetään tämän jälkeen toisen esillä olevan keksinnön mukainen toteutus.

Kuvio 12 on lohkokaavio toisen esillä olevan keksinnön mukaisen 10 toteutuksen signaalinkäsittelylaitteesta.

Laite on rakennettu kuvion 12 osoittamalla tavalla. Tämä tarkoittaa, että FFT-käsittelyosa 121 muuntaa tulevan signaalin taajuusalueen signaaliksi ja syöttää muunnetun signaalin kepstrin huippuarvon ilmaisuosaan 122, häiriönen-nustusosaan 125 ja eliminointiosaan 126. Kepstrin huippuarvon ilmaisuosa 122 15 ilmaisee kepstrin huippuarvon taajuusalueen signaalista, joka saadaan FFT-käsittelyosalta 121, ja syöttää ilmaistun kepstrin huippuarvon äänitaajuuden ar-viointiosaan 123. Äänitaajuuden arviointiosa 123 arvioi äänitaajuuden kepstrin huippuarvosta ja syöttää äänitaajuuden ikkunointiosaan 124, joka puolestaan muodostaa ikkunan äänitaajuuden ohjaamana ja syöttää ikkunan äänitaajuuden 20 korostusosaan 127. Häiriönennustusosa 125 suorittaa häiriönennustuksen FFT-käsittelyosasta 121 syötetylle signaalille ja syöttää häiriö-ennustettu-signaalin eliminointiosalle 126, joka puolestaan käsittelee FFT-käsittelyosalta 121 syötetyn signaalin ennustetun häiriön mukaisesti, ja syöttää käsitellyn signaalin ääni-taajuuden korostusosaan 127. Äänitaajuuden korostusosa 127 suorittaa ääni-25 taajuuden korostuskäsittelyn signaaleille jotka on syötetty ikkunointiosasta 124 ja eliminointiosasta 126, ja syöttää käsitellyn tuloksen IFFT-osaan 128, joka puolestaan muuntaa signaalin aika-alueen signaaliksi lähtöä varten.

Selitetään yllä olevan rakenteen toiminta. Ensin esillä olevalle laitteelle tuleva signaali muunnetaan taajuusalueen signaaliksi FFT-käsittely-30 osalla 121. Taajuusalueelle muunnettu syötetty signaali ilmaistaan sen kepstri-huippuarvon osalta kepstrin huippuarvon ilmaisuosalla 122, ja siitä edelleen määrätään äänitaajuus äänitaajuuden arviointiosalla 123. Sen jälkeen määrätyn äänitaajuuden perusteella ikkunointiosa 124 muodostaa sopivan ikkunan äänen korostuksen suorittamiseksi taajuusalueen datana, ja syöttää ikkunan äänitaa-35 juuden korostusosaan 127. Häiriönennustusosa 125 suorittaa häiriönennustuksen syötetylle signaalille, joka on muunnettu taajuusalueelle, määrittää häiriö- « 14 1046.63 komponentin taajuusalueelle ja syöttää häiriökomponentin eliminointiosaan 126. Tämän jälkeen eliminointiosa 126 eliminoi kunkin taajuuskomponentin osalta tarkasti häiriökomponentin taajuusalueella, joka saatiin häiriönennustusosalta 125, tulevasta signaalista joka on muunnettu taajuusalueen signaaliksi, joka on 5 syötetty FFT-käsittelyosalta 121, ja syöttää häiriö-eliminoitu-signaalin äänitaajuuden korostusosalle 127. Tämän jälkeen äänitaajuuden korostusosa 127 ohjaa häiriö-eliminoitu-taajuisen signaalin, joka saadaan eliminointiosalta 126 ikkunan ohjaamana, äänen korostuksen suorittamiseksi, joka saadaan ikkunointi-osasta 124, suorittaa äänen korostuksen ja syöttää äänen suhteen korostetun 10 signaalin IFFT-käsittelyosalle 128. Tämän jälkeen IFFT-käsittelyosa 128 muuntaa äänitaajuuden korostusosalta 127 tulevan signaalin aika-alueen signaaliksi lähtöä varten.

Näin esillä olevan keksinnön toteutuksen mukaisessa signaalinkäsittelylaitteessa häiriö eliminoidaan signaalista, jossa ääni on päällekkäin häiriön 15 kanssa, ja käytetään äänitaajuuden korostusosaa äänikomponentin korostamiseksi, mikä siten sallii tajuttavuudeltaan erinomaisen äänisignaalin saamisen.

Vaikka on selvästi edullista, että ikkunointiosan 124 muodostama ikkuna yllä olevassa toteutuksessa edustaa äänen harmonista aaltorakennetta, ikkuna voi olla kampasuodin ja alipäästösuodin. On myös selvää, että äänitaa-20 juuden korostusosa 127 voidaan toteuttaa yksinkertaisesti kerrontapiirillä.

Kuten yllä olevista esillä olevan keksinnön mukaisista toteutuksista on selvää, laite, joka eliminoi häiriön muuntamalla signaalin taajuusalueelle, sisältää äänitaajuuden ennustuslaitteen äänitaajuuden ennustamista varten, ikku-nointilaitteen ikkunan muodostamiseksi äänitaajuuden ohjaamana, häiriönen-' 25 nustuslaitteen, eliminointilaitteen häiriön eliminoimiseksi häiriönennustuslaitteen lähtösignaalin ohjaamana, ja äänitaajuuden korostuslaitteen eliminointilaitteen eliminoitu-lähdön taajuuden korostamiseksi käyttämällä ikkunointilaitteen ikkunaa, jolloin häiriö voidaan samalla eliminoida signaalista, jossa ääni on päällekkäin häiriön kanssa, ja edelleen äänikomponentin korostamisen, jotta saadaan 30 hyvin tajuttava äänisignaali.

;*i Alan ammattimiehet edelleen ymmärtävät, että edellä oleva kuvaus on edullinen toteutus, ja että useita muutoksia ja muunnelmia voidaan tehdä keksintöön poikkeamatta sen hengestä ja sovellusalueesta.

Claims (8)

104663 15 1. Äänen signaalinkäsittelylaite, joka käsittää: taajuusanalysointilaitteen (3), johon syötetään signaali, johon on se- 5 koittunut häiriötä ja ääntä mainitun signaalin taajuusanalyysin suorittamiseksi taajuusanalyysimenetelmällä taajuusanalysoidun signaalin tuottamiseksi; signaalinilmaisulaitteen (20) äänen signaaliosan ilmaisemiseksi ensimmäisinä aikajaksoina, jotka sisältävät mainitun äänen ja kohinan ja kohina-osan toisina aikajaksoina, jotka sisältävät vain kohinaa; 10 häiriönennustuslaitteen (6), johon syötetään mainittu taajuusanaly- soitu signaali signaalinhäiriön ennustamiseksi mainitusta ensimmäisestä aikajaksosta, joka sisältää mainitun äänen ja kohinan menneen kohinan informaation perusteella, ja; eliminointilaitteen (7) mainitun ennustetun häiriön vähentämiseksi 15 taajuusanalysoidusta signaalista, tunnettu siitä, että laite edelleen käsittää kepstrin analysointivälineet (4) kepstrianalyysin suorittamiseksi mainitulla taa-juusanalysoidulla signaalilla mainitun äänisignaalin osien määrittelemiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen äänen signaalinkäsittelylaite, tunnettu siitä, että 20 häiriönennustamislaite (6) ennustaa häiriön käyttämällä liipaisuna en simmäistä aikajaksoa, joka on ilmaistu mainitulla signaalinilmaisulaitteella.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen signaalinkäsittelylaite, tunnet-t u siitä, että mainittu signaalinilmaisulaite (5) sisältää: huippuarvon ilmaisulaitteen (51) mainitun analysoidun kepstrin huip-* 25 puarvon ilmaisemiseksi; ja signaali-häiriö-ilmaisulaitteen (52) ensimmäisen aikajakson erottamiseksi ilmaistun huippuarvon perusteella huippuarvon ilmaisulaitteella.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen äänen signaalinkäsittelylaite, tunnettu siitä, että 30 mainittu häiriönennustuslaite (6) akkumuloi häiriön toisen aikajakson . aikana.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen signaalinkäsittelylaite, tunnet-t u siitä, että mainittu eliminointilaite (73) syöttää signaalinkäsittelylaitteeseen edelleen eliminointikerroinsignaalin ja suorittaa vähennyksen ottaen huomioon 35 eliminointikertoimen. 104663 16

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen äänen signaalinkäsittelylaite, joka sisältää: kaistanjakolaitteen (71) syötetyn signaalin johon on sekoittunut häiriötä ja ääntä, taajuuskaistan jakamiseksi; 5 häiriönennustuslaitteen (72), johon syötetään kaistanjakolaitteen (71) kaistajaettu lähtösignaali häiriökomponentin ennustamiseksi; eliminointilaitteen (73), johon syötetään mainitun häiriönennustuslaitteen (72) ennustettu häiriölähtösignaali, mainitun kaistajakolaitteen (71) mainittu kaistajaettu lähtösignaali ja eliminointikerroinsignaali mainitun häiriökompo-10 neniin eliminoimiseksi ottaen huomioon eliminointikertoimen mainitusta kaistaja-etusta lähdöstä; ja kaistanyhdistämislaitteen (74) mainitun eliminointilaitteen eliminoitu-lähdön yhdistämiseksi, tunnettu siitä, että mainittu laite käsittää: äänitaajuuden ilmaisulaitteen (87) mainitun tulosignaalin äänitaajuu-15 den ilmaisemiseksi käyttämällä kepstri-informaatiota; ja eliminointikertoimen asetuslaitteen (88) mainitun eliminointikerroin-signaalin asettamiseksi mainitun äänitaajuuden ilmaisulaitteen (87) tuottaman äänitaajuuslähdön ohjaamana.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen äänen signaalinkäsittelylaite, 20 tunnettu siitä, että se käsittää: häiriönennustusosan (101), jolla tuotetaan ennustettu häiriö tuotetussa signaalissa, johon on sekoittunut häiriötä ja ääntä; eliminointiosan (102), johon syötetään mainittu tuotettu signaali ja mainittu ennustettu häiriö häiriövapaan lähtevän äänisignaalin saamiseksi; * 25 äänenilmaisuosan (103), jolla ilmaistaan äänen esiintyminen/puut- tuminen mainitussa häiriövapaassa ääniulostulossa ohjaussignaalin tuottamiseksi, joka vastaa mainittua äänen esiintymistä/puuttumista; ja mainitun häiriönennustusosan (101), jolla suoritetaan häiriön ennustus käyttämällä äänenilmaisuosan ohjaussignaalia.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen äänen signaalinkäsittelylaite, tunnettu siitä, että se käsittää: ensimmäisen häiriönennustusosan (104), jolla tuotetaan ensimmäinen ennustettu häiriö tulevasta signaalista, johon on sekoittunut häiriötä ja ääntä; » 17 104663 ensimmäisen eliminointilohkon (105) johon mainittu tuleva signaali ja mainittu ensimmäinen ennustettu häiriö syötetään, jotta saataisiin ensimmäinen häiriövapaa lähtevä ääni; äänenilmaisuosan (106), jolla ilmaistaan äänen esiintyminen/puut-5 tuminen häiriövapaassa ääniulostulossa, jotta tuotettaisiin ohjaussignaali, joka vastaa äänen esiintymistä/puuttumista; mainitun ensimmäisen häiriönennustuslohkon (104), joka suorittaa häiriön ennustuksen käyttämällä mainitun äänenilmaisuosan mainittua ohjaussignaalia; ja edelleen 10 mainitun laitteen, johon sisältyy; toinen häiriönennustusosa (107), jolla tuotetaan toinen ennustettu häiriösignaali mainitusta ensimmäisestä häiriövapaasta lähtevästä äänestä ja mainitusta ohjaussignaalista; toisen eliminointiosan (108), johon mainittu ensimmäinen häiriövapaa 15 lähtösignaali ja mainittu toinen ennustettu häiriösignaali syötetään, jotta saataisiin toinen häiriövapaa lähtevä ääni. •« 104663 18