FI118022B - Signaalinkäsittelylaite - Google Patents

Description

118022 I

• .··'·· ! ’ ?Cr

Signaalinkäsittelylaite

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

Kuvio 1 on kaavio, jossa esitetään luonnos aiemmin tunnetusta häi-riönvaimennusjärjestelmästä (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 arvi- : :*· oijan 20 kanavaenergia-arvioon SNR-arvion muodostamiseksi. SNR-arviota * * * käytetään määrätyn vahvistusarvon valitsemiseen kanavavahvistuksien taulu- * · ,··, kosta, joka sisältää kokeellisesti etukäteen määrätyt vahvistukset. Kanavavah- ,·|ί, 25 vistuksen ohjain 25 muodostaa muunnetun signaalin yksittäiset kanavavahvis- t * · tuksen arvot SNR-arvion ohjaamana.

*** * Sellainen aiemmin tunnettu häiriönvaimennusjärjestelmä kuitenkin säätää vahvistusta häiriön vaimentamiseksi poistamatta häiriötä, joten riittävästi v : häiriöstä vapaata signaalia ei voida saada. Esimerkiksi julkaisussa W.M. Kush-

• M

V : 30 nen et ai:’’The effects of subtracive-type speech enhancement/noise reduction .:. algorithms on parameter estimation for improved recognition and coding in high [·", noise environments”, ICASSP89, Vol. 1, 23 May 1989, Glasgow, esitetään ylei- « « "* sesti käytössä olevia häiriön vaimentamistekniikoita.

M/ Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on, kuten vaatimuksessa mää- « 35 ritellään, esittää signaalikäsittelylaite luotettavasti häiriöstä vapaan signaalin 2 ·ν" 1 1 8022 : muodostamiseksi aiemmin tunnetun häiriönvaimennusjärjestelmän ongelma ratkaisemalla.

Kuvio 1 on lohkokaavio, joka kuvaa aiemmin tunnettua häiriönvai-mennusjärjestelmää; 1 5 Kuvio 2 on lohkokaavio, joka esittää signaalinkäsittelylaitetta;

Kuvio 3 esittää spektrin ja kepstrin kaaviokuvaa mainitussa laitteessa;

Kuvio 4 on kaavio, joka havainnollistaa häiriöennustusta mainitussa laitteessa; 10 Kuvio 5 on kaavio, joka kuvaa eliminointimenetelmää ajan suhteen perustuen mainittuun laitteeseen;

Kuvio 6 on kaavio, joka kuvaa eliminointimenetelmää ajan suhteen perustuen mainittuun laitteeseen;

Kuvio 7 on lohkokaavio, jossa esitetään toinen signaalinkäsittelylaite; 15 Kuvio 8 on lohkokaavio, jossa esitetään toinen signaalinkäsittelylaite; .

Kuvio 9 on kaavio, joka havainnollistaa kuvion 8 laitteen eliminointi- ; kerrointa;

Kuvio 10 on lohkokaavio, jossa esitetään toinen signaalinkäsittelylaite; 20 Kuvio 11 on lohkokaavio, jossa esitetään toinen signaalinkäsittelylai- : te; ja ; . Kuvio 12 on lohkokaavio, joka kuvaa esillä olevan keksinnön mukai- ··· sen signaalinkäsittelylaitteen toteutuksen.

• · · ,··*. Kuvio 2 on lohkokaavio, joka esittää signaalinkäsittelylaitetta.

• » 25 Mikrofoniin 1 tuodaan tavallisesti häiriötä, sellaista kuin moottorin ää- • ♦ · *;].* ni, äänen S lisäksi. Näin ollen mikrofoni 1 tuottaa äänisignaalin sekoittuneena *·* * häiriöön (S + N).

A/D-muunnin 2 muuntaa äänisignaalin siihen sekoittuneen analogi- ··· : sena signaalina olevan häiriön kanssa digitaaliseksi signaaliksi.

·· v ί 30 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.

* · T Signaalinilmaisulaite 45 ilmaisee signaaliosan signaalista, johon on sekoittunut häiriötä, joka on Fourier-muunnettu. Laite 45 sisältää esimerkiksi *:··: 35 kepstrianalyysilaitteella 4 Fourier-muunnetun signaalin kepstrianalysointia var ten, 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 loga ritmi lyhytaikaisesta spektristä S(co).

118022 3

5 M

c(t) = Σ log|S((o m)|2cos(tro m) m=0 τ:η mittana on aika ja x:tä (aika) nimitetään "kefrenssi", joka on saatu 10 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-liosan erottamiseksi kepstriä käyttämällä tunnetaan esimerkiksi menetelmä 15 kepstrin huippuarvon ilmaisemiseksi. Tämä tarkoittaa että menetelmässä käytetään huippuarvon ilmaisulaitetta 51 analysoidun kepstrin huippuarvon ilmaisemiseen, ja signaali/kohinailmaisulaitetta 52 signaalin erottamiseksi näin ilmaistun huippuarvoinformaation perusteella. P-kirjain kuviossa 3(b) osoittaa huippuarvon, ja osan, jossa huippu esiintyy, määrätään olevan äänisignaalin 20 osa. Huippu ilmaistaan esimerkiksi siten, että aiemmin on asetettu määrätty : kynnysarvo ja huippuarvoa verrataan kynnysarvoon. t • :* :,·.·* Häiriönennustuslaite 6 syöttää siihen Fourier-muunnetun signaalin :V: siihen sekoittuneine häiriöineen ja ennustaa signaaliosassa olevan häiriön jälki-

:***: häiriöinformaation perusteella. Esimerkiksi, kuten kuviossa 4 on esitetty, akseli X

• · · 25 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-vassa toteutuksessa häiriönennustuslaite 6 ennustaa signaaliosassa olevan häi- • · · *·) * 30 riön käyttämällä signaaliosan informaatiota, jonka signaalinilmaisulaite 45 ilmaisi* see. Esimerkiksi, kun signaaliosa ilmaistaan, laite 45 ennustaa häiriön signaa- 4 ·“*: liosassa lähimmässä menneisyydessä olevan häiriöosan datan perusteella kat- ··· *. soituna kohdasta joka alkaa signaaliosasta. On myös edullista että häiriönen- • m m nustuslaite 6 käyttää signaalinilmaisulaitteen 45 ilmaisemaan signaaliosaa * * 35 (häiriöosa) kumuloimaan menneen häiriöinformaation. λ 118022 4

Eliminointilaite 7 vähentää häiriönennustuslaitteen 6 ennustaman häiriön Fourier-muunnetusta signaalista, johon häiriö on sekoittunut. Esimerkiksi eliminointi ajan suhteen suoritetaan tavalla, jossa ennustettu häiriöaaltomuoto (b) vähennetään häiriötä sisältävästä äänisignaalista (a), kuten kuviossa 5 on 5 esitetty, mikä siten sallii vain signaalin ulosoton (c). Myöskin, kuten kuviossa 6 on esitetty, eliminointi taajuuden perusteella suoritetaan sillä tavoin, että häiriötä i sisältävä äänisignaali (a) Fourier-muunnetaan (b), tämän jälkeen näin muodostetusta signaalista vähennetään (d) ennustettu häiriöspektri (c), ja tulos käänteisesti Fourier-muunnetaan, jotta saadaan häiriövapaa (e) äänisignaali. Tietenkin 10 ilman signaalia oleva osa voidaan määrittää olemaan pelkkää häiriötä siten, että muodostetaan signaali, joka saadaan kääntämällä FFT-laitteen 3 lähtösignaali, ja ilman signaalia olevassa osassa käänteinen signaali summataan suoraan FFT-laitteen 3 lähtösignaaliin häiriön poistamiseksi täydellisesti.

IFFT-laite 8, esimerkkinä signaalinyhdistämislaitteesta, käänteisesti 15 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.

Puheenilmaisija 10 ilmaisee, mikä sana näin saatu häiriöstä vapaa 20 puhesignaali on.

. Yllä kuvatun laitteen toiminta tullaan kuvaamaan tämän jälkeen.

**!·[ Mikrofoni 1 syöttää siihen äänen, johon on sekoittunut häiriötä ja • f tuottaa äänisignaalin siihen sekoittuneine häiriöineen (S + N) (katso kuvio 2, a).

A/D-muunnin 2 muuntaa äänisignaalin siihen sekoittuneine häiriöineen, mikä on * * 25 analoginen signaali, digitaaliseksi signaaliksi. FFT-laite 3 suorittaa nopean Fou- *·* * rier-muunnoksen äänisignaalille, johon häiriö on sekoittunut, ja joka sitten on ; * ·· v : muunnettu digitaaliseksi signaaliksi (katso kuvio 2, b).

Signaalinilmaisulaite 45 ilmaisee signaaliosan signaalista, johon häi- :T: riö on sekoittunut, ja joka näin on Fourier-muunnettu. Esimerkiksi kepstri- ίΤ: 30 analysointilaite 4 suorittaa kepstrianalyysin Fourier-muunnetulle signaalille. Sig- ' \ naalinilmaisulaite 5 ilmaisee edelleen signaaliosan käyttämällä näin analysoitua *::: kepstriä (katso kuvio 2, c). Laite 5 esimerkiksi ilmaisee kepstrin huipun signaalin • · **··* ilmaisemiseksi. i : Häiriönennustuslaite 6 syöttää siihen Fourier-muunnetun signaalin, ; ·:··· 35 johon häiriö on sekoittunut, ottaa datan pT.stä ja p2:sta piin kautta taajuudella f 1, ja laskee keskiaivon häiriöosista p1 pi:n kautta, joista tehdään pj. Myöskin i I .

5 ; 1 1 8022 1 ; ' esillä olevassa toteutuksessa häiriönennustuslaite 6 ennustaa signaaliosassa olevan häiriön (katso kuvio 2, d) lähimmän menneisyyden häiriöosan datan pe- * rusteella katsottuna signaaliosalla alkavasta pisteestä, kun signaali ilmaistaan käyttämällä signaaliosan informaatiota joka on ilmaistu signaalinilmaisulaitteella '7 5 45.

Eliminointilaite 7 vähentää häiriönennustuslaitteen 6 ennustaman häiriön Fourier-muunnetusta signaalista, johon häiriö on sekoittunut (katso kuvio 2, e).

IFFT-laite 8 Fourier-muuntaa käänteisesti häiriöstä vapaan signaalin, 10 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).

Äänenilmaisija 10 ilmaisee, mikä sana näin saatu häiriöeliminoitu ää-15 nisignaali on. Koska signaali ei sisällä häiriötä, sen ilmaisunopeus tulee korkeaksi.

Laitteen häiriönilmaisulaite 6 voi olla sellainen laite, jolla ennustetaan signaaliosan häiriökomponentti yksinkertaisesti menneen häiriöinformaation perusteella käyttämättä signaalinilmaisulaitteella 45 ilmaistua signaalia. Laite 6 20 esimerkiksi ennustaa yksinkertaisesti, että mennyt häiriö jatkuu myös signaa- . .·. liosassa.

• · ·

Laitetta voidaan soveltaa myös muiden signaalien, joihin häiriö se- • i · VI' koittuu, käsittelyyn, eikä sen tarvitse rajoittua äänisignaalin käsittelyyn.

Edelleen laitetta, vaikkakin tässä toteutettuna ohjelmallisesti tietoko- • · ’·;·* 25 netta käyttämällä, voidaan myös toteuttaa käyttämällä erityistä laitteistoon pe- v : rustuvaa piiriä.

··· v * Kuten yllä kuvattiin, signaalinilmaisulaite ilmaisee signaaliosan taa- juusanalysoidusta signaalista, johon häiriö on sekoittunut, ennustaa signaa-liosan häiriön menneen häiriöinformaation avulla, ja vähentää ennustetun häiri-30 ön signaalista, johon häiriö on sekoittunut, sallien näin täysin häiriövapaan sig- ·, naalin muodostamisen.

• · · ·;;; Kun häiriönennustuslaitteessa 6 käytetään signaalinilmaisulaitteen 45 « · '··** ilmaisemaan signaalia liipaisuna signaaliosan häiriön ennustamiseksi, häiriö ♦ :*: voidaan ennustaa tarkemmin, jolloin signaali, josta häiriö on varmemmin elimi- • · * ...·ί 35 noitu, voidaan muodostaa.

• · 1 118022 ; 6 :'t • · ; .:

Piirroksia tarkastelemalla tullaan tämän jälkeen selittämään toista laitetta.

Kuvio 7 on lohkokaavio signaalinkäsittelylaitteesta. Kuviossa 7 numero 71 osoittaa kaistanjakolaitetta, jolla jaetaan äänisignaali, joka sisältää häiriön, 5 kullekin taajuuskaistalle, esimerkkinä taajuusanalysointilaitteesta, jolla signaali taajuusanalysoidaan, numero 72 osoittaa häiriönennustuslaitteen, johon syötetään kaistanjakolaitteen 71 lähtösignaali, häiriökomponentin ennustamiseksi, numero 73 osoittaa eliminointilaitteen, jolla eliminoidaan häiriö sellaisella tavalla kuin myöhemmin kuvataan, ja numero 74 osoittaa kaistanyhdistämislaitteen, 10 jolla yhdistetään ääni, esimerkkinä signaalinmuodostamislaitteesta, jolla signaali muodostetaan.

Yllä kuvattu laite tullaan selittämään yksityiskohtaisesti tämän jälkeen. Kaistanjakolaitteeseen 71 syötetään ääni, joka sisältää häiriö/häiriö-tulosignaalin, ja se suorittaa kaistanjaon m kanavan taajuuskaistoiksi, ja se 15 syöttää ne häiriönennustuslaitteelle 72 ja eliminointilaitteelle 73. Häiriönennus-tuslaite 72 ennustaa häiriökomponentin kullekin kanavalle ääni/häiriö-tulo-signaalin perusteella, joka on jaettu m kanavaksi, ja syöttää ne eliminointilaitteelle 73. Häiriön ennustus suoritetaan esimerkiksi, kuten aiemmin on kuvattu ja esitetty kuviossa 4. Eliminointilaitteeseen 73 syötetään m-kanavainen signaali 20 kaistajakolaitteelta 71 ja häiriönennustamislaite 72 eliminoi häiriön tavalla, jossa . vähennetään häiriö kultakin kanavalta eliminointikerrointulosignaalin ohjaamana, « · · "V ja se syöttää ne kaistanyhdistämislaitteelle 74. Tämä tarkoittaa, että eliminointi suoritetaan kertomalla ennustettu häiriökomponentti eliminointikertoimella. Ta- « · · *·*·* vallisesti eliminointi aika-akselilla esimerkkinä eliminointimenetelmästä suorite- ··· 25 taan aiemmin kuvatulla tavalla ja kuten kuviossa 5 on esitetty. Myöskin, kuten * · V ; aiemmin on kuvattu ja kuviossa 6 on esitetty, suoritetaan eliminointi taajuuden v : suhteen. Kaistanyhdistämislaite 74 yhdistää m-kanavaisen signaalin, joka syö tetään eliminointilaitteelta 73, lähtevän äänen muodostamiseksi.

Näin rakennetun signaalinkäsittelylaitteen toiminta tullaan selittämään 30 tämän jälkeen.

•t Ääni, joka sisältää häiriö/häiriö-tulosignaalin, kaistajaetaan m- *·· kanavan signaaleiksi kaistanjakolaitteella 71 ja sen häiriökomponentti ennuste-taan kullekin kanavalle häiriönennustamislaitteella 72. Signaalista, joka on kais-: tajaettu m-kanavaan kaistanjakolaitteella 71, eliminoidaan häiriökomponentti, jo- M» 35 ka syötetään kullekin kanavalle häiriönennustamislaitteelta 72. Häiriöneliminoin-tisuhde tuolla hetkellä on asetettu sopivasti parantamaan tajuttavuutta kullakin I . · ' ! 118022 . *s\ s 7 kanavalla eliminointikerrointulosignaalin avulla. Esimerkiksi tajuttavuutta parannetaan sillä tavoin, että kun äänisignaali esiintyy, eliminointikerroin tehdään al-j haiseksi vaikka häiriö esiintyy, jolloin häiriötä ei paljoa eliminoida. Sen jälkeen ; häiriöstä vapaa m-kanavainen signaali, joka eliminointilaitteella 73 saadaan, yh- 5 distetään kaistanyhdistämislaitteella 73 lähtevän äänisignaalin muodostamiseksi.

Kuten yllä kuvattiin, esillä olevan toteutuksen mukaisesti eliminointi-laitteen 73 häiriöneliminointisuhde voidaan asettaa sopivasti kullekin kaistalle eliminointikertoimen tulon kautta, ja eliminointikerroin valitaan tarkasti äänen 10 mukaan, mikä siten sallii tajuttavuudeltaan häiriövaimennetun lähtevän äänen muodostamisen.

Kuvio 8 on lohkokaavio toisesta signaalinkäsittelylaitteesta. I

Kuviossa 8 on varattu sama numerointi samoille laitteille kuin kuvion 7 toteutuksessa. Tämä tarkoittaa, että numero 71 osoittaa kaistanjakolaitetta, ! 15 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, kuten taulukossa 1 on esitetty, ja se ilmaisee äänen esiintymisen/puuttumisen ja 20 luonteen.

Äänitaajuuden ilmaisulaitteen 87 sijasta voidaan käyttää myös toista ; t_;*. laitetta ääniosan ilmaisemiseksi. Eliminointikertoimen asetuslaite 88 on asetettu ."·] toimimaan sillä tavoin, että se asettaa eliminointikerrointen numeron m äänitaa- • · * juuden ilmaisulaitteen 87 antaman äänitaajuuden perusteella ja syöttää sen eli-**!*’ 25 minointilaitteelle 73.

Näin rakennetun signaalinkäsittelylaitteen toiminta tullaan selittämään v * tämän jälkeen.

• · · : Ääni, joka sisältää häiriö/häiriö-tulosignaalin, kaistajaetaan m- kanavan signaaleiksi kaistanjakolaitteella 71, ja sen häiriökomponentti ennusteli*: 30 taan kullekin kanavalle häiriönennustuslaitteella 72. Signaalista, joka on kaista- jaettu m-kanavaksi kaistanjakolaitteella 71, eliminoidaan häiriökomponentti, joka * tuotetaan kullekin kanavalle häiriönennustamislaitteelta 72.

* * * « « · * • · • · • · • · · • * · • · · • » * ····· 4 * 8 118022 : > 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- i öiden 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- risointi sallii toiminnan yksinkertaistamisen. '

H

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

• * · * * · • * -··*-— “ “ “ ” “ * — ~ * · · (6) AMDF Ilmaisee jaksollisuuden amplitudikeskiar- von erotusfunktiolla (AMDF). Sallii myös jäännössignaalin erottamisen AMDF:llä.

··* ' —— . — — — — — — — — — — ™ -- * t * (7) Kepstri Erottaa spektrin verhokäyrän ja hienora kenteen Fourier-muuntamalla tehospekt-·.. rin logaritmin.

V : III

•*:\ Spektri- (8) Jaksollinen Määrää spektrin perustaajuuden kor- ·,* ’ käsittely histogrammi keamman harmonisen histogrammin ja päättää taajuuden ylempien harmonisten ··" yhteisen jakajan avulla.

• · * • * • * • · ·

V

• · • * · * · * ···**' • * t ' ,· l ί 9 " :· > 118022 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 informaati- i on 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 eli- • · · 2 V minointikerroin kuviossa 9 (a) ja (b) voidaan sopivasti vaihtaa.

• « ·

Kuvattua laitetta ei voida soveltaa ainoastaan äänisignaalille, vaan 25 myös muuhun signaalinkäsittelyyn.

· *···* Kuvattu laite voidaan myös toteuttaa, vaikkakin se on tässä toteutet- • · · : tuna ohjelmallisesti tietokonetta käyttämällä, käyttämällä erityistä laitteistopoh- « · · : jäistä piiriä. |

Kuten yllä olevasta kuvauksesta on ilmeistä, signaalinkäsittelylaite si- :T: 30 sältää häiriönennustuslaitteen, jolla ennustetaan häiriökomponentti, eliminointi- :*·*: laitteen, johon häiriöennustuslaitteen häiriöennustettu lähtösignaali, taajuusa- *, nalysointilaitteen, johon taajuusanalysoitu lähtösignaali ja eliminointikerroinsig- « · · *;;; naali syötetään, ja joka eliminoi häiriökomponentin ottamalla huomioon taajuu- *···* sanalysoinnin lähdön eliminointisuhteen, ja signaalinyhdistämislaitteen jolla yh- : 35 distetään eliminointilaitteen eliminoima lähtösignaali siten, että kun häiriökom- • * · ponentti eliminoidaan äänestä, joka sisältää häiriön, eliminoinnin astetta ohja- i · 11 8022 :| 10 taan sopivasti, mikä samalla sallii häiriön eliminoinnin ja tajuttavuuden paranemisen.

Piirroksia tarkastelemalla tullaan selittämään toinen laite.

Kuvio 10 on lohkokaavio signaalinkäsittelylaitteesta. Laite on raken-5 nettu 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 häiriön ääni/häiriö-tulosignaalista ennustetun häiriön ohjaamana, joka syötetään häiriönennustusosasta 101, jotta saataisiin 10 lähtevä ääni, ja syöttää lähtevän äänen äänenilmaisuosaan 103. Äänenilmaisuosa 103 ilmaisee varsinaisen äänen esiintymisen/puuttumisen äänilähdössä, jotta saataisiin ääni-ilmaistu-lähtösignaali, ja syöttää ääni-ilmaistu-lähtösignaalin ohjaussignaalina häiriönennustusosaan 101.

Selitetään yllä olevan rakenteen toiminta. Ääni, joka on päällekkäin 15 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 eliminoitu eliminointiosalla 102, syötetään äänenilmaisuosaan 103, jossa äänen esiintyminen/puuttuminen ilmaistaan, jotta saataisiin ääni-ilmaistu-lähtö-20 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- • · · *".* naalin häiriön ennustamiseksi, ja syöttää ääni-ilmaistu-signaalin eliminointiosalle ‘ •:·** 102.

• · • * · *·*·* 25 Näin ollen signaalinkäsittelylaitteen mukaisesti äänen ilmaisu suori- tetaan signaalilla, josta häiriö on aiemmin eliminoitu, joka tulee ääni/häiriö- • · * : tulosta, mikä samalla sallii äänen esiintymisen/puuttumisen ilmaisemisen tarkasti :.· : häiriöstä riippumatta. Sellaisella ilmaisulla häiriön ennustus voidaan myös suo rittaa tarkasti ja häiriö poistuu tehokkaasti ääni/häiriö-tulosignaalista, jolloin saa-30 daan puhdas lähtevä ääni.

• . ' v

Tarkastelemalla kuviota 11 selitetään tämän jälkeen toinen laite.

Kuvio 11 on lohkokaavio signaalinkäsittelylaitteesta. Laite on raken- ··*:* nettu kuviossa 11 esitetyllä tavalla. Tämä tarkoittaa, että ensimmäinen eli- ··· minointiosa 105 eliminoi ensimmäisen häiriönennustusosan 104 ennustaman ; 35 häiriön ääni/häiriö-tulosignaalista, ja syöttää häiriöstä vapaan signaalin äänenil- ··· maisuosalle 106, toiselle häiriönennustusosalle 107 ja toiselle eliminointiosalle • · •f’ 118022 ; 11 108. Äänenilmaisuosa 106 ilmaisee ensimmäiseltä eliminointiosalta 105 syötetyn signaalin esiintymisen/puuttumisen ääni-ilmaistu-lähtösignaalin saamiseksi, ja syöttää ääni-ilmaistu-lähtösignaalin ohjaussignaalina ensimmäiselle häiriö-nennustusosalle 104 ja toiselle häiriönennustusosalle 107. Toinen eliminointiosa 5 108 eliminoi toisen häiriönennustusosan 107 ennustaman häiriön ensimmäisen eliminointiosan 105 syöttämästä signaalista 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 syö-10 tetään ensimmäiseltä eliminointiosalta 105, vastaavasti. Sen jälkeen toinen häiriönennustusosa 107 syöttää ennustettu-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 15 jossa häiriö eliminoidaan ennustetun häiriön ohjaamana, joka syötetään ensimmäisestä 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 saa-20 daan lähtevä ääni. Myöskin ensimmäinen lähtevä ääni, josta häiriö on aiemmin eliminoitu ensimmäisellä eliminointiosalla 105, syötetään äänenilmaisuosaan 106, jossa esiintyminen/puuttuminen ilmaistaa, jotta saadaan ääni-ilmaistu- :1V lähtösignaali (ohjaussignaali). Ensimmäinen häiriönennustusosa 104 käyttää nyt * 1 1 ohjaussignaalia, joka osoittaa äänen esiintymisen/ puuttumisen, joka tulee ää- '·1·' 25 nenilmaisuosalta 106, ääni/häiriö-tulosignaalin häiriön ennustamiseen, ja syöttää * · ensimmäisen häiriöennustetun signaalin ensimmäiselle eliminointipiirille 105.

♦ » · V : Toinen häiriönennustusosa 107 toimii edelleen siten, että osa 107 käyttää sa- :T: maila tavalla ohjaussignaalia, joka osoittaa äänen esiintymisen/puuttumisen, jo ka syötetään äänenilmaisuosalta 106, jotta edelleen ennustettaisiin tarkasti en-30 simmäisestä lähtevästä äänisignaalista, josta häiriö on aiemmin eliminoitu, pe-räisin oleva häiriösignaali ensimmäisellä eliminointiosalla 105, ja syöttää toisen * · · ennustetun häiriön toiselle eliminointiosalle 108. Näin ollen tässä signaalinkä- * sittelylaitteessa äänen esiintyminen/puuttuminen voidaan ilmaista tarkasti häiri- • 1 · östä riippumatta, ja häiriö ennustetaan edelleen tarkasti ja eliminoidaan ensim- . 35 mäisestä lähtevästä äänestä, josta häiriö on aiemmin eliminoitu, mikä sallii sa- • · · · 1 1 8022 12 1 maila tasoltaan paljon alhaisemman ja nopeasti vaihtelevan epävakaan häiriön eliminoinnin.

Kuviota 12 tarkastelemalla selitetään tämän jälkeen toisen esillä olevan keksinnön mukainen toteutus.

5 Kuvio 12 on lohkokaavio toisen esillä olevan keksinnön mukaisen 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-10 nustusosaan 125 ja eliminointiosaan 126. Kepstrin huippuarvon ilmaisuosa 122 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 15 muodostaa ikkunan äänitaajuuden ohjaamana ja syöttää ikkunan äänitaajuuden 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-20 taajuuden korostusosaan 127. Äänitaajuuden korostusosa 127 suorittaa ääni-taajuuden korostuskäsittelyn signaaleille jotka on syötetty ikkunointiosasta 124 . ja eliminointiosasta 126, ja syöttää käsitellyn tuloksen IFFT-osaan 128, joka :,V puolestaan muuntaa signaalin aika-alueen signaaliksi lähtöä varten.

• · · *"·' Selitetään yllä olevan rakenteen toiminta. Ensin esillä olevalle lait- v.** 25 teelle tuleva signaali muunnetaan taajuusalueen signaaliksi FFT-käsittely- * · · osalla 121. Taajuusalueelle muunnettu syötetty signaali ilmaistaan sen kepstri-v*: huippuarvon osalta kepstrin huippuarvon ilmaisuosalla 122, ja siitä edelleen :T: määrätään äänitaajuus äänitaajuuden arviointiosalla 123. Sen jälkeen määrätyn äänitaajuuden perusteella ikkunointiosa 124 muodostaa sopivan ikkunan äänen 30 korostuksen suorittamiseksi taajuusalueen datana, ja syöttää ikkunan äänitaa-juuden korostusosaan 127. Häiriönennustusosa 125 suorittaa häiriönennustuk- • · 4 sen syötetylle signaalille, joka on muunnettu taajuusalueelle, määrittää häiriö-komponentin taajuusalueelle ja syöttää häiriökomponentin eliminointiosaan 126.

* · · Tämän jälkeen eliminointiosa 126 eliminoi kunkin taajuuskomponentin osalta . !*. 35 tarkasti häiriökomponentin taajuusalueella, joka saatiin häiriönennustusosalta 125, tulevasta signaalista joka on muunnettu taajuusalueen signaaliksi, joka on » * 118022 13 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-5 osasta 124, suorittaa äänen korostuksen ja syöttää äänen suhteen korostetun 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 signaalinkäsit-10 telylaitteessa häiriö eliminoidaan signaalista, jossa ääni on päällekkäin häiriön 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, 15 ikkuna voi olla kampasuodin ja alipäästösuodin. On myös selvää, että äänitaajuuden korostusosa 127 voidaan toteuttaa yksinkertaisesti kerrontapiirillä.

Kuten yllä olevista, kuvion 12 toteutuksista on selvää, esillä olevan, oheisesta vaatimuksesta ilmenevän keksinnön mukainen laite, joka eliminoi hai-riön muuntamalla signaalin taajuusalueelle, sisältää äänitaajuuden ennustus-20 laitteen äänitaajuuden ennustamista varten, ikkunointilaitteen ikkunan muodostamiseksi äänitaajuuden ohjaamana, häiriönennustuslaitteen, eliminointilaitteen , häiriön eliminoimiseksi häiriönennustuslaitteen lähtösignaalin ohjaamana, ja ää- » t « nitaajuuden korostuslaitteen eliminointilaitteen eliminoitu-lähdön taajuuden ko- *·!·' nostamiseksi käyttämällä ikkunointilaitteen ikkunaa, jolloin häiriö voidaan samalla • 1 \v 25 eliminoida signaalista, jossa ääni on päällekkäin häiriön kanssa, ja edelleen ää-• · · nikomponentin korostamisen, jotta saadaan hyvin tajuttava äänisignaali.

:T: Alan ammattimiehet edelleen ymmärtävät, että edellä oleva kuvaus on edullinen toteutus, ja että useita muutoksia ja muunnelmia voidaan tehdä keksintöön, joka on määritelty oheisessa vaatimuksessa, poikkeamatta sen so-30 vellusalueesta.

♦ 1 1 ♦ ♦ · • · · * 1 · • · · • 1· · ♦ » » • · ♦ ♦ • · ♦ · · • · · * · ·

Claims (1)

1. Talsignalbehandlingsanordning, kännetecknat av att den in- nehäller: en FFT-behandlingsanordnings (121) signal, i vilken signal stör-5 ningar och tai sammanblandats, för FFT-behandling; en anordning (122) för detektering av ett kepstrumtoppvärde, med hjälp av vilken en kepstrumanalys utförs för en FFT-utsignal för nämnda FFT-behandlingsanordning (121) för att detektera dess toppvärde; en anordning (123) för estimering av talfrekvens, med hjälp av vil-10 ken en talfrekvens estimeras i den toppvärdedetekterade utgängen för nämnda anordning (122) för detektering av ett kepstrumtoppvärde; i en fönstringsanordning (124),med hjälp av vilken en fönsterutgäng bildas pä basis av en förutsagd talfrekvensutgäng i nämnda anordning (123) för estimering av talfrekvens; 15 en anordning (125) för förutsägelse av stöming, hjälp av vilken en störning förutsägs i nämnda FFT-behandlingsanordnings (121) FFT-utsignal; en elimineringsanordning (126), med hjälp av vilken den förutsagda störningsutgängen för anordningen (125) för förutsägelse av störning elimine-ras frän nämnda FFT-behandlingsanordnings FFT-utgäng; 20 en anordning (127) för betoning av talfrekvens, med hjälp av vilken . ^ den av eliminineringsanordningen (126) eliminerade utsignalen betonas med hjälp av fönstringsanordningens (124) fönstringsutgäng; och * · * *y* en IFFT-behandlingsanordning (128), med hjälp av vilken den beto- *·:·; nade utsignalen som kommer frän nämnda anordning (127) för betoning av 1 25 talfrekvens IFFT-behandlas. • · · • · · • · * φ • * · * · · • i · · • * » ·*· • * · **:·* I " " :! ·*· • m * · 1 ··· j • · ! • * * · · ♦ # * ·*· • · · * « • · * * *