FR2771543A1

FR2771543A1 - Noise reduction algorithm

Info

Publication number: FR2771543A1
Application number: FR9714642A
Authority: FR
Inventors: Dominique Pastor; Gerard Reynaud
Original assignee: Thales Avionics SAS
Current assignee: Thales Avionics SAS
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: FR2771543B1; WO1999027523A1

Abstract

The splitting and weighting effects reduces the noise edge effects produced between frames.

Description

PROCEDE DE DEBRUITAGE DE SIGNAUX SONORES,
NOTAMMENT POUR LE TRAITEMENT DE LA PAROLE
La présente invention concerne un procédé de débruitage de signaux sonores.PROCESS FOR DEBRUCTING SOUND SIGNALS,
IN PARTICULAR FOR THE TREATMENT OF THE WORD
The present invention relates to a method of denoising sound signals.

Elle concerne plus particulièrement le débruitage de signaux sonores contenant de la parole captée en milieux bruités. Elle trouve une application principale, bien que non exclusive, dans le cadre des communications téléphoniques ou radiotéléphoniques, de la reconnaissance vocale, de la prise de son à bord d'aéronefs civils ou militaires, et de façon plus générale de tous véhicules bruyants, d'intercommunications de bord, etc. It relates more particularly to the denoising of sound signals containing speech captured in noisy environments. It finds a main application, although not exclusive, in the context of telephone or radiotelephone communications, voice recognition, sound recording on board civil or military aircraft, and more generally of all noisy vehicles. on-board communications, etc.

A titre d'exemple non limitatif, dans le cas d'un aéronef, les bruits résultent des moteurs, de la climatisation, de la ventilation des équipements de bord ou des bruits aérodynamiques. Tous ces bruits sont captés, au moins partiellement, par le microphone dans lequel parle le pilote ou un autre membre de l'équipage. En outre, pour ce type d'application en particulier, une des caractéristiques des bruits est d'être très variables dans le temps. En effet, ils sont très dépendant du régime de fonctionnement des moteurs (phase de décollage, régime stabilisé, etc..). By way of non-limiting example, in the case of an aircraft, the noises result from engines, air conditioning, ventilation of on-board equipment or aerodynamic noise. All these noises are picked up, at least partially, by the microphone in which the pilot or another member of the crew speaks. In addition, for this type of application in particular, one of the characteristics of noise is to be very variable over time. Indeed, they are very dependent on the operating regime of the engines (takeoff phase, steady state, etc.).

Les signaux utiles, c'est-à-dire les signaux représentant les conversations, présentent également des particularités ils sont le plus souvent de brève durée.The useful signals, that is to say the signals representing the conversations, also have peculiarities they are most often of short duration.

Enfin, quelle que soit l'application envisagée, si on s'intéresse au "voisement", on peut mettre en évidence certaines particularités. Comme il est connu, le voisement concerne des caractéristiques élémentaires de morceaux de parole, et plus précisément concerne les voyelles, ainsi qu'une partie des consonnes : "b", "d", "g", "j", etc. Ces lettres se caractérisent par un signal audiophonique de structure pseudo-périodique. Finally, whatever the intended application, if we are interested in "voicing", we can highlight some particularities. As it is known, voicing concerns elementary characteristics of speech pieces, and more precisely concerns the vowels, as well as a part of the consonants: "b", "d", "g", "j", etc. These letters are characterized by an audiophonic signal of pseudo-periodic structure.

En traitement de la parole, il est usuel de considérer que les régimes stationnaires, notamment le voisement précité, s'établissent sur des durées comprises entre 10 et 20 ms. Cet intervalle de temps est caractéristique des phénomènes élémentaires de la production de la parole et sera dénommé trame ci-après. In speech processing, it is usual to consider that stationary regimes, especially the aforementioned voicing, are established over durations of between 10 and 20 ms. This time interval is characteristic of the elementary phenomena of speech production and will be called the frame below.

Aussi, il est usuel que les procédé de débruitage prennent en compte cette caractéristique importante des signaux sonores comprenant de la parole. Also, it is customary for denoising methods to take into account this important feature of speech-included sound signals.

Ces procédés comprennent généralement les étapes principales suivantes : un découpage en trames du signal audiophonique à débruiter, le traitement de ces trames par une opération de transformée de Fourier (ou d'une transformée similaire) pour passer dans le domaine fréquentiel, le traitement de débruitage proprement dit par filtrage numérique, et un traitement, dual du premier, par une transformée de Fourier inverse, pour revenir dans le domaine temporel. La dernière étape consiste en une reconstruction du signal. Cette reconstruction peut être obtenue en multipliant chacune des trames par une fenêtre de pondération, d'une manière qui sera précisé ci-après. En conséquence, cette opération est appelée "f enêtrage". These methods generally comprise the following main steps: a division into frames of the audiophonic signal to be denoised, the processing of these frames by a Fourier transform operation (or a similar transform) to pass into the frequency domain, the denoising process proper by digital filtering, and a dual treatment of the first, by an inverse Fourier transform, to return to the time domain. The last step is a reconstruction of the signal. This reconstruction can be obtained by multiplying each of the frames by a weighting window, in a manner to be specified hereinafter. As a result, this operation is called "fetching".

Dans la pratique, on met en oeuvre des techniques numériques. Aussi, les signaux de trame ne sont pas des signaux à "évolution continue", mais des signaux discrets, obtenus par échantillonnage. On suppose que les signaux sont échantillonnés à la période Te, avant traitement numérique. il est courant de considérer alors 2P échantillons pour une trame de signal, en choisissant p de manière à ce que la valeur 2PXTc soit de l'ordre grandeur de la durée D d'une trame. A titre d'exemple, pour une fréquence d'échantillonnage de 10 kHz, on choisit souvent des trames de 12,8 ms, de manière à pouvoir disposer de 128 points pour chaque trame, ce qui constitue une puissance de deux. Le nombre d'échantillons correspondant à une trame sera noté ci-après LGtrame. La relation suivante : D = LGtrameX xTe est donc satisfaite. In practice, digital techniques are used. Also, the frame signals are not "continuous evolution" signals, but discrete signals, obtained by sampling. It is assumed that the signals are sampled at period Te, before digital processing. It is common to consider then 2P samples for a signal frame, choosing p so that the value 2PXTc is of the magnitude of the duration D of a frame. By way of example, for a sampling frequency of 10 kHz, frames of 12.8 ms are often chosen, so that 128 points can be obtained for each frame, which constitutes a power of two. The number of samples corresponding to a frame will be noted below LGtrame. The following relation: D = LGtrameX xTe is satisfied.

La figure 1 placée en annexe de la présente description illustre les étapes d'un procédé de débruitage d'un signal bruité u(t) = s(t) + x(t), selon l'art connu et conforme à ce qui vient d'être rappelé. S(t) est le signal utile (signal de parole, par exemple) et x(t) le signal de bruit. Le procédé comprend trois phases
- une phase de découpage en trames 1, comprenant ellemême deux étapes : la numérisation du signal u(t) et le stockage en mémoire tampon (étape 10), et le découpage du signal original en trames de longueur LGtrame et la lecture de ces trames (étape 11)
- une phase de débruitage 2, comprenant elle-même trois étapes : l'application d'un transformée de Fourier ou une transformée équivalente pour passer dans le domaine fréquentiel (étape 20) sur une suite de trame d'entrée Tei (i variant de 1 à N, nombre maximum de trame de la suite), un filtrage numérique, ce qui constitue le débruitage proprement dit (étape 21) et l'application d'une transformée de Fourier inverse ou, de façon plus générale, une transforméee duale de la première (étape 22), ce qui génère une suite de trame de sortie Tsi ; et
- une phase de reconstruction du signal 3, comprenant une étape unique 30, qui sera appelé fenêtrage pour les raisons indiquées ci-après.FIG. 1, appended to the present description, illustrates the steps of a method of denoising a noisy signal u (t) = s (t) + x (t), according to the known art and in accordance with what comes to be reminded. S (t) is the useful signal (speech signal, for example) and x (t) is the noise signal. The process comprises three phases
a phase of division into frames 1, itself comprising two steps: the digitization of the signal u (t) and the storage in buffer memory (step 10), and the division of the original signal into frames of length LGtrame and the reading of these frames (step 11)
a denoising phase 2, itself comprising three steps: the application of a Fourier transform or an equivalent transform to pass into the frequency domain (step 20) over a series of input frames Tei (i varying from 1 to N, maximum number of frames of the sequence), a digital filtering, which constitutes the actual denoising (step 21) and the application of an inverse Fourier transform or, more generally, a dual transform of the first (step 22), which generates a sequence of output frame Tsi; and
a phase of reconstruction of the signal 3, comprising a single step 30, which will be called windowing for the reasons indicated below.

Le signal utile s (t) est récupéré à la fin de la phase 3. En réalité, ce signal a été référencé s'(t) et non s(t), car il s'agit d'un signal "estimé" et non pas du signal utile exact s(t) qui serait extrait du signal bruité u(t). il comporte des erreurs par rapport à la valeur exacte du signal s(t), dont le taux fluctue dans le temps. The useful signal s (t) is recovered at the end of phase 3. In reality, this signal has been referenced s' (t) and not s (t), because it is an "estimated" signal and not the exact useful signal s (t) that would be extracted from the noisy signal u (t). it has errors with respect to the exact value of the signal s (t), the rate of which fluctuates over time.

L'opération de débruitage proprement dite (étape 21) s'effectue avantageusement à l'aide d'un filtre de Wiener optimal. Ce filtre présente l'intérêt de traiter chaque trame, a priori, de façon différente de la trame précédente et de la trame suivante. The denoising operation proper (step 21) is advantageously carried out using an optimal Wiener filter. This filter has the advantage of treating each frame, a priori, differently from the previous frame and the next frame.

Si on appelle
- U(n) la transformée de Fourier Discrète du processus aléatoire observé, c'est-à-dire le signal bruité
- S(n) la transformée de Fourier Discrète du processus "désiré", à estimer par filtrage linéaire de U(n)
- (n) la transformée de Fourier Discrète du bruit additif polluant le signal utile
- W(z) le filtre d'estimation exprimé dans le domaine fréquentiel
- (nJ la densité spectrale du signal utile ; et
- # x(n) 1a densité spectrale du bruit parasite,
l'équation décrivant le filtre de Wiener est donnée par la relation suivante

relation dans laquelle : #u(n) = Yx (n) + y5(n) (2).If we call
- U (n) Discrete Fourier transform of the observed random process, that is, the noisy signal
- S (n) Discrete Fourier Transform of the "desired" process, to be estimated by linear filtering of U (n)
- (n) Discrete Fourier transform of additive noise polluting the useful signal
- W (z) the estimation filter expressed in the frequency domain
the spectral density of the useful signal, and
- # x (n) 1a spectral density of the parasitic noise,
the equation describing the Wiener filter is given by the following relation

in which: #u (n) = Yx (n) + y5 (n) (2).

A titre d'exemples non limitatifs, des filtres de
Wiener sont décrits dans les livres suivants, auxquels on pourra se référer avec profit
- Yves THOMAS : "Signaux et systèmes linéaires", éditions MASSON (1994) ; et
- François MICHAUT :"Méthodes adaptatives pour le signal", édition HERMES (1992).By way of non-limiting examples, filters of
Wiener are described in the following books, which can be referred to profitably
- Yves THOMAS: "Signals and linear systems", MASSON editions (1994); and
- François MICHAUT: "Adaptive methods for the signal", edition HERMES (1992).

L'examen de l'équation (1) montre que les paramètres du filtre de Wiener varient d'une trame à l'autre, puisque si le numérateur du second terme est figé pour un nombre de trames fini, le dénominateur est variable. Examination of equation (1) shows that the parameters of the Wiener filter vary from one frame to another, since if the numerator of the second term is frozen for a finite number of frames, the denominator is variable.

En sortie du filtre de Wiener, on dispose donc des trames débruitées une à une, avec des coefficients de filtrage adaptés à chacune des trames, ce qui constitue un avantage important. At the output of the Wiener filter, therefore, the strings are de-energized one by one, with filtering coefficients adapted to each of the frames, which constitutes an important advantage.

Le raccordement de ces trames peut se faire simplement en "accolant" les trames débruitées les unes après les autres. Cependant, il existe des effets de bords dus notamment aux différentes transformées de Fourier. De plus, les filtres utilisés pour débruiter chacune des trames sont différents, comme il vient d'être indiqué. il ne peut donc pas y avoir "continuité" du signal débruité. The connection of these frames can be done simply by "joining" the debruised frames one after the other. However, there are edge effects due in particular to different Fourier transforms. In addition, the filters used to denoise each of the frames are different, as just indicated. there can therefore be no "continuity" of the denoised signal.

L'utilisation d'un filtre de Wiener, qui présente des avantages certains (traitement différentié des trames), n'est donc pas non plus exempte d'inconvénients.The use of a Wiener filter, which has certain advantages (differentiated processing of the frames), is therefore not free of disadvantages.

La figure 2 est un diagramme illustrant l'effet parasite des effets de bords. Pour fixer les idées, on considère un signal simple bruité qui se présente sous la forme d'une somme de deux fonctions sinusoïdales, les effets de bords se manifestent par des pics énergétiques aux extrémités des deux trames de ce signal de test. Les deux sinus vérifient les assertions ci-dessous :
- pour le signal utile : s(t) = sin(2#.103t)
pour le bruit : x(t) = 0.5xsin(2.50t)
- un rapport signal à bruit : RSB = 6 dB ; et
nombre d'échantillon par trame : 128.Figure 2 is a diagram illustrating the spurious effect of edge effects. To fix ideas, consider a simple noisy signal which is in the form of a sum of two sinusoidal functions, edge effects are manifested by energy peaks at the ends of the two frames of this test signal. The two sines verify the assertions below:
- for the useful signal: s (t) = sin (2 # .103t)
for noise: x (t) = 0.5xsin (2.50t)
a signal-to-noise ratio: RSB = 6 dB; and
number of samples per frame: 128.

L'axe vertical du diagramme de la figure 2 donne l'amplitude de l'erreur présente dans le signal de sortie et l'axe horizontal la durée du signal en nombre d'échantillons. Deux trames, appelées "Trame 1" et "Trame 2" ont été représentées, soit au total 256 échantillons. Pour une amplitude maximale égale à l'unité, la courbe montre, dans cet exemple particulier, des fluctuations d'amplitude moyenne, de l'ordre de + 15 l, autour de la valeur zéro, et des pics de grande amplitude, supérieure à + 50 du signal utile. Ces pics sont dus aux effets de bords, dans les zones de "raccordements" entre trames. The vertical axis of the diagram of FIG. 2 gives the amplitude of the error present in the output signal and the horizontal axis the duration of the signal in number of samples. Two frames, called "Frame 1" and "Frame 2" were represented, making a total of 256 samples. For a maximum amplitude equal to unity, the curve shows, in this particular example, fluctuations of average amplitude, of the order of +15 l, around the zero value, and peaks of large amplitude, greater than + 50 of the useful signal. These peaks are due to the effects of edges, in the areas of "connections" between frames.

L'invention se fixe pour but, tout en conservant les avantages des procédés selon l'art connu, d'en pallier les inconvénients, et en particulier d'éviter les effets de bord précités. Elle permet, de façon plus générale, de minimiser l'erreur résiduelle subsistant entre le signal débruité généré, c'est-à-dire "estimé", et le signal réel non bruité. The object of the invention is to retain the advantages of the methods according to the known art, to overcome the disadvantages thereof, and in particular to avoid the aforementioned edge effects. It makes it possible, more generally, to minimize the residual error remaining between the generated, i.e. "estimated", de-energized signal and the real non-noisy signal.

Pour ce faire, selon une caractéristique importante de l'invention, un double découpage en trames est effectué de façon à générer deux suites de trames decalées d'une fraction de longueur de trame, de la façon qui sera explicitée plus en détail ci-après. Les deux suites de trames sont ensuite soumises, indépendamment l'une de l'autre, à un débruitage de façon similaire au procédé de l'art connu rappelé sur la figure 1 (phase 2). La reconstruction du signal (phase 3) est plus complexe. Elle comprend une étape de fenêtrage de chacune des deux suites de trames et une étape de sommation pour obtenir le signal utile final. To do this, according to an important characteristic of the invention, a double division into frames is performed so as to generate two sequences of frames shifted by a fraction of frame length, as will be explained in more detail below. . The two sets of frames are then subjected, independently of one another, to a denoising in a manner similar to the method of the known art recalled in FIG. 1 (phase 2). Signal reconstruction (phase 3) is more complex. It comprises a windowing step of each of the two sets of frames and a summing step to obtain the final useful signal.

La pondération (c'est-à-dire la multiplication des signaux obtenus en sortie de la transformée de Fourier inverse par la fenêtre de pondération) réalisée sur chacune des trames des deux suites doit être telle que la sommation des trames pondérées donne un résultat toujours égal à l'unité, quel que soit le rang de la trame dans l'une ou l'autre des deux suites. The weighting (that is to say the multiplication of the signals obtained at the output of the inverse Fourier transform by the weighting window) carried out on each of the frames of the two sequences must be such that the summation of the weighted frames gives a result always equal to the unit, regardless of the rank of the frame in one or the other of the two sequences.

Dans un mode de réalisation préféré, le décalage est d'une demi-trame. In a preferred embodiment, the offset is one half-frame.

Toujours dans un mode de réalisation préféré, la fenêtre de pondération est du type fonction "cosinus" (k) et obéit à la relation suivante

Still in a preferred embodiment, the weighting window is of the "cosine" function type (k) and obeys the following relationship

<tb> g(k) <SEP> =2 <SEP> ll-co <SEP> (2 <SEP> LGtramel1 <SEP> avec <SEP> ki;LGtrame]
<tb>
L'invention a donc pour objet un procédé de débruitage de signaux sonores bruités constitués de signaux sonores dits utiles mélangés à des signaux de bruit, caractérisé en ce qu'il comprend au moins 1 les étapes suivantes
découpage desdits signaux sonores bruités en deux suites de trames temporelles consécutives, la première suite étant constituée de trames identiques d'une longueur déterminée et la seconde suite étant constituée d'une première trame dont la longueur est une fraction prédéterminée de ladite longueur déterminée, suivie de trames identiques de longueur égale à ladite longueur déterminée, de manière à créer un décalage temporel entre les trames desdites première et seconde suites dont l'amplitude est égale à la longueur de ladite première trame de la seconde suite
lecture successives de toutes les trames de ladite première suite et de toutes les trames de ladite seconde suite à l'exception de la première, de manière à conserver ledit décalage
- débruitage, trame par trame, des trames successivement lues de ladite première suite et des trames successivement lues de ladite seconde suite de manière à extraire des trames débruitées à partir de chacune desdites suites
- pondération des trames débruitées desdites première et seconde suites en multipliant chacune de ces trames par une fenêtre de pondération représentant une fonction déterminée, et
- sommation des trames pondérées de ladite première suite avec les trames pondérées de ladite seconde suite, ces trames présentant un recouvrement égal à ladite fraction de longueur prédéterminée.<tb> g (k) <SEP> = 2 <SEP> ll-co <SEP> (2 <SEP> LGtramel1 <SEP> with <SEP>ki; LGtrame]
<Tb>
The subject of the invention is therefore a method for denoising noisy sound signals consisting of so-called useful sound signals mixed with noise signals, characterized in that it comprises at least the following steps:
splitting said noisy sound signals into two consecutive series of time frames, the first sequence consisting of identical frames of a determined length and the second sequence consisting of a first frame whose length is a predetermined fraction of said determined length, followed by identical frames of length equal to said determined length, so as to create a time shift between the frames of said first and second suites whose amplitude is equal to the length of said first frame of the second sequence
sequentially reading all the frames of said first sequence and all the frames of said second sequence except for the first, so as to retain said offset
- denoising, frame by frame, frames successively read from said first sequence and frames successively read from said second sequence so as to extract debruised frames from each of said sequences
weighting the debrunted frames of said first and second sequences by multiplying each of these frames by a weighting window representing a determined function, and
summing the weighted frames of said first sequence with the weighted frames of said second sequence, these frames having an overlap equal to said fraction of predetermined length.

L'invention a encore pour objet l'application de ce procédé au traitement de la parole. The invention further relates to the application of this method to speech processing.

L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, parmi lesquelles
- la figure 1 est un bloc diagramme illustrant les principales phases et étapes d'un exemple de procédé de débruitage d'un signal bruité selon l'art connu
- la figure 2 est un diagramme illustrant l'erreur subsistant sur un signal particulier bruité, erreur due à des effets parasites générés par le procédé de la figure 1
- la figure 3 est un bloc diagramme illustrant les principales phases et étapes d'un exemple de procédé de débruitage d'un signal bruité selon l'invention
- la figure 4 illustre le double découpage en trames selon une des caractéristiques du procédé selon l'invention
- la figure 5 illustre une fonction en cosinus utilisée comme fenêtre de pondération dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention
- la figure 6 illustre schématiquement l'étape finale de sommation des deux suites de trames mises en oeuvre dans le procédé selon l'invention
- la figure 7 est un diagramme montrant l'effet des étapes de pondération et de sommation des deux suites de trames mises en oeuvre dans le procédé selon l'invention
- et la figure 8 est un diagramme illustrant l'erreur subsistant sur le signal particulier bruité de la figure 2, traité par le procédé selon l'invention.The invention will be better understood and other features and advantages will appear on reading the following description with reference to the appended figures, among which:
FIG. 1 is a block diagram illustrating the principal phases and steps of an exemplary method of denoising a noisy signal according to the prior art
FIG. 2 is a diagram illustrating the error remaining on a particular noisy signal, error due to spurious effects generated by the method of FIG.
FIG. 3 is a block diagram illustrating the principal phases and steps of an exemplary method of denoising a noisy signal according to the invention
FIG. 4 illustrates the double division into frames according to one of the characteristics of the method according to the invention
FIG. 5 illustrates a cosine function used as a weighting window in a preferred embodiment of the method according to the invention
FIG. 6 schematically illustrates the final summation step of the two sets of frames implemented in the method according to the invention.
FIG. 7 is a diagram showing the effect of the weighting and summation steps of the two series of frames implemented in the method according to the invention
and FIG. 8 is a diagram illustrating the error remaining on the particular noisy signal of FIG. 2, processed by the method according to the invention.

Un exemple de procédé selon l'invention va maintenant être décrit par référence au diagramme de la figure 3. An example of a method according to the invention will now be described with reference to the diagram of FIG.

Le signal u(t) à traiter, c'est-à-dire à débruiter, est tout d'abord numérisé et, comme dans l'art connu (figure 1) est stocké dans une mémoire tampon. Cependant, selon une caractéristique importante du procédé de l'invention, la chaîne de traitement est dédoublée en deux voies parallèles, chacune de ces voies étant associée, sur la figure 3, aux indices "a" et "b", respectivement. A une exception très importante près, propre au procédé de l'invention, chacune des voies reprend l'essentiel des phases et étapes du procédé selon l'art connu : découpage en trames, débruitage et reconstruction du signal. En conséquence, les opérations élémentaires de traitement ne seront redécrites qu'en tant que de besoin. De façon plus précise, la voie de gauche (sur la figure 3), associée arbitrairement à l'indice "a", est strictement identique à la chaîne de traitement représentée sur la figure 1. La voie de droite (sur la figure 3), associée arbitrairement à l'indice "b" comporte une étape supplémentaire qui sera décrite ci-après. The signal u (t) to be processed, that is to say to denoise, is first digitized and, as in the known art (Figure 1) is stored in a buffer. However, according to an important characteristic of the method of the invention, the processing chain is split into two parallel paths, each of these paths being associated, in FIG. 3, with the indices "a" and "b", respectively. With one exception very important, specific to the method of the invention, each of the channels takes up most of the phases and steps of the method according to the prior art: cutting into frames, denoising and reconstruction of the signal. As a result, basic processing operations will only be rewritten as needed. More precisely, the left lane (in FIG. 3), arbitrarily associated with the index "a", is strictly identical to the processing chain represented in FIG. 1. The right lane (in FIG. 3) , arbitrarily associated with the index "b" includes an additional step which will be described below.

Une étape finale de sommation, absente dans l'art connu, recombine les signaux obtenus suite aux deux séries de traitement en parallèle. A final summation step, absent in the known art, recombines the signals obtained following the two series of parallel processing.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la première phase du procédé consiste en un double découpage en trames (blocs 4a et 4b). Une première étape (40a et 40b) consiste à stocker les échantillons numériques obtenus dans deux mémoires tampons circulantes, 40a et 40b, du type "FIFO" ("First In, First Out", c'est-àdire "premier entré, premier sorti"). Comme précédemment, la deuxième étape (42a et 42b) de cette phase consiste à découper le signal original en trames de longueur LGtrame et à lire ces trames. According to an essential characteristic of the invention, the first phase of the method consists of a double division into frames (blocks 4a and 4b). A first step (40a and 40b) consists in storing the digital samples obtained in two circulating buffer memories, 40a and 40b, of the "FIFO" type ("First In, First Out", ie "first in, first out" "). As previously, the second step (42a and 42b) of this phase consists of cutting the original signal into frames of length LGtrame and reading these frames.

Cependant, selon un deuxième aspect essentiel de l'invention, les deux séries de trames ont les caractéristiques suivantes
La première suite de trames représente le découpage en trames de longueur LGtrame du signal original u(t) suite des trames Tei, dites d'entrée pour la phase de débruitage par le bloc 5a.However, according to a second essential aspect of the invention, the two series of frames have the following characteristics
The first sequence of frames represents the cutting into frames of length LGtrame of the original signal u (t) following frames Tei, called input for the denoising phase by the block 5a.

Selon une caractéristique importante de l'invention, la formation de la seconde suite de trames débute par la lecture d'une trame initiale de longueur inférieure à
LGtrame (étape 41b) : soit A sa durée. Cette trame n'est pas utile, en ce sens qu'elle ne sera pas prise en compte pour la suite des opérations, mais elle est déterminante pour obtenir un "décalage" des deux suites de trames. Puis, la lecture se poursuit prenant en compte de nouveau des trames de longueur LGtrame : suite des trames T'ei, dites d'entrée pour la phase de débruitage par le bloc 5b.According to an important characteristic of the invention, the formation of the second sequence of frames starts with the reading of an initial frame of length less than
LGtrame (step 41b): either At its duration. This frame is not useful, in that it will not be taken into account for the rest of the operations, but it is decisive in order to obtain an "offset" of the two series of frames. Then, the reading continues taking into account again LG-length frames: following T'ei frames, said input for the denoise phase by block 5b.

La figure 4 est un diagramme qui illustre le double découpage qui vient d'être décrit. Sur la partie supérieure de la figure 4, on a représenté les cinq premières trames de la première suite de trames : Tel à Tes, toutes de longueur identique égale à LGtrame (premier découpage). Sur la partie inférieure de cette même figure, on a représenté les cinq premières trames de la seconde suite : T', Te'1 à Te'4. La trame T' est particulière. Elle est obtenue à l'étape 41b, par lecture d'une trame de longueur A, soit une fraction de longueur de trame LGtrame égale à [Ltrame/x]. Les autres trames, Te'1 à Te'4 sont de nouveau des trames de longueur
LGtrame (second découpage).Figure 4 is a diagram illustrating the double clipping just described. On the upper part of Figure 4, there is shown the first five frames of the first sequence of frames: Tel Tes, all identical length equal to LGtrame (first cut). On the lower part of this same figure, the first five frames of the second sequence are represented: T ', Te'1 to Te'4. The frame T 'is particular. It is obtained in step 41b, by reading a frame of length A, ie a fraction of frame length LGtrame equal to [Lframe / x]. The other frames, Te'1 to Te'4 are again frames of length
LGtrame (second division).

On élimine du traitement ultérieur la trame T'. On constate qu'il y a un recouvrement des trames de même rang des deux suites, soit un "décalage" égal à # ou [LGtrame/x]. Subsequent processing is eliminated from the frame T '. It can be seen that there is overlap of the frames of the same rank of the two sequences, ie an "offset" equal to # or [LGframe / x].

Il doit être clair cependant que la notion de "décalage" ne signifie pas une recopie dans le temps des trames de la première suite. Le début de la trame Te'1 correspond à l'amplitude du signal u(t) à l'instant t0 + # (avec to instant initial arbitraire), alors que le début de la trame Te1 correspond à l'amplitude du signal u(t) à l'instant t0, dans les deux cas après numérisation.It must be clear, however, that the notion of "offset" does not mean a copy of the frames of the first sequence over time. The start of the frame Te'1 corresponds to the amplitude of the signal u (t) at the instant t0 + # (with arbitrary initial instant), while the start of the frame Te1 corresponds to the amplitude of the signal u (t) at time t0, in both cases after digitization.

Comme dans l'art connu, on procède ensuite à une phase de débruitage des deux suites de trames d'entrée : Tei et T'ei (figure 3). Les deux blocs 5a et 5b peuvent être identiques à celui décrit sur la figure 1. As in the prior art, a denoising phase of the two sets of input frames Tei and T'ei (FIG. 3) is then carried out. The two blocks 5a and 5b may be identical to that described in FIG.

Le procédé selon l'invention s'applique à toute technique de traitement reposant sur une modification des composantes fréquentielles du signal à traiter. The method according to the invention applies to any processing technique based on a modification of the frequency components of the signal to be processed.

Par conséquent le procédé s'applique à tout traitement numérique utilisant une transformée de Fourier rapide ou similaire comme point de départ (passage du domaine temporel au domaine fréquentiel : étape 50a ou 50b), et une transformée de Fourier rapide inverse ou similaire (retour au domaine temporel : étape 52a ou 52b), en vue de l'écoute du signal après traitement. L'étape de débruitage proprement dite (étape 51a ou 51b) peut, comme il a été indiqué, être réalisée avantageusement à l'aide d'un filtre numérique du type Wiener. Therefore, the method applies to any digital processing using a fast Fourier transform or the like as a starting point (time domain to frequency domain transition: step 50a or 50b), and an inverse fast Fourier transform or the like (return to time domain: step 52a or 52b), for the purpose of listening to the signal after processing. The actual denoising step (step 51a or 51b) can, as has been indicated, be advantageously performed using a digital filter of the Wiener type.

De façon plus précise, le procédé selon l'invention consiste à procéder à un traitement de débruitage, non seulement sur le signal original, c'est-à-dire sur la suite des trames Tei, mais également sur le signal " décale", c'est-à-dire sur la suite des trames T'el. Le décalage entre ces deux signaux est variable et peut en particulier être fixé en fonction du temps de réponse désiré. Ce décalage temporel A, induit par la lecture d'une trame initiale lors de la création de la seconde suite d'échantillons, peut avantageusement être représenté sous la forme de la partie entière d'une fraction de LGTRAME
= E(Lgtrame/x),
relation dans laquelle E désigne la partie entière.More specifically, the method according to the invention consists in carrying out a denoising treatment, not only on the original signal, ie on the following Tei frames, but also on the "shifts" signal, that is to say on the sequence of frames T'el. The offset between these two signals is variable and can in particular be set according to the desired response time. This time shift A, induced by the reading of an initial frame during the creation of the second series of samples, can advantageously be represented as the whole part of a fraction of LGTRAME
= E (Lgframe / x),
relation in which E designates the entire part.

Ainsi sont obtenues deux suites de trames traitées Tsi et T'si, dites de sortie. Comme les trames d'entrée, Tei et T'ei, ces trames de sortie, Tsi et T'si, sont également décalées temporellement de la valeur d. Thus are obtained two series of processed frames Tsi and T'si, called output. Like the input frames, Tei and T'ei, these output frames, Tsi and Tsi, are also time shifted by the value d.

La dernière phase du procédé consiste à reconstruire le signal s'(t) exempt de bruit. La première étape, 60a ou 60b, consiste en un fenêtrage de façon analogue à ce qui est réalisé dans l'art connu. Ce fenêtrage est naturellement réalisé de façon autonome sur chacune trames des deux suites et la fenêtre de pondération doit posséder des caractéristiques spécifiques qui seront précisées ci-après. The last phase of the method consists in reconstructing the noise-free signal s' (t). The first step, 60a or 60b, consists of windowing in a manner analogous to that which is realized in the prior art. This windowing is of course carried out autonomously on each frame of the two sequences and the weighting window must have specific characteristics which will be specified hereinafter.

On va maintenant se placer dans un exemple de réalisation préféré du procédé de l'invention pour lequel la valeur de x est égale à 2. En d'autres termes, la trame initiale T' est égale exactement à une demie longueur de trame, soit [LGtrame/2]. Les trames des deux suites se recouvrent donc par moitié. It will now be placed in a preferred embodiment of the method of the invention for which the value of x is equal to 2. In other words, the initial frame T 'is equal to exactly half a frame length, or [LGtrame / 2]. The frames of the two suites thus overlap by half.

Toujours dans un mode de réalisation préféré, la fonction décrivant la fenêtre, et utilisée pour la pondération, est une fonction en cosinus telle que représentée sur le diagramme de la figure 5. Dans le cadre de l'exemple décrit, une trame comporte 128 échantillons, et l'axe horizontal du diagramme est gradué en nombre n d'échantillons. Still in a preferred embodiment, the function describing the window, and used for weighting, is a cosine function as shown in the diagram of FIG. 5. In the context of the example described, a frame comprises 128 samples. , and the horizontal axis of the diagram is graduated in number n of samples.

L'équation mathématique décrivant cette fonction est donnée par la relation suivante

The mathematical equation describing this function is given by the following relation

<tb> g(k) <SEP> = <SEP> iF <SEP> oe2 <SEP> k-il <SEP> avec <SEP> k <SEP> c <SEP> i;LGtrame]
<tb> 2 <SEP> (k) <SEP> =2 <SEP> 1 <SEP> LOtrame <SEP> , <SEP> avec <SEP> k <SEP> (3)
<tb>
A l'intérieur d'une trame, cette fonction a une amplitude A maximale égale à l'unité pour [LGtrame/2], soit n = 64 échantillons, et passe par zéro pour n = o et n = 128.<tb> g (k) <SEP> = <SEP> iF <SEP> oe2 <SEP> k-il <SEP> with <SEP> k <SEP> c <SEP>i; LGtrame]
<tb> 2 <SEP> (k) <SEP> = 2 <SEP> 1 <SEP> LO <SEP>, <SEP> with <SEP> k <SEP> (3)
<Tb>
Inside a frame, this function has a maximum amplitude A equal to unity for [LGframe / 2], ie n = 64 samples, and goes through zero for n = o and n = 128.

Si on appelle gi (k) la partie de g (k) pour

If we call gi (k) the part of g (k) for

<tb> kEl;LGtramel <SEP> , <SEP> et <SEP> (4)
<tb> g2 (k) la partie de g(k) pour

<tb>kEl; LGtramel <SEP>, <SEP> and <SEP> (4)
<tb> g2 (k) the part of g (k) for

r <SEP> LGtrame
<tb> rLGtrame <SEP> + <SEP> 1; <SEP> LGtrame <SEP> (5),
<tb>
il existe une propriété supplémentaire entre gl (k) et g2(k), exprimée par la relation suivante

r <SEP> LGtrame
<tb> rLGtrame <SEP> + <SEP>1;<SEP> LGsame <SEP> (5),
<Tb>
there is an additional property between gl (k) and g2 (k), expressed by the following relation

<tb> LOtrame <SEP> F <SEP> (k)= <SEP> 1, <SEP> k <SEP> LGtrame
<tb> g1 <SEP> (k+ <SEP> 2) <SEP> +g2 <SEP> (k) <SEP> =1 <SEP> keLl <SEP> ;-2- <SEP> (6).
<tb> <tb> LOframe <SEP> F <SEP> (k) = <SEP> 1, <SEP> k <SEP> LGframe
<tb> g1 <SEP> (k + <SEP> 2) <SEP> + g2 <SEP> (k) <SEP> = 1 <SEP> keLl <SEP>; -2- <SEP> (6).
<Tb>

Après pondération (étape 60a ou 60b, de la phase 6 de reconstruction du signal), les segments de signal débruité sont additionnés (étape 61) comme illustré schématiquement par la figure 6. Ainsi, une demi-trame pondérée par la première partie (g1 (k)) de la fenêtre cosinus est additionnée avec une demi-trame pondérée par la seconde partie (g2(k)) de cette même fenêtre. Les trames débruitées, en sorties de pondération et de sommation, sont référencées TDli, TD2i et TDi en ce qui concerne la première suite (découpage 1), la seconde suite (découpage 2) et le résultat de la sommation, respectivement. Tenant compte de la propriété exprimée par la relation (6), le signal résultant de la sommation constitue le signal débruité recherché s'(t). After weighting (step 60a or 60b, of the signal reconstruction phase 6), the denoised signal segments are added (step 61) as illustrated schematically in FIG. 6. Thus, a half-frame weighted by the first part (g1 (k)) of the cosine window is added with a half-field weighted by the second part (g2 (k)) of this same window. The debrunted frames, in weighting and summation outputs, are referenced TDli, TD2i and TDi with respect to the first sequence (division 1), the second sequence (division 2) and the result of the summation, respectively. Taking into account the property expressed by the relation (6), the signal resulting from the summation constitutes the denoised signal sought s' (t).

Sur la figure 6, on a représenté les trames suivantes
- TDlm et TD1m+l : deux trames débruitées consécutives de rangs m et m+l, avec le découpage 1
- TDlm-1, TD2m et TDlm+i : trois trames débruitées consécutives de rangs m-l, m et m+1, avec le découpage 2 et
- TDlm : deux trames débruitées consécutives de rangs m et m+l, après sommation (étape 61).In FIG. 6, the following frames are represented
- TDlm and TD1m + l: two consecutive debrueted frames of ranks m and m + 1, with the division 1
TDlm-1, TD2m and TDlm + i: three consecutive debrueted frames of ranks ml, m and m + 1, with the division 2 and
TDM: two consecutive debrided frames of ranks m and m + 1, after summation (step 61).

Le processus de sommation est donc le suivant : la première demi-trame TDm est égale à la somme de la première demi-trame TDlm et de la seconde demi-trame TDm-i, la seconde demi-trame TDm est égale à la somme de la seconde demi-trame TDlm et de la première demi-trame TDm, et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'à ce que toutes les trames soient traitées s'il s'agit d'un signal u(t) de longueur finie. The summation process is thus as follows: the first half-frame TDm is equal to the sum of the first half-frame TDlm and the second half-frame TDm-i, the second half-frame TDm is equal to the sum of the second half-frame TDlm and the first half-frame TDm, and so on, until all the frames are processed if it is a signal u (t) of length over.

Dans le cas contraire, le processus est continu.Otherwise, the process is continuous.

La figure 8 est un diagramme illustrant le résultat de la sommation des deux fenêtres de pondération g1 (k) et g2 (k), conformément à la propriété remarquable qui les lie (équation (6)). On a porté sur ce diagramme les deux courbes ci-dessus et le résultat g(k) = g1(k) + g2 (k), sur la longueur d'une demi-trame. On constate bien, qu'à tout instant, la courbe g(k) = gl (k) + g2 (k) est une droite de pente nulle, passant par l'ordonnée unité. Ce résultat reste vrai, quelle que soit la paire de demi-trames considérée. Figure 8 is a diagram illustrating the result of summing the two weighting windows g1 (k) and g2 (k), in accordance with the remarkable property that binds them (equation (6)). The two curves above and the result g (k) = g1 (k) + g2 (k) over the length of a half-frame are plotted on this diagram. It can be seen that at all times, the curve g (k) = gl (k) + g2 (k) is a straight line of zero slope, passing through the ordinate unit. This result remains true, regardless of the pair of half-frames considered.

La fenêtre de pondération en cosinus (équation (3)) permet ainsi d'annuler les effets de bords aux extrémités de chaque trame. The cosine weighting window (equation (3)) thus makes it possible to cancel the edge effects at the ends of each frame.

Le signal est donc correctement débruité, tout en éliminant les effets parasites constatés dans les procédés de l'art connu. The signal is well de-noised, while eliminating the spurious effects found in the known art processes.

A titre comparatif, si on considère de nouveau l'exemple ayant conduit à la courbe d'erreur de la figure 2, c'est-à-dire un signal bruité simple, qui se présente sous la forme d'une somme de deux fonctions sinusoïdales dont les paramètres ont été précédemment donnés, on obtient la courbe d'erreur (sur deux trames, c'est-à-dire 256 échantillons comme précédemment) donnée par le diagramme de la figure 8. For comparison, if we consider again the example that led to the error curve of Figure 2, that is to say a simple noisy signal, which is in the form of a sum of two functions sinusoidal parameters whose parameters were previously given, we obtain the error curve (on two frames, that is to say 256 samples as above) given by the diagram of Figure 8.

On constate qu'il n'y a plus d'effets de bords et que la courbe d'erreur se réduit à une très faible ondulation, résiduelles comprise dans la fourchette + 0,05. It can be seen that there are no more edge effects and that the error curve is reduced to a very small ripple, residuals lying in the +0.05 range.

Etant donné que l'amplitude maximale du signal est + 1 (fonctions sinusoïdales) , Cette dernière valeur est à comparer aux pics dus aux effets de bords supérieurs à + 50 % de l'amplitude maximale du signal utile (figure 2), c'està-dire + 0,5. L'erreur maximale est donc réduite dans un rapport dix. De même l'ondulation résiduelle en amplitude de la fonction erreur est trois fois moins importante (t 0,05 au lieu de + 0,15). Since the maximum amplitude of the signal is + 1 (sinusoidal functions), this latter value is to be compared to the peaks due to edge effects greater than + 50% of the maximum amplitude of the wanted signal (FIG. that is, + 0.5. The maximum error is therefore reduced in a ratio of ten. Similarly, the residual amplitude ripple of the error function is three times smaller (t 0.05 instead of +0.15).

A la lecture de ce qui précède, on constate aisément que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés.
il doit être clair cependant que l'invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisations explicitement décrits, notamment en relation avec les figures 3 à 8.From the foregoing, it is easy to see that the invention achieves the goals it has set for itself.
it should be clear, however, that the invention is not limited to the only examples of embodiments explicitly described, particularly in relation to FIGS. 3 to 8.

Bien qu'il soit particulièrement avantageux d'adopter une valeur de décalage E(LGtrame)
2 qui correspond au mode de réalisation préféré, de façon plus générale, on peut adopter d'autres valeurs telles que E (LGtrame)
x avec x > l.
il est seulement nécessaire que la fonction associée à la fenêtre de pondération soit telle que la relation (6) soit vérifiée à chaque instant. Although it is particularly advantageous to adopt an offset value E (LGtrame)
2 which corresponds to the preferred embodiment, more generally, it is possible to adopt other values such as E (LGtrame)
x with x> l.
it is only necessary that the function associated with the weighting window be such that the relation (6) is checked at every moment.

De même, la fonction de pondération n'est pas limitée à la seule fonction de type cosinus, bien que cette fonction présente l'avantage de variations douces. On peutr en effet, avoir recours à des fonctions en dents de scie, de type triangle ou trapèze. Cependant, ces fonctions risquent d'induire des effets parasites, car elles présentent des variations brusques aux changements de pente. Similarly, the weighting function is not limited to the single cosine function, although this function has the advantage of soft variations. We can indeed use the functions sawtooth, triangle or trapezoid type. However, these functions may induce spurious effects because they exhibit abrupt changes in slope changes.

Claims

CLAIMS 1. method of denoising noisy sound signals (u (t)) constituted by so-called useful sound signals mixed with noise signals, characterized in that it comprises at least the following steps -decoupage (4a, 4b) of said signals noises in two consecutive series of time frames, the first sequence (Tel) consisting of identical frames of a given length (LGtrame) and the second sequence (T'ei) consisting of a first frame (T ') of which the length is a predetermined fraction of said determined length, followed by identical frames of length equal to said determined length (LGtrame), so as to create a temporal shift between the frames of said first (Tei) and second (T'ei) sequences of which the amplitude is equal to the length of said first frame (T ') of the second successive read sequence (42a, 42b) of all the frames (Tei) of said first sequence and all the frames (T'ei) d e said second sequence with the exception of the first (T '), so as to keep said shift-out (5a, 5b), frame by frame, successively read frames (Tei) of said first sequence and successively read frames (T'ei) of said second sequence so as to extract debrided frames (Tsi, T'si) from each of said sequences; -weighting (60a, 60b) debrueted frames (Tsl, T'si) said first and second suites by multiplying each of these frames by a weighting window representing a determined function, and - summing (61) weighted frames of said first subsequently with the weighted frames of said second sequence, these frames having a coverage equal to said fraction of predetermined length. Method according to claim 1, characterized in that said fraction of predetermined length is equal to half a frame length, so that the frames (Tei, T'ei) of said first and second sequences overlap by half.

3. Method according to claim 2, characterized in that said weighting function is a function g (k) included in a window of length equal to said determined length of frame and obeying the following relation

<tb> g1 (k + <SEP> L% groin) + g2 (k) = 1, <SEP> r <SEP> LGtamel

<tb> gl <SEP> (k + <SEP> 2) <SEP> + g2 <SEP> (k) <SEP> = lX <SEP> kELl <SEP>; <SEP> 2 <SEP> j '

<tb> with

LGframe equal to said determined frame length, gi (k) the portion of g (k) for

<tb> kEl; .LGframe <SEP> 1 <SEP>, <SEP> and

<tb> g2 (k) the part of g (k) for

<tb> rLCtrame + 1; LGtrame

<tb> ks <SEP> 2 <SEP> + I <SEP>; <SEP> LGwame

<Tb>

4. Method according to claim 3, characterized in that said weighting function is a cosine function in a window of length equal to said determined frame length (LGtrame) and obeying the following relation

<tb> g (k) <SEP> 2 <SEP> iF <SEP> L <SEP> C0 <SEP> (27C <SEP> LGframe)] <SEP> with <SEP> k <SEP> G <SEP> [ SEP; <SEP> LGtrame]

<tb> <SEP> 2 <SEP> [i <SEP> LGtrarne

<Tb>

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a preliminary step of digitizing said noisy signals (u (t)) by sampling before said division into two series of frames (Tei, T '). ei) and a step of storing (40a, 40b) the digitized frames of the two sequences in two "first in - first out" type circulating memories.

6. Method according to claim 5, characterized in that said denoising step (5a, 5b) consists, independently for each of said two suints, to apply to each frame (Tei or T'ei) a transformation of

Fast Fourier (50a, 50b), a digital filtering (51a, 51b), differentiated from one frame to another, followed by an inverse Fourier transform (52a, 52b).

7. Method according to claim 6, characterized in that said digital filtering (51a, 51b) is performed using a Wiener filter.

8. Application of the method according to any one of the preceding claims to the denoising of noisy speech signals (u (t)).

9. The method of claim 8, characterized in that the duration of said frames (Tel, T'ei) is in the range 10 to 20 ms.