PT105880B - Cancelamento controlado de ruído predominantemente multiplicativo em sinais no espaço tempo-frequência - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO CONSISTE NUM PROCESSO PARA CANCELAR RUÍDO PREDOMINANTEMENTE MULTIPLICATIVO EMBUTIDO EM SINAL ÁUDIO, TENDO EM CONTA A CARACTERIZAÇÃO, ESPECIFICADA PELO UTILIZADOR, DO SINAL ÁUDIO NA SUA REPRESENTAÇÃO TEMPO- FREQUÊNCIA. A INVENÇÃO PERMITE, COM BASE EM SINAIS ÁUDIO (5) DE UM MEIO (1) ADQUIRIDOS PELA INSTRUMENTAÇÃO DE AQUISIÇÃO (2) PARA UM COMPUTADOR (3), APÓS CALCULADA A SUA REPRESENTAÇÃO TEMPO- FREQUÊNCIA (6) E DISPONIBILIZADO (4) O ESPECTROGRAMA, QUE O UTILIZADOR PROCEDA À IDENTIFICAÇÃO DO SUB-ESPAÇO TEMPO- FREQUÊNCIA A SER CONSIDERADO COMO MAIORITARIAMENTE RUÍDO (7) E AO ESTABELECIMENTO DO GRAU DE TOLERÂNCIA AO CANCELAMENTO DE RUÍDO (11) PARA QUE SE PROCESSE O ISOLAMENTO CONTROLADO DO RUÍDO (8, 9, LO), A REMOÇÃO DO RUÍDO DO SINAL ORIGINAL NO DOMÍNIO TEMPO-FREQUÊNCIA (12) E CÁLCULO DA DENSIDADE DE POTÊNCIA DO SINAL PÓS-CANCELAMENTO DO RUIDO (13), APRESENTANDO AO UTILIZADOR O LIMIAR MÍNIMO DE POTÊNCIA DO SINAL SEM O RUÍDO CANCELADO (14, 15) E A PERCENTAGEM DE RUÍDO CANCELADO RELATIVAMENTE AO SINAL ORIGINAL (16).

Description

Cancelamento controlado de ruído em sinais no espaço tempofrequência

1. Domínio técnico da invenção

Sistema de cancelamento de ruído de sinais áudio detentores de ruído predominantemente multiplicativo expressos no domínio tempo-frequência, sob controlo do utilizador, considerando as suas caracteristicas tempo-frequência.

2. Sumário da invenção

A presente invenção consiste num processo controlado para cancelar ruído predominantemente multiplicativo de sinais áudio representados simultaneamente na frequência e no tempo. A invenção permite, com base em sinais (5) áudio representados no espaço tempo-frequência colhidos da instrumentação de aquisição (2) num computador (3) cujo ruído é identificado (6), isolar controladamente e remover o ruido (7, 8, 9), e, apresentar ao utilizador o limiar mínimo de potência sem ruido do sinal e o nível de cancelamento efetivamente aplicado (10), e, a representação gráfica sinal sem ruido (11). Em termos industriais, a invenção pode ser usada em variadas aplicações, as quais requeiram remoção de ruído controladamente nos domínios da frequência e do tempo em simultâneo.

3. Estado da técnica anterior

Esta invenção consiste num sistema lógico de cancelamento de ruído de sinais áudio contaminados por ruído do tipo multiplicativo representados no domínio tempo-frequência. A invenção permite que a quantidade de ruído a cancelar seja controlado pelo utilizador com base na representação tempofrequência dos sinais, um dos pontos fortes da invenção.

A remoção do ruído faz-se na gama completa de frequências do sinal, sem perca de informação do sinal em estudo, outro dos pontos fortes desta invenção. Os dados devolvidos pela invenção permitem obter a quantificação percentual do ruido cancelado face ao sinal original, e, a representação do sinal sem ruído, possibilitando a avaliação quantitativa e qualitativa da remoção do ruído efetuada. A presente invenção constitui um processo de extrema importância a ser incorporado em instrumentação.

A metodologia de cancelamento de ruído existente é baseada na aplicação de filtros, quer analógicos quer digitais, cuja parametrização é função das caracteristicas dos tipos de ruído mais comuns na instrumentação. Contudo estes filtros não preveem nem solucionam as componentes de ruído devidas ao processo de recolha e ao tipo de sinal em estudo, ruído este que acompanha o sinal na sua gama completa de frequências. A presente inovação obvia esta problemática.

. Descrição da invenção

A interpretação dos sinais de uma dada aplicação é frequentemente imprecisa devido à existência de ruído embutido no sinal, imprecisão esta que, em casos requerendo rigor, pode condicionar ou mesmo induzir em erro a decisão a tomar face à interpretação possibilitada.

A presente inovação possibilita a remoção de ruído contido no sinal áudio, mediante caracterização por parte do utilizador da tolerância ao ruído que o sistema pode permitir. Como auxiliar na definição desta tolerância, o utilizador tem acesso à representação tempo-frequência do sinal. A remoção do ruído, de acordo com a tolerância definida, ocorre em toda a gama de frequências do sinal sem perca de informação útil, e durante todo o tempo de duração do sinal. 0 sinal processado é acessível ao utilizador, sendo-lhe ainda anunciado qual a potência de ruído que foi retirada, qual o valor percentual do ruído efetivamente cancelado face ao sinal original, e, o utilizador tem acesso à visualização do sinal pós remoção do ruído.

Acrescenta-se às mais-valias desta inovação o facto da mesma poder ser utilizada em instrumentação de aquisição e processamento preciso de sinais.

5. Breve descrição dos desenhos

Fig. 1: Interligação da instrumentação que constitui a base da invenção.

Fig. 2: Interligação das diversas componentes constituintes desta invenção

6. Descrição pormenorizada da invenção

A presente invenção baseia-se na existência da instrumentação descrita na

Fig. 1 onde 1 representa objeto sobre o qual se pretende recolher sinais;

representa instrumentação de recolha dos sinais áudio detentores de ruído predominantemente multiplicativo; 3 representa computador onde reside a componente lógica desta invenção; 4 representa o monitor do computador 3, utilizado pelo utilizador para visualizar as representações gráficas e os resultados de cálculos de parâmetros de performance produzidas pela invenção.

Esta invenção, é constituída pela sequência de processos da parametrização de remoção do ruído, c) remoção do ruído e,

d) representação do sinal processado e apresentação de quantificação do ruido removido face ao sinal original, sendo constituída pelas várias componentes esquematicamente representadas na Fig. 2.

sinal (5) de áudio expresso no domínio tempo-frequência é representado na forma de uma matriz, designada abaixo por S(t,f), onde t representa tempo e f a frequência. De notar que, de acordo com a teoria de transformação de sinais para o domínio tempo-frequência, t é designado por 'instante temporal' do sinal de entrada, correspondendo contudo ao valor central de uma gama de valores de tempo, gama esta sobre a qual a janela temporal deslizante de segmentação do sinal original é aplicada. Ainda de acordo com a teoria geral das transformações tempo-frequência, a escolha do tipo de janela temporal e a largura da mesma deve ser criteriosamente escolhida de acordo com as características do sinal em estudo. Assim, a um instante temporal t encontra-se associado um espectro, obtido por um dos métodos disponíveis de transformação de sinais, previamente aplicado ao sinal. A matriz S(t,f) é então interpretada como as colunas representando os instantes temporais e as linhas representando os valores espectrais obtidos para o par tempo-frequência respetivo; a dimensão da matriz é pois definida por um número de colunas igual ao número total de instantes temporais considerado e o número de linhas depende da gama de frequências e resolução consideradas.

A representação gráfica da matriz S(t,f) em (4) possibilita ao utilizador a visualização do espectrograma do sinal de entrada, no qual pode identificar a sub-região do espaço tempo-frequência que considere indicadora de existência exclusiva de ruído, designada por região de referencia (6), sendo, em simultâneo, o utilizador chamado a indicar o grau de tolerância (número real positivo)que admite para o cancelamento do ruido (6). Dá-se início ao cálculo do erro quadrático médio dessa sub-região do espaço, adiante designado por 'threshold' na seleção da quantidade de ruído efetivamente a eliminar ponderação linear com valor da tolerância, procedendo-se de seguida à remoção de ruído (9) .

De notar que o valor da tolerância deve ser escolhido tendo em consideração as especificidades do sinal, por forma a deixar passar os picos do sinal de entrada que são integrantes do sinal que se pretende analisar mas que ao mesmo tempo permita eliminar os picos que são devidos ao ruído. Este valor de tolerância destina-se a permitir ao utilizador o controlo da margem de erro aceitável para cancelamento do ruído do sinal em causa, sendo ponderado linearmente pelo 'threshold'. A remoção efetiva do ruido ocorre por eliminação dos valores da matriz S(t,f) que sejam inferiores ao produto do valor efetivo de ruido (8) pelos elementos da matriz S(t,f).

Como informação conclusiva a ser fornecida ao utilizador sobre o cancelamento de ruido efetuado, em (11) pode visualizar-se (4) a representação gráfica da densidade espectral de potência do sinal pós-cancelamento de ruido observada para cada instante temporal (representação tempofrequência do sinal pós remoção de ruido) . Pode ainda visualizar-se (4) o valor do limiar inferior de potência do sinal processado mediante conversão do 'threshold' na forma de potência, e, do nivel de cancelamento de ruido que foi efetivamente aplicado ao sinal de entrada.

Esta invenção, constituída por várias componentes, está esquematicamente representada na Fig. 2.

Claims (2)

1. Processo controlado para cancelamento de ruído do tipo multiplicativo de sinais áudio representados simultaneamente na frequência e no tempo caracterizado por adquirir os sinais (5) colhidos pela instrumentação (2), processados pela presente

invenção no computador (3), e, os resultados apresentados ao utilizador em (4) , sendo composta por: Definição da região de ruido do domínio tempo-

frequência denominada de referência, e do grau de tolerância permitido ao cancelamento de ruído (6)

b) Cálculo do 'threshold' de ruído a eliminar do sinal (7)

c) Cálculo do valor efetivo de ruido a cancelar (8)

d) Remoção do valor efetivo do ruido do sinal tempofrequência (9)

e) Calcular e apresentar (4) ao utilizador parâmetros de limiar mínimo de potência sem ruido do sinal e o nível de cancelamento efetivamente aplicado (10)

f) Calcular e apresentar (4) ao utilizador a representação gráfica do sinal sem ruido (11)

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por identificar o ruido a ser cancelado controladamente (6), o cálculo do 'threshold' (7), do valor efetivo de ruido a cancelar (8) e a remoção do valor efetivo do ruido do sinal tempo-frequência (9), resultando no conteúdo tempo-frequência do sinal sem ruido (11).