WO2006032751A1 - Procede et dispositif d'evaluation de l'efficacite d'une fonction de reduction de bruit destinee a etre appliquee a des signaux audio - Google Patents

Procede et dispositif d'evaluation de l'efficacite d'une fonction de reduction de bruit destinee a etre appliquee a des signaux audio Download PDF

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WO2006032751A1
WO2006032751A1 PCT/FR2005/002262 FR2005002262W WO2006032751A1 WO 2006032751 A1 WO2006032751 A1 WO 2006032751A1 FR 2005002262 W FR2005002262 W FR 2005002262W WO 2006032751 A1 WO2006032751 A1 WO 2006032751A1
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signal
noise
frame
loudness
noise reduction
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/002262
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Inventor
Valérie GAUTIER-TURBIN
Nicolas Le Faucheur
Original Assignee
France Telecom
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10L—SPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L25/00—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00
    • G10L25/48—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00 specially adapted for particular use
    • G10L25/69—Speech or voice analysis techniques not restricted to a single one of groups G10L15/00 - G10L21/00 specially adapted for particular use for evaluating synthetic or decoded voice signals

Definitions

  • the present invention relates generally to reduction functions "of" bT ⁇ if ⁇ "applicatio” Abre ⁇ â ⁇ ⁇ My IGMG "x ⁇ a" ûcliâ
  • the invention relates to a method and apparatus for evaluating the efficiency of a noise reduction function for application to audio signals.
  • the present invention aims in particular to characterize the performance of such a noise reduction function applied to speech signals.
  • a noise reduction function aims to reduce the level of noise contained in a signal, so as to improve the subjective quality of the sound reproduction of the signal, as perceived by the speakers. humans.
  • the known methods for evaluating the effectiveness of a noise reduction function are based on objective measurements to characterize the RB function considered.
  • such a method consists of calculating the improvement of the Signal to Noise Ratio (SNR) of a test signal, before and after application of the noise reduction function.
  • SNR Signal to Noise Ratio
  • This method is known by the acronym SNRI for "Signal to Noise Ratio Improvement". For more i ⁇ j • rTfoT ⁇ rr ⁇ AF I cTfis Tel Ativ ⁇ s â aci I OC3 nrretlTi Ife ⁇ SN R.
  • noise reduction (NR) function such as the SNRI method
  • SNRI method although indicative of the effectiveness of a given noise reduction function
  • known methods for evaluating the effectiveness of a noise reduction (NR) function are not known. not sufficiently powerful because they do not take into account the human perception of the signal processed by the RB function, to characterize its effectiveness.
  • a noise reduction function may have, in addition to the desired effect of reducing the noise level in an input signal, the negative effect of simultaneously reducing the sound level of the useful signal contained in the signal. input signal.
  • the attenuation of the useful signal (voice signal for example) by the noise reduction function may be detrimental to the sound perception of the resulting audio signal by the end user of the equipment restoring the audio signal.
  • the present invention therefore aims to provide a method of evaluating a noise reduction function, the effectiveness of which is superior to known methods, due to the fact that human perception characteristics are taken into account in the process of noise reduction. evaluation of a noise reduction function.
  • the invention relates, according to a first aspect, to a method of evaluating the efficiency of a noise reduction function intended to be applied to audio signals, this method comprising a preliminary step of obtaining a predefined test audio signal X [m] containing a noise-free useful signal, a noisy signal, Xb [m], obtained by adding a predefined noise signal at the test signal X [m], and a processed signal Y [m] obtained by applying the noise reduction function at the noisy signal Xb [m].
  • the method is remarkable in that it includes a loudness measurement step of all or part of the frames m of the signals X [m], Xb " p] ⁇ ⁇ [mJ above.
  • Such a method of evaluating a noise reduction function is significantly more efficient than conventional evaluation methods, since it takes into account a characteristic relating to human auditory perception (loudness), calculated in particular on the frames. test signals and processed.
  • the expression “psychoacoustic sony” can be defined as the character of the auditory sensation related to the sound pressure and the structure of the sound. In other words, it is the sound force of a sound or a sound as an auditory sensation (see Office de la languewe, 1988).
  • the loudness is represented by a psychoacoustic loudness scale (in sones).
  • loudness still referred to as “subjective intensity,” is a particular measure of loudness.
  • the method according to the invention comprises the following steps:
  • step (c) - comparing the calculated efficiency index with at least one predetermined value of this index, in order to determine a level of efficiency of the noise reduction function.
  • step (a) of calculating the mean loudness densities is followed by a step of calculating the averages
  • the efficiency index IE thus obtained makes it possible to combine an evaluation of the perception by the human ear of the noise reduction effected between the noisy signal (Xb) and the processed signal (Y), with an evaluation of the perception.
  • the human ear by the human ear the weakening of the useful signal level (undesired effect) in the processed signal (Y). This weakening of the useful signal is taken into account in the calculation of the efficiency index, in particular by the contribution of the coefficient ⁇ above.
  • An evaluation method according to the invention thus takes into account the subjective perception, by a human being, of a reduction of the useful signal level produced by the noise reduction function, contrary to the known methods.
  • calculating the average loudness density Su (m) of any frame m of a given audio signal u comprises the following steps :
  • the invention relates to a test equipment for evaluating the efficiency of a noise reduction function.
  • this equipment comprises means adapted to implement a method as explained above.
  • the present invention also relates to a computer program on an information carrier, this program comprising instructions adapted to the implementation of a method according to the invention, when the program is loaded and executed in a computer system.
  • FIG. 1 represents a test environment for evaluating a noise reduction function in accordance with the present invention
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of evaluating the efficiency of a noise reduction function, in accordance with the invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating the calculation of the average loudness density of a frame of an audio signal, according to an embodiment of rMlisàiiôn pTéf ⁇ re "d ⁇ Ti ⁇ ven ⁇ ⁇ r ⁇
  • Figure 1 shows a test environment in which the present invention can be implemented to evaluate a noise reduction function.
  • such a test environment comprises a source of audio signals delivering audio signals X (n) containing only useful signals (devoid of noise), for example speech signals; and a noise source 1 1 delivering predefined noise signals.
  • a predefined noise contribution is added to the selected test signal X (n), as represented by the addition operator 15.
  • the audio signal resulting from this addition of noise to the test signal X (n) is denoted Xb (n) and is designated by the expression "noisy signal”.
  • the noisy signal Xb (n) then constitutes the input signal of a noise reduction module 12 (RB) implementing the noise reduction function whose efficiency must be evaluated, according to the invention.
  • the noise reduction module 12 outputs an audio signal, denoted Y (n), processed according to the noise reduction algorithm used.
  • the signal Y (n) is referred to as the "processed signal”.
  • the processed signal Y (n) is then delivered to a test equipment 13 implementing an evaluation method according to the invention.
  • the test equipment 13 receives as input the test signal X (n) and the noisy signal Xb (n).
  • the test equipment 13 according to the invention outputs an evaluation result 14 of the noise reduction function.
  • this evaluation result consists of the value of an efficiency index (IE) whose method of calculation will be described below.
  • the aforementioned audio signals X (n), Xb (n) and Y (n) are signals sampled in a digital format (n denoting any sample).
  • test equipment 13 comprises hardware means (e) "and / or" lô ⁇ icial "" to APLES ⁇ ⁇ to ⁇ " ⁇ rn ⁇ ftré ert” work ûn ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ r ⁇ c ⁇ è evaluation according to the invention.
  • the steps of the evaluation method according to the invention are determined by the instructions of a computer program used in such test equipment.
  • the method according to the invention is then implemented when the aforementioned program is loaded into computer means incorporated in the test equipment, and whose operation is then controlled by the execution of the program.
  • computer program herein refers to one or more computer programs forming a set (software) whose purpose is the implementation of the invention when it is executed by an appropriate computer system. Accordingly, the invention also relates to such a computer program, particularly in the form of software stored on an information carrier.
  • an information carrier may be constituted by any entity or device capable of storing a program according to the invention.
  • the medium in question may comprise a hardware storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or a magnetic recording means, for example a hard disk.
  • the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method in question.
  • the information medium can also be a transmissible immaterial medium, such as an electrical or optical signal that can be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • a program according to the invention can in particular be downloaded to an Internet type network.
  • a computer program according to the invention can use any programming language and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code (for example eg, a partially compiled form), or in any other form desirable for implementing a method according to the invention.
  • the signals X (n), Xb (n) and Y (n) obtained beforehand and respectively corresponding to the test audio signal, to the noisy test signal and to the signal processed by the noise reduction function. noise are received as input to the aforementioned test equipment 13 (FIG 1).
  • the test signal X (n) is a speech signal devoid of noise.
  • the noisy signal Xb (n) then represents the initial speech signal X (n) degraded by a noisy environment (background or ambient noise), and the signal Y (n) the signal Xb (n) after noise reduction.
  • the signal X (n) is generated in an anechoic chamber.
  • the signal X (n) can also be generated in a "quiet” room having a reverberation time "average” (less than 0.5 seconds).
  • the noisy signal Xb (n) is obtained by adding a predetermined contribution of noise to the signal X (n).
  • the signal Y (n) is obtained either at the output of a noise reduction algorithm implemented on a personal computer (PC), or at the output of a noise reducer (network equipment) and in the latter case, the signal Y (n) is taken at a PCM encoder (pulse modulation and coding).
  • each frame, denoted m, of signal contains a number predetermined, signal E1 step is therefore a change in rate of each of these signals.
  • the signals X [m], Xb [m], Y [m] resulting from the passage in frame rate are the subject of a voice activity detection (DAV) in order to determine if each respective current frame of index m of these signals, is a frame containing only noise, "noise frame", or a frame containing speech, "useful signal frame”.
  • DAV voice activity detection
  • FIG. 2 at the output of step E2, four types of frames are selected from the signals X [m], Xb [m] and Y [m]:
  • the next step E3 is a loudness measurement step of all or part of the frames of the signals X [m], Xb [m] and Y [m].
  • the mean loudness densities S ⁇ (m_utile) and S ⁇ (useful m) of each of the useful signal frames "m_utile” of the test signal X [m] and of the processed signal Y [m are calculated respectively.
  • step E4 which follows, the averages are calculated, Sxb bmit, S ⁇ _bmit,
  • Sx _ useful, Sy useful, above mean loudness densities on all relevant frames (noise frames or speech frames) of each of the corresponding signals (X [m], Y [m] or Xb [m]).
  • a first pair D2 of average mean loudness density values corresponding to the noise frames of the noisy (Xb) and processed (Y) signals Sxb bmit and SY_ noise; and, secondly, a second pair D3 of average loudness mean mean values corresponding to the active speech frames of the test (X) and processed (Y) signals:
  • step E5 the pair D3 of average loudness mean mean values, is used to calculate a coefficient ⁇ obtained by the formula below:
  • the coefficient ⁇ is indicative of the attenuation, as perceived by the human ear, of the useful signal (active speech signal) due to the application of the noisy signal noise reduction function (Xb).
  • step E6 the two average D2 values of the mean loudness densities corresponding to the noise frames of the noisy (Xb) and processed (Y) signals: S ⁇ b_ noise and S ⁇ _bmit are used together with the coefficient ⁇ calculated in step E5, to calculate the efficiency index IE according to the formula below:
  • S ⁇ _noise coefficient ⁇ which is indicative of the subjective perception by the human ear of the weakening of the useful signal in the signal (Y) resulting from the processing by the noise reduction function.
  • the (decimal) value of this index is then converted into decibels (dB) and then saved (D4) to be used to characterize the efficiency of the noise reduction function.
  • the value obtained (D4) of the index IE is compared with at least one predetermined value of this index, in order to determine a level of efficiency of the noise reduction function.
  • the level of efficiency of the noise reduction function (RB) is determined according to the following table:
  • the efficiency index IE has been calculated from a database of audio signals which has moreover been subject to subjective tests according to Recommendation P.835 of I 1 ITU-T (International Telecommunications Union - Telecommunications sector standardization). The change in the value of the IE index, obtained in function of the audio signals from the database, was found to be in line with subjective test results.
  • the calculation according to the invention of the average loudness density Su (m) of any frame m of a given audio signal u [m], comprises the steps set out below. .
  • the signal u [m] represents any of the signals X [m], Xb [m], Y [m] defined above.
  • a windowing is applied to the frame m of the signal u [m], for example a windowing of the Hanning, Hamming or equivalent type. We then obtain a windowed frame u-w [m].
  • a fast Fourier transform (FFT) is applied to the windowed frame u-w [m] and a corresponding frame U (m, f) in the frequency domain is accordingly obtained.
  • FFT fast Fourier transform
  • step E33 the power spectral density ⁇ u (m, f) of the frame U (m, f) is calculated. Such a calculation is known to those skilled in the art and will not, therefore, be detailed here.
  • step E35 a convolution with the spreading function is applied to the power spectral density on the Barks scale, Bu (m, b), and a spectral density spread on the screen is consequently obtained.
  • scale of Barks noted Eu (m, b).
  • step E36 a calibration of the spectral density spread on the Barks scale, Eu (m, b), is performed by the respective factors of power scaling and loudness scaling.
  • step E37 The step obtained in the previous step is then converted (step E37) to the scale of the phones.
  • the conversion on the scale of the phones is carried out based on the isosonic curves (Fletcher curves) in accordance with the standard NF ISO 226 "Normal isosonic lines".
  • step E38 is carried out a conversion on the scale of sones of the size previously converted into phones.
  • the conversion to sones is made in accordance with Zwicker's law that:
  • a number B of loudness density values, S ⁇ (m, b), of the frame m for the critical band b are available, B being the number of critical bands considered. in the Barks scale and the index b varying from 1 to B.
  • the sampling frequency Fe of the signal u (n) considered is equal to 8 kHz (kilo Hertz), 18 critical bands are considered in the Barks scale.
  • step E39 the mean loudness density Su (m) of the frame m is calculated from said B loudness density values, according to the following equation:
  • the average loudness density Su (m) according to the invention of a frame m is therefore the average of the B loudness density values, Su (m, b), of the frame m for a critical band b considered.
  • each average loudness value is saved for use in accordance with the evaluation method of a noise reduction function, according to the invention (see Figure 2, D1).
  • the audio signals used are speech signals
  • the present invention makes it possible to evaluate the effectiveness of any noise reduction function applying to audio signals in the generic sense of the term .

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Abstract

Selon l'invention, un procédé d'évaluation de l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit destinée à être appliquée à des signaux audio, et comprenant une étape préalable d'obtention d'un signal audio prédéfini de test X[m] contenant un signal utile dépourvu de bruit, d'un signal bruité, Xb[m], obtenu en additionnant un signal de bruit prédéfini au signal de test X[m], et d'un signal traité Y[m], obtenu par application de la fonction de réduction de bruit au signal bruité Xb[m], est remarquable en ce qu'il inclut une étape (E3, E4) de mesures de sonie de tout ou partie des trames m des signaux X[m], Xb[m] et Y[m] précités.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF D' ÉVALUATION DE L ' EFFICACITÉ D ' UNE FONCTION DE RÉDUCTION D E BRUIT DESTINÉE À ÊTRE APPLIQUÉE À DES SIGNAUX AUDIO
5 DESCRIPTION
La présente invention a trait de façon générale aux fonctions de réduction "de "bTϋif^"pplic"âBrë^ â~dës^igMG"x~a"ûcliâ
Plus précisément, l'invention concerne un procédé et un dispositif 10 d'évaluation de l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit destinée à être appliquée à des signaux audio.
La présente invention vise en particulier à caractériser les performances d'une telle fonction de réduction de bruit appliquée à des signaux de parole.
Dans le domaine de la transmission de signaux audio, une fonction de 15 réduction de bruit a pour but de réduire le niveau de bruit contenu dans un signal, de manière à améliorer la qualité subjective de la restitution sonore du signal, telle que perçue par les humains.
Dans le domaine particulier de la transmission de signaux de parole ou vocaux, une fonction de réduction de bruit appliquée à un signal d'entrée
20 repose de manière générale sur une estimation en continu du niveau de bruit
(bruit de fond ou bruit ambiant à l'émission) présent dans le signal d'entrée ; sur une détection vocale permettant de distinguer les trames du signal d'entrée ne contenant que du bruit, de celles contenant de la parole (trames de parole active) ; et sur un filtrage du signal d'entrée de manière à réduire la contribution
25 du bruit dans le signal.
Il est important de pouvoir mesurer l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit, en particulier lorsqu'il s'agit de vérifier que des équipements de communication, incluant de telles fonctions et connectés à un réseau de transmission, sont conformes à des spécifications prédéfinies concernant la
30 qualité vocale. Les méthodes connues d'évaluation de l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit (RB) repose sur des mesures objectives pour caractériser la fonction RB considérée.
Par exemple, une telle méthode consiste à calculer l'amélioration du Rapport Signal à Bruit (RSB) d'un signal de test, avant et après application de la fonction de réduction de bruit. Cette méthode est connue sous l'acronyme anglais SNRI pour "Signal to Noise Ratio Improvement". Pour obtenir plus ^j • i rTfoTπrrï âf ï cTfis Tel âtiv^s â I aci ifë nrretlTi ôc3^ SN R. l~ ôrT ^o CJrTa JEB ë reporter aθ~" document : "Draft Recommendation G.160 (Voice Enhancement Devices)", Appendix II, point 11.4 - "Objective measures for characterisation of NR algorithm effect", ITU-T (International Telecomunication Union).
Cependant, les méthodes connues d'évaluation de l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit (RB), telles que la méthode SNRI, bien qu'indicatives de l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit donnée, ne sont pas suffisamment performantes car elles ne prennent aucunement en compte la perception humaine du signal traité par la fonction RB, pour caractériser son efficacité.
Or, il est connu qu'une fonction de réduction de bruit peut avoir, outre l'effet recherché de réduire le niveau de bruit dans un signal d'entrée, l'effet négatif de réduire simultanément Ie niveau sonore du signal utile contenu dans Ie signal d'entrée.
Dans le cadre de la transmission de signaux audio, l'atténuation du signal utile (signal vocal par exemple) par la fonction de réduction de bruit peut être préjudiciable à la perception sonore du signal audio résultant, par l'utilisateur final de l'équipement restituant le signal audio.
La présente invention vise par conséquent à fournir une méthode d'évaluation d'une fonction de réduction de bruit, dont l'efficacité est supérieure aux méthodes connues, du fait de la prise en compte de caractéristiques de Ia perception humaine dans le processus d'évaluation d'une fonction de réduction de bruit.
A cet effet, l'invention concerne, selon un premier aspect, un procédé d'évaluation de l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit destinée à être appliquée à des signaux audio, ce procédé comprenant une étape préalable d'obtention d'un signal audio prédéfini de test X[m] contenant un signal utile dépourvu de bruit, d'un signal bruité, Xb[m], obtenu en additionnant un signal de bruit prédéfini au signal de test X[m], et d'un signal traité Y[m], obtenu par application de la fonction de réduction de bruit au signal bruité Xb[m]. Conformément à l'invention, le procédé est remarquable en ce qu'il inclut une étape de mesures de sonie de tout ou partie des trames m des signaux X[m], Xb"p]^Υ[mJ précitësT
Un tel procédé d'évaluation d'une fonction de réduction de bruit est nettement plus performant que les méthodes d'évaluation classiques, car il prend en compte une caractéristique relative à la perception auditive humaine (la sonie), calculée en particulier sur les trames des signaux de test et traité.
On rappellera ici que l'expression "sonie psychoacoustique" peut être définie comme le caractère de la sensation auditive lié à la pression acoustique et à la structure du son. En d'autres termes, il s'agit de la force sonore d'un son ou d'un bruit en tant que sensation auditive (cf. Office de la langue française, 1988). La sonie est représentée par une échelle de sonie psychoacoustique (en sones). D'autre part, la densité de sonie, encore désignée par "intensité subjective", est une mesure particulière de la sonie. Selon un mode de réalisation préféré, le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes :
(a) - calcul des densités de sonie moyenne Sχ(m_utile) et Sγ(m_utile) de respectivement chacune des trames de signal utile "m_utile" du signal de test X[m] et du signal traité Y[m], et des densités de sonie moyenne Sχb(m_brait) et Sγ(m_bruit) de respectivement chacune des trames de bruit "m_bruit" du signal bruité Xb[m] et du signal traité Y[m] ;
(b) - calcul d'un indice d'efficacité, IE, de la fonction de réduction de bruit, à partir des densités de sonie moyenne calculées ;
(c) - comparaison de l'indice d'efficacité calculé avec au moins une valeur prédéterminée de cet indice, afin de déterminer un niveau d'efficacité de la fonction de réduction de bruit. Selon une caractéristique préférée de réalisation, l'étape (a) de calcul des densités de sonie moyenne est suivie d'une étape de calcul des moyennes,
~Sχb_bmit , ~$Y_bruit , Sχ_utUe , Sγ_utik , des densités de sonie moyenne sur l'ensemble des trames concernées de chacun des signaux correspondants ; et l'indice d'efficacité IE est calculé selon l'équation suivante :
Figure imgf000006_0001
L'indice d'efficacité IE ainsi obtenu, permet de combiner une évaluation de la perception par l'oreille humaine de la réduction de bruit opérée entre le signal bruité (Xb) et le signal traité (Y), avec une évaluation de la perception par l'oreille humaine de l'affaiblissement du niveau du signal utile (effet non désiré) dans le signal traité (Y). Cet affaiblissement du signal utile est pris en compte dans le calcul de l'indice d'efficacité, en particulier par la contribution du coefficient β ci-dessus.
Une méthode d'évaluation selon l'invention prend donc en compte la perception subjective, par un être humain, d'une réduction du niveau de signal utile produite par la fonction de réduction de bruit, contrairement aux méthodes connues.
Selon une mise en œuvre préférée de l'invention, à l'étape (a) susmentionnée, le calcul de la densité de sonie moyenne Su (m) d'une trame m quelconque d'un signal audio donné u, comprend les étapes suivantes :
- fenêtrage, par exemple de type Hanning, de la trame m et obtention d'une trame fenêtrée u-w[m] ;
- application d'une transformée de Fourier à la trame fenêtrée u_w[m] et obtention d'une trame correspondante U(m,f) dans le domaine fréquentiel ; - calcul de la densité spectrale de puissance γu(m,f) de la trame
U(m,f) ;
- application à la densité spectrale de puissance γu(m,f) d'une conversion de l'axe des fréquences à l'échelle des Barks et obtention d'une densité spectrale de puissance Bu(m,b) sur l'échelle des Barks ; - convolution de la densité spectrale de puissance sur l'échelle des Barks, Bu(m,b) , avec la fonction d'étalement et obtention d'une densité spectrale étalée sur l'échelle des Barks, Eu(m,b) ;
- calibration de Ia densité spectrale étalée sur l'échelle des Barks, Eu(m,b) , par les facteurs respectifs d'échelonnement en puissance et d'échelonnement en sonie ;
- conversion de la grandeur obtenue à l'étape précédente sur l'échelle des phones puis conversion sur l'échelle des sones de la grandeur précédemment convertie en phones, et obtention en conséquence d'un nombre B de valeurs de densité de sonie, Su(m,b) , de la trame m pour la bande critique b, B étant le nombre de bandes critiques considérées dans l'échelle des Barks et l'indice b variant de 1 à B ;
- calcul de la densité de sonie moyenne Su (m) de la trame m à partir desdites B valeurs de densités de sonie S11(Di, b) , selon l'équation suivante :
Su(m) = -i ∑Su(m,b)
B b=I
Selon un second aspect, l'invention concerne un équipement de test destiné à évaluer l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit. Conformément à l'invention, cet équipement comporte des moyens adaptés à mettre en œuvre un procédé tel qu'exposé ci-dessus. La présente invention concerne aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, lorsque le programme est chargé et exécuté dans un système informatique.
Les avantages de cet équipement ou de ce programme d'ordinateur sont identiques à ceux mentionnés plus haut en relation avec le procédé de l'invention.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 représente un environnement de test destiné à évaluer une fonction de réduction de bruit conformément à la présente invention ;
- la figure 2 est un organigramme illustrant un procédé d'évaluation de l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit, en conformité avec l'invention ; et
- la figure 3 est un organigramme illustrant le mode de calcul de la densité de sonie moyenne d'une trame d'un signal audio, selon un mode de rMlisàiiôn pTéfëre "dëTiήven¥όrκ
La figure 1 représente un environnement de test dans lequel la présente invention peut être mise en œuvre pour évaluer une fonction de réduction de bruit.
Comme illustré à la figure 1 , un tel environnement de test, comprend une source de signaux audio 10 délivrant des signaux audio X(n) ne contenant que des signaux utiles (dépourvus de bruit), par exemple des signaux de parole ; et une source de bruit 1 1 délivrant des signaux de bruit prédéfinis.
Aux fins de test, une contribution prédéfinie de bruit est ajoutée au signal de test X(n) choisi, comme représenté par l'opérateur d'addition 15. Le signal audio résultant de cette addition de bruit au signal de test X(n), est noté Xb(n) et est désigné par l'expression "signal bruité". Le signal bruité Xb(n) constitue alors le signal d'entrée d'un module 12 de réduction de bruit (RB) mettant en œuvre la fonction de réduction de bruit dont l'efficacité doit être évaluée, conformément à l'invention.
Le module 12 de réduction de bruit délivre en sortie un signal audio, noté Y(n), traité selon l'algorithme de réduction de bruit utilisé. Le signal Y(n) est désigné par l'expression "signal traité".
Le signal traité Y(n) est ensuite délivré à un équipement de test 13 mettant en œuvre un procédé d'évaluation selon l'invention. Outre le signal Y(n), l'équipement de test 13 reçoit en entrée le signal de test X(n) et le signal bruité Xb(n). Enfin, l'équipement de test 13 selon l'invention délivre en sortie un résultat d'évaluation 14 de la fonction de réduction de bruit. En pratique, selon un mode de réalisation préféré, ce résultat d'évaluation est constitué de la valeur d'un indice d'efficacité (IE) dont le mode de calcul sera décrit plus bas.
Les signaux audio précités X(n), Xb(n) et Y(n) sont des signaux échantillonnés dans un format numérique (n désignant un échantillon quelconque).
En pratique l'équipement de test 13 comporte des moyens matériels (électroniques) " èt/ôû" lô^iciëls""à^aplés~~à~ "rnëftrè~ërT "œuvre ^ûn~^rδcëδè~ d'évaluation selon l'invention. Selon une implémentation préférée, les étapes du procédé d'évaluation selon l'invention sont déterminées par les instructions d'un programme d'ordinateur utilisé dans un tel équipement de test.
Le procédé selon l'invention est alors mis en œuvre lorsque le programme précité est chargé dans des moyens informatiques incorporés dans l'équipement de test, et dont le fonctionnement est alors commandé par l'exécution du programme.
On entend ici par "programme d'ordinateur" un ou plusieurs programmes d'ordinateur formant un ensemble (logiciel) dont la finalité est la mise en œuvre de l'invention lorsqu'il est exécuté par un système informatique approprié. En conséquence, l'invention a également pour objet un tel programme d'ordinateur, en particulier sous la forme d'un logiciel stocké sur un support d'informations. Un tel support d'informations peut être constitué par n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker un programme selon l'invention.
Par exemple, le support en question peut comporter un moyen de stockage matériel, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple un disque dur. En variante, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question. D'autre part, le support d'informations peut être aussi un support immatériel transmissible, tel qu'un signal électrique ou optique pouvant être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Un programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
D'un point de vue conception, un programme d'ordinateur selon l'invention peut utiliser n'importe quel langage de programmation et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet (par ex., une forme partiellement compilée), ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable pour implémenter un procédé selon l'invention.
Le" procédé" "d^éVàliïàliôlT"¥ë"rèTfica^iïe"^ύl^πfδnction de redϋctiό~n"crë~ bruit, objet de la présente invention, va maintenant être décrit de manière plus détaillée en liaison avec les figures 2 et 3.
Comme représenté à la figure 2, les signaux X(n), Xb(n) et Y(n) obtenus au préalable et correspondant respectivement au signal audio de test, au signal de test bruité et au signal traité par la fonction de réduction de bruit, sont reçus en entrée dans l'équipement de test 13 précité (fig. 1 ). Dans le mode de réalisation décrit et représenté ici, le signal de test X(n) est un signal de parole dépourvu de bruit. Le signal bruité Xb(n) représente alors le signal vocal initial X(n) dégradé par un environnement bruité (bruit de fond ou bruit ambiant), et le signal Y(n) le signal Xb(n) après réduction de bruit.
Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention, le signal X(n) est généré dans une chambre anéchoïque. Cependant, le signal X(n) peut être aussi généré dans une pièce "calme" ayant un temps de réverbération "moyen" (inférieur à 0,5 seconde).
Le signal bruité Xb(n) est obtenu en ajoutant une contribution prédéterminée de bruit au signal X(n). Le signal Y(n) est obtenu soit en sortie d'un algorithme de réduction de bruit implanté sur un ordinateur personnel (PC), soit à la sortie d'un réducteur de bruit (équipement de réseau) et dans ce dernier cas, le signal Y(n) est prélevé au niveau d'un codeur MIC (modulation par impulsion et codage).
En référence à la figure 2, lors d'une étape E1 initiale, les signaux précités sont respectivement découpés en fenêtres temporelles successives appelées trames. Chaque trame, notée m, de signal contient un nombre prédéterminé d'échantillons du signal, l'étape E1 consiste donc en un changement de cadence de chacun de ces signaux.
Selon une seconde étape E2, les signaux X[m], Xb[m], Y[m] résultant du passage en cadence trame, font l'objet d'une détection d'activité vocale (DAV) de manière à déterminer si chaque trame respective courante d'indice m de ces signaux, est une trame contenant seulement du bruit, "trame de bruit", ou une trame contenant de la parole, "trame de signal utile". En sortie de l'étape E2, c-|ηâ^ύnë~Ms~tT^mësl3ë cè1^ dë~bTUiπ)ϋ"ëlTtrâ~rnë de signal utile, c'est-à-dire en trame de parole. Comme représenté sur la figure 2, en sortie de l'étape E2, quatre types de trames sont sélectionnés à partir des signaux X[m], Xb[m] et Y[m] :
- les trames de bruit du signal bruité Xb[m], notées Xb[m_bruit] ;
- les trames de bruit du signal traité Y[m], notées Y[m_bruit] ;
- les trames de parole active (signal utile) du signal de test X[m], notées X[m_utile] ;
- les trames de parole active du signal traité Y[m], notées Y[m_utile]. L'étape suivante E3 est une étape de mesures de sonie de tout ou partie des trames des signaux X[m], Xb[m] et Y[m].
Plus précisément, à cette étape, on calcule les densités de sonie moyenne Sχ(m_utile) et Sγ(m utile) de respectivement chacune des trames de signal utile "m_utile" du signal de test X[m] et du signal traité Y[m], et les densités de sonie moyenne Sχb(m_bruit)et Sγ(m_bruit) de respectivement chacune des trames de bruit "m_bruit" du signal bruité Xb[m] et du signal traité Y[m]. Le calcul d'une densité de sonie moyenne Su (m) d'une trame m quelconque d'un signal audio donné u, sera détaillé plus loin en liaison avec la figure 3.
Ainsi à l'issue de l'étape E3, on obtient donc un ensemble D1 de valeurs de densité de sonie moyenne. A l'étape E4 qui suit, on calcule les moyennes, Sxb bmit , Sγ_bmit ,
Sx _ utile , Sy utile , des densités de sonie moyenne précitées sur l'ensemble des trames concernées (trames de bruit ou trames de parole) de chacun des signaux correspondants (X[m], Y[m] ou Xb[m]).
On obtient alors, d'une part, un premier couple D2 de valeurs de moyenne des densités de sonie moyenne correspondant aux trames de bruit des signaux bruité (Xb) et traité (Y) : Sxb bmit et SY _ bruit ; et, d'autre part, un second couple D3 de valeurs de moyenne des densités de sonie moyenne correspondant aux trames de parole active des signaux de test (X) et traité (Y) :
Sx utile et Sy utile -
Ensuite, à l'étape E5, le couple D3 de valeurs de moyenne de densité de sonie moyenne, est utilisé pour calculer un coefficient β obtenu par la formule ci-dessous :
Figure imgf000012_0001
Le coefficient β est donc obtenu en déterminant la valeur la plus faible
(fonction minimum - min) entre le chiffre "1" et le rapport de la moyenne Sγ_utiie des valeurs de densité de sonie moyenne des trames de parole du signal Y traité par la fonction de réduction de bruit, sur la moyenne Sχ_utiie des valeurs de densité de sonie moyenne des trames de parole du signal de test X. Le coefficient β est indicatif de l'affaiblissement, tel que perçu par l'oreille humaine, du signal utile (signal de parole active) dû à l'application de la fonction de réduction de bruit au signal bruité (Xb).
De retour à la figure 2, à l'étape E6, les deux valeurs D2 de moyenne des densités de sonie moyenne correspondant aux trames de bruit des signaux bruité (Xb) et traité (Y) : Sχb_ bruit et Sγ_bmit sont utilisées conjointement au coefficient β calculé à l'étape E5, pour calculer l'indice d'efficacité IE selon la formule ci-dessous :
Figure imgf000012_0002
où * symbolise l'opérateur de multiplication dans l'espace des nombres réels. Ainsi, selon l'indice d'efficacité IE de l'invention, la perception subjective par l'oreille humaine de la réduction du bruit opérée sur Ie signal bruité (Xb)
(signal résultant Y) et "mesurée" par le ratio - - ruit , est pondérée par le
Sγ_bruit coefficient β qui est indicatif de la perception subjective par l'oreille humaine de l'affaiblissement du signal utile dans le signal (Y) résultant du traitement par la fonction de réduction de bruit.
Selon l'exemple de réalisation décrit, la valeur (décimale) de cet indice est convertie ensuite en décibels (dB), puis est sauvegardée (D4) pour être utilisée pour caractériser l'efficacité de la fonction de réduction de bruit.
A cet effet, la valeur obtenue (D4) de l'indice IE est comparée avec au moins une valeur prédéterminée de cet indice, afin de déterminer un niveau d'efficacité de la fonction de réduction de bruit.
Selon l'exemple de réalisation décrit, on détermine le niveau d'efficacité de la fonction de réduction de bruit (RB) selon le tableau suivant :
Figure imgf000013_0001
Ainsi, d'après le tableau ci-dessus, si l'indice d'efficacité IE est compris entre 2,5 dB et 4 dB, l'efficacité de la fonction de réduction de bruit est jugée "moyenne". Selon un exemple de mise en oeuvre de l'invention aux fins de validation du procédé d'évaluation selon l'invention, l'indice d'efficacité IE a été calculé à partir d'une base de données de signaux audio ayant fait par ailleurs l'objet de tests subjectifs selon la Recommandation P.835 de I1UIT-T (Union Internationale des Télécommunications - secteur normalisation des Télécommunications). La variation de la valeur de l'indice IE, obtenue en fonction des signaux audio de la base de données, a été jugée conforme aux résultats des tests subjectifs.
En liaison avec la figure 3, on va à présent décrire un calcul de densité de sonie moyenne d'une trame d'un signal audio, selon un mode de réalisation préféré de l'invention.
Selon l'organigramme représenté à la figure 3, le calcul selon l'invention de la densité de sonie moyenne Su (m) d'une trame m quelconque d'un signal audio donné u[m], comprend les étapes exposées ci-après.
Dans ce qui suit, on considère une trame m quelconque d'un signal u[m], sachant que toute ou partie des trames du signal considéré subissent le même traitement. Le signal u[m] représente n'importe lequel des signaux X[m], Xb[m], Y[m] définis plus haut.
A la première étape, E31 , on applique à la trame m du signal u[m] un fenêtrage, par exemple un fenêtrage de type Hanning, Hamming ou équivalent. On obtient alors une trame fenêtrée u-w[m].
A l'étape suivante E32 on applique à la trame fenêtrée u-w[m], une transformée de Fourier rapide (FFT) et on obtient en conséquence une trame correspondante U(m,f) dans le domaine fréquentiel.
A l'étape E33, on calcule la densité spectrale de puissance γu(m,f) de la trame U(m,f). Un tel calcul est connu de l'homme du métier et ne sera pas, par conséquent, détaillé ici.
A l'étape suivante, E34, on applique à la densité spectrale de puissance Yu (m, f) obtenue à l'étape précédente, une conversion de l'axe des fréquences à l'échelle des Barks, et on obtient en conséquence une densité spectrale de puissance, Bu(m,b) , sur l'échelle des Barks. Ce type de conversion est connu de l'homme du métier, le principe de cette conversion Hertz/Bark consiste à additionner toutes les contributions fréquentielles présentes dans la bande critique considérée de l'échelle des Barks.
Ensuite, à l'étape E35, on applique à la densité spectrale de puissance sur l'échelle des Barks, Bu(m,b) , une convolution avec la fonction d'étalement, et on obtient en conséquence une densité spectrale étalée sur l'échelle des Barks, notée Eu(m,b) . Cette étape permet de prendre en compte l'interaction des bandes critiques adjacentes.
A l'étape E36, on opère une calibration de la densité spectrale étalée sur l'échelle des Barks, Eu(m,b) , par les facteurs respectifs d'échelonnement en puissance et d'échelonnement en sonie. Le document "Recommandation UIT-T P.862", sections 10.2.1.3 et 10.2.1.4, donne un exemple d'une telle calibration par les facteurs précités.
On convertit ensuite (étape E37), sur l'échelle des phones, la grandeur obtenue à l'étape précédente. La conversion sur l'échelle des phones est effectuée en s'appuyant sur les courbes d'isosonie (courbes de Fletcher) conformément à la norme NF ISO 226 "Lignes isosoniques normales".
On effectue alors (étape E38) une conversion sur l'échelle des sones de la grandeur précédemment convertie en phones. La conversion en sones est effectuée conformément à la loi de Zwicker selon laquelle :
(^N(phone)-40>i N(sone) = 2^ 10 J
Pour obtenir plus d'information sur la conversion phone/sone, on pourra se reporter au document "PSYCHOACOUSTIQUE, L'oreille récepteur d'information", de E. Zwicker et R. Feldtkeller, édition Masson, 1981.
A l'issue de l'étape E38, on dispose d'un nombre B de valeurs de densité de sonie, Sυ (m, b) , de la trame m pour la bande critique b, B étant le nombre de bandes critiques considérées dans l'échelle des Barks et l'indice b variant de 1 à B.
Par exemple, si la fréquence d'échantillonnage Fe du signal u(n) considéré est égale à 8 kHz (kilo Hertz), 18 bandes critiques sont considérées dans l'échelle des Barks.
Enfin, à l'étape E39, on calcule la densité de sonie moyenne Su (m) de la trame m à partir desdites B valeurs de densité de sonie, selon l'équation suivante :
SuM ≈ i ∑SuCm.b) Autrement dit, la densité de sonie moyenne Su (m) selon l'invention d'une trame m, est donc la moyenne des B valeurs de densité de sonie, Su(m,b) , de la trame m pour une bande critique b considérée.
A l'issue de l'étape E39, chaque valeur de densité de sonie moyenne est sauvegardée pour être utilisée conformément au procédé d'évaluation d'une fonction de réduction de bruit, selon l'invention (cf. figure 2, D1 ). Bien que dans le mode de réalisation décrit ci-dessus les signaux audio utilisés sont des signaux de parole, la présente invention permet d'évaluer l'efficacité de toute fonction de réduction de bruit s'appliquant à des signaux audio au sens générique du terme.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'évaluation de l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit destinée à être appliquée à des signaux audio, ledit procédé comprenant une étape préalable d'obtention d'un signal audio prédéfini de test X[m] contenant un signal utile dépourvu de bruit, d'un signal bruité, Xb[m], ___^___^___^^.^__--^__ - -— | 3e-57U7f|)yΘ^e7jηj ^^i^âraë fësf"X[m]~" et d'un signal traité Y[m], obtenu par application de Ia fonction de réduction de bruit au signal bruité Xb[m], le procédé étant caractérisé en ce qu'il inclut une étape (E3, E4) de mesures de sonie de tout ou partie des trames m desdits signaux X[m], Xb[m] et Y[m].
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
(a) - calcul (E3) des densités de sonie moyenne Sx (m_ utile) et
SY (m _ utile) de respectivement chacune des trames de signal utile "m_utile" du signal de test X[m] et du signal traité Y[m], et des densités de sonie moyenne Sχb(m_bruit)et Sγ(m_bruit) de respectivement chacune des trames de bruit "m_bruit" du signal bruité Xb[m] et du signal traité Y[m] ;
(b) - calcul (E5, E6) d'un indice d'efficacité, IE, de la fonction de réduction de bruit, à partir des densités de sonie moyenne calculées ;
(c) - comparaison de l'indice d'efficacité calculé avec au moins une valeur prédéterminée de cet indice, afin de déterminer un niveau d'efficacité de la fonction de réduction de bruit.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape (a) de calcul des densités de sonie moyenne est suivie d'une étape de calcul (E4) des moyennes, Sχb_bruit , Sγ_bruit , Sχ_utiie , Sγ_utiie , desdites densités de sonie moyenne sur l'ensemble des trames concernées de chacun des signaux correspondants ; et dans lequel l'indice d'efficacité IE est calculé selon l'équation suivante :
Figure imgf000018_0001
4. Procédé selon la revendication 1 , 2 ou 3, dans lequel la fonction de réduction de bruit est destinée à être appliquée à des signaux audio contenant un signal utile constitué d'un signal de parole, ledit signal de test X[m] étant un signal de parole dépourvu de bruit, ledit procédé étant caractérisé en ce que ladite étape de calcul des densités de sonie moyenne est précédée d'une étape (E2) de détection d'activité vocale appliquée aux signaux X[m], Xb[m], Y[m], de manière à déterminer si chaque trame respective courante d'indice m de ces signaux, est une trame contenant seulement du bruit, "trame de bruit", ou une trame contenant de la parole, "trame de signal utile".
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, à l'étape (a), Ie calcul de la densité de sonie moyenne Sτj(m) d'une trame m quelconque d'un signal audio donné u, comprend les étapes suivantes : - fenêtrage (E31 ), par exemple de type Hanning, de la trame m et obtention d'une trame fenêtrée u-w[m] ;
- application (E32) d'une transformée de Fourier à la trame fenêtrée u_w[m] et obtention d'une trame correspondante U(m,f) dans le domaine fréquentiel ; - calcul (E33) de la densité spectrale de puissance γυ (m, f) de la trame
U(m,f) ;
- application (E34) à la densité spectrale de puissance γu(m,f) d'une conversion de l'axe des fréquences à l'échelle des Barks et obtention d'une densité spectrale de puissance B11(In, b) sur l'échelle des Barks ; - convolution (E35) de Ia densité spectrale de puissance sur l'échelle des Barks, Bu(m,b) , avec Ia fonction d'étalement et obtention d'une densité spectrale étalée sur l'échelle des Barks, Eu(m,b) ;
- calibration (E36) de la densité spectrale étalée sur l'échelle des Barks, Eu(m,b) , par les facteurs respectifs d'échelonnement en puissance et d'échelonnement en sonie ;
- conversion (E37) de la grandeur obtenue à l'étape précédente sur l'échelle des phones puis conversion (E38) sur l'échelle des sones de la grandeur précédemment convertie en phones, et obtention en conséquence d'un nombre B de valeurs de densité de sonie, Sn(In, b) , de la trame m pour la bande critique b, B étant le nombre de bandes critiques considérées dans l'échelle des Barks et l'indice b variant de 1 à B ;
- calcul (E39) de la densité de sonie moyenne Su (m) de la trame m à partir desdites B valeurs de densités de sonie S11(Hi, b) , selon l'équation suivante :
Figure imgf000019_0001
6. Equipement de test destiné à évaluer l'efficacité d'une fonction de réduction de bruit, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens adaptés à mettre en œuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.
7. Equipement de test selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il inclut des moyens informatiques et un programme d'ordinateur, ledit programme comportant des instructions adaptées à mettre en œuvre ledit procédé, lorsqu'il est exécuté par lesdits moyens informatiques.
8. Programme d'ordinateur sur un support d'informations, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions adaptées à la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, lorsque le programme est chargé et exécuté dans un système informatique.
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