بهسازي وفقي سيگنال گفتار در محيط‌هاي واقعي با استفاده از ساختار تركيبي مبتني بر شكل‌دهنده‌هاي پرتو و فيلتر پسينه

A Hybrid Adaptive Beam-former and Post-filter for Speech Enhancement in Real Environments

تنوع ميدان‌هاي نويزي حاكم بر محيط‌هاي واقعي، طراحي سيستم واحدي را كه قادر به حذف كامل همه اغتشاشات محيطي باشد، با مشكل مواجه مي‌كند. لذا، داشتن يك شناخت اوليه از ميدان‌هاي نويزي موجود در محيط و بررسي نوع اثر هر يك بر روي سيگنال گفتار، گام مؤثري در جهت فرآيند بهسازي محسوب مي‌شود. در اين مقاله، ضمن بررسي نويزهاي اساسي موجود در زمينه گفتار ضبط‌شده در شرايط واقعي، به ارزيابي ميدان‌هاي نويزي پايين‌گذر پخشنده و مقايسه تابع همدوسي فضايي آنها در شرايط واقعي با نتايج تئوري خواهيم پرداخت. همچنين، ساختار كارآمد تركيبي مبتني بر آرايه‌هاي ميكروفوني متشكل از شكل‌دهنده‌هاي پرتو وفقي و فيلتر پسينه پيشنهاد مي‌شود. در طرح پيشنهادي، با هدف دنبال كردن شرايط پوياي محيط وكنترل وفقي ضرايب وزن‌دهي شكل‌دهنده پرتو، دو الگوريتم حداقل ميانگين مربع و سريع‌ترين كاهش استفاده واثر هر يك بر بهسازي سيگنال گفتار مقايسه خواهد شد. ساختار مذكور، ضمن ايجاد صفرهاي كنترل‌شده‌اي در الگوي تشعشعي شكل‌دهنده پرتو براي مقابله پويا با ميدان‌هاي نويزي جهت‌دار محيط، به تعديل نويزهاي ناهمبسته و پخشنده مي‌پردازد. بررسي اثر سرعت همگرايي الگوريتم‌هاي مورد استفاده بر ميزان SNR در حضور انواع ميدان‌هاي نويزي با طيف‌هاي فركانسي مختلف از ديگر فعاليت‌هاي انجام شده در اين تحقيق محسوب مي‌شود. نتايج حاصل از شبيه‌سازي و همچنين پياده‌سازي طرح پيشنهادي در شرايط واقعي و در سناريوهاي مختلف، حاكي از نقش به‌سزاي آن در بهبود عملكرد بهسازي سيگنال گفتار دارد.

Diversity of the noise fields in real environments makes difficult to design an efficient de-noising system. This paper addresses the problem of speech enhancement in real environments. Towards this goal, we present a hybrid scheme based on the adaptive beam-forming and post filtering. In order to capture the adaptive conditions of the environment, we adopt two algorithms: steepest descent and least mean square. We also consider the application of the post-filters on the output of the beam-former. As an advantage, the proposed structure not only produces some controlled nulls to reduce the directional noises, but also adaptively minimizes the power of diffuse and uncorrelated noises. The study of the convergence of the proposed algorithms and also the behavior of the diffuse noise in real conditions are other issues considered in this paper. Numerical results of our comprehensive implementation confirm the efficiency of the proposed scheme in suppression of the real environmental noises.