илювальної апаратури, гул електромережі. Робота різних приладів, які не змінюють звучання за часом (вентилятори, комп'ютери) також може створювати шуми, близькі до стаціонарним. Не є стаціонарними шумами різні клацання, удари, шелест вітру, шум автомобілів.
Для придушення адитивних стаціонарних шумів існує алгоритм спектрального віднімання.
5.2 Шумоподавление на основі алгоритму спектрального віднімання
Етапи алгоритму спектрального віднімання:
. Розкладання сигналу за допомогою короткочасного перетворення Фур'є (STFT) або іншого перетворення, компактно локалізується енергію сигналу (малюнок 5.3).
. Оцінка спектра шуму (рисунок 5.4).
. Віднімання амплітудного спектра шуму з амплітудного спектра сигналу.
. Зворотне перетворення STFT - синтез результуючого сигналу (малюнок 5.5).
В якості банку фільтрів рекомендується використовувати STFT з вікном Ханна, довжиною близько 50 мс і ступенем перекриття 75%. Амплітуду вагового вікна треба отмасштабовані так, щоб при обраної ступеня перекриття вікон банк фільтрів не міняв загальну амплітуду сигналу в відсутність обробки.
Малюнок 5.2 Накладення вагових вікон Ханна в процесі STFT
Оцінка спектра шуму може здійснюватися як автоматично, шляхом пошуку ділянок мінімальної енергії в кожній частотній смузі, так і вручну, шляхом аналізу спектру на тимчасовому сегменті, який користувач ідентифікував як шум.
Віднімання амплітудних спектрів може здійснюватися за формулою
(5.1)
що еквівалентно наступної функції придушення:
. (5.2)
Тут X [f, t] і W [f, t] - амплітудні спектри сигналу і шуму відповідно, - амплітудний спектр результуючого очищеного сигналу, а k - коефіцієнт придушення. Фазовий спектр очищеного сигналу покладається рівним фазового спектру перешкоди сигналу.
Малюнок 5.3. Спектрограма перешкоди сигналу
На спектрограмі малюнок 5.3 цифрами показані ділянки з шумом, відповідні їм спектрограми наведені нижче на малюнку 5.4.
а б
в г
Малюнок 5.4 Спектрограми шумів: а) Спектрограма шуму на ділянці 1; б) Спектрограма шуму на ділянці 2; в) Спектрограма шуму на ділянці 3; г) Спектрограма шуму на ділянці 4
Малюнок 5.5. Після спектрального віднімання
Дослідження якості і розбірливості мови, одержуваної в результаті застосування описаної методики, показали, що в тих випадках, коли шум або перешкода мають стаціонарний (або квазістаціонарний) характер і їх спектр має гармонійну структуру, досягається значне на слух підвищення як якості так і розбірливості мови. Однак, у випадку шумів з швидкозмінюваних спектральними характеристиками така обробка малоефективна. Для цих шумів необхідно застосувати адаптивну фільтрацію.
5.3 Адаптивне шумозаглушення на основі спектрального віднімання
Процес адаптивної фільтрації припускає безперервне визначення пауз в мові і знаходження спектрів шумів в цих паузах, з подальшим відніманням на інтервалі з промовою.
Послідовність дій при адаптивної фільтрації включає в себе:
. Для виділення шумового ділянки відбувається оцінка потужності сигналу (якщо потужність сигналу стає менше порога мови, то відбувається оцінка шуму і формується фільтр).
. Розкладання сигналу за допомогою короткочасного перетворення Фур'є (STFT) (малюнок 5.6).
. Оцінка спектра шуму (малюнок 5.7).
. Після появи події перевищення порога потужності відбувається Віднімання амплітудного спектра шуму з амплітудного спектра сигналу.
. Зворотне перетворення STFT - синтез результуючого сигналу (малюнок 5.8).
На малюнку 5.6 приведена спектрограмма зашумленного мовного сигналу. Цифрами вказані ділянки з шумом. Відповідні їм спектрограми наведені нижче малюнку 5.7.
Малюнок 5.6. Спектрограма перешкоди сигналу
а б
в г
д
Малюнок 5.7 Спектрограми шумів: а) Спектрограма шуму на ділянці 1, б) Спектрограма шуму на ділянці 2, в) Спектрограма шуму на ділянці 3, г) Спектрограма шуму на ділянці 4, д) Спектрограма шуму на ділянці 5
Малюнок 5.8. Спектральне віднімання на першому часовому відрізку
Малюно...
