М.Б. Столбов1, С.В. Перелыгин2

1 НИУ «ИТМО» (Санкт-Петербург, Россия)

2 Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения (Санкт-Петербург, Россия)

2 Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М.А. Бонч-Бруевича (Санкт-Петербург, Россия)

Постановка проблемы. К системам сбора и передачи речевой информации относится система выделения речи дикторов (в рабочей зоне) в присутствии аудиопомех, источником которых может быть, например, акустическая колонка или телевизор. В настоящее время для решения задач выделения речи в присутствии акустических помех широко используются двухэлементные микрофонные системы (системы с двумя микрофонами). Важным фактором эффективности этих систем является пространственное размещение микрофонов, которое, как и тип микрофонов, обычно зависит от типа и назначения систем сбора и передачи речевой информации. Для выделения речевых сигналов в присутствии аудиопомех активно применяются адаптивные компенсаторы помех (АКП). Использование АКП с двумя микрофонами позволяет увеличить отношение сигнал/шум (ОСШ) речи диктора относительно значения на входе основного канала. Так называемое «попадание» речи диктора в опорный канал компенсатора является основным фактором, влияющим на эффективность АКП, так как ограничивает достижимый выигрыш ОСШ. Для исключения этого микрофон основного канала должен быть распложен максимально близко к дикторам, что не всегда реализуемо на практике, так как дикторы находятся в рабочей зоне и не всегда могут использовать гарнитуру. Кроме того, необходимо точно знать, в каком случае применение АКП способно улучшить ОСШ на выходе компенсатора.

Цель. Определить условия размещения микрофонов основного и опорного каналов АКП, при выполнении которых обеспечивается увеличение ОСШ на выходе АКП по сравнению с ОСШ основного канала.

Результаты. В качестве критерия рационального размещения выбрано увеличение ОСШ на выходе АКП относительно значения на входе основного канала. Рассмотрены ограничения модели прямого распространения сигналов при работе АКП в условиях реверберации. Определены условия размещения микрофонов основного и опорного каналов АКП в свободном пространстве относительно источников целевого сигнала и помехи для увеличения ОСШ на выходе компенсатора помех, а также для опорного канала при заданном положении микрофона основного канала. Установлены ограничения использования АКП в условиях реверберации. Показано, что в условиях реверберации микрофон опорного канала должен располагаться вблизи источника помехи. Предложено для больших помещений использовать двухэлементные микрофонные решетки. Рассмотрены возможные алгоритмы обработки сигналов и условия их применения. Выявлено, что для применения двухэлементной микрофонной решетки необходима дополнительная информация о положении целевого источника.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для организации сбора речевой информации в присутствии акустических помех.

Столбов М.Б., Перелыгин С.В. Выделение речи с использованием адаптивного компенсатора помех с двумя микрофонами // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 7. С. 127−136. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202307-13

1. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов. М.: Радио и связь. 1989. 440 c.
2. Gabrea M. Two microphones speech enhancement system based on a double affine projection algorithm // in Proc. of the International Symposium on Circuits and systems. 2003. V. 2. II-544 - II-547.
3. Iliev G., Kasabov N. Adaptive blind noise suppression in some speech processing applications // in Proc. ICONIP’99. 6th International Conference on Neural Information Processing. 1999. V. 1. Р. 192-197.
4. Hong-yan Li, Qing-hua Zhao, Guang-long Ren, Bao-jin Xiao. Speech Enhancement Algorithm Based on independent Component Analysis // in ICNC fifth Int. Conf. on Natural Computation. 2009. Р. 598-602.
5. Buck M., et al. A compact microphone array system with spatial post-filtering for automotive applications // in Proc. ICASSP 2009. Р. 221-224.
6. Zhang H., Fu Q., Yan Y. Speech Enhancement Using Compact Microphone Array and Applications in Distant Speech Acquisition // Chinese Journal of Electronics. July 2009. V. 18. № 3. Р. 481-486.
7. Zamani B., Rahmani M., Akbari A. Residual noise control for coherence based dual microphone speech enhancement // in ICCEE International Conf. Computer and Electrical Engineering. 2008. Р. 601-605.
8. Guerin A., Le Bouquin-Jeannes R., Faucon G. A Two-Sensor Noise Reduction System: Applications for Hands-Free Car Kit // EURASIP Journal on Applied Signal Processing. 2003. № 11. Р. 1125-1134.
9. Vary P., Martin R. Digital Speech Transmission: Enhancement, Coding and Error Concealment. Wiley. 2006. 644 p.
10. Bitzer J., Brandt M. Speech Enhancement by Adaptive Noise Cancellation: Problems, Algorithms and Limits // Proc. Int. Conf.  AES 39. 2010. Р. 106-113.
11. Вахитов Ш.Я. и др. Акустика: Учебник для вузов / Под ред. проф. Ю.А. Ковалгина. М.: Горячая линия – Телеком. 2009. 660 с.
12. Столбов М.Б., Перелыгин С.В. Двухмикрофонный адаптивный компенсатор помех: особенности построения. // Актуальные вопросы развития индустрии кино и телевидения в современной России // Материалы IV Нац. науч.-практич. конф. СПб: СПбГИКиТ. 2021. С. 20-24.
13. Meyer J., Sydow С. Noise cancelling for microphone arrays // 1997 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (Munich, Germany). 1997. V. 1. Р. 211-213. DOI: 10.1109/ICASSP.1997.599604.
14. McCowan I.A. Microphone Arrays: A Tutorial. 2001. P. 1-36. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://aplu.ch/home/ download/microphone_array.pdf (дата обращения 5.02.2023).
15. Столбов М.Б., Перелыгин С.В. Алгоритмы двухэлементной микрофонной решетки для выделения речевых сигналов в присутствии когерентных помех // Цифровая обработка сигналов. 2017. № 4. С. 34-39.
16. Перелыгин С.В., Столбов М.Б. Формирование пространственных характеристик двухэлементных микрофонных решеток на основе априорной информации // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 8(16). С. 37−49. DOI: 10.18127/j00338486-202008(16)-05.