Способ выделения речевого сигнала на фоне помех и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК и О 10 1. 1 ОО Е ИЗОБРЕТЕНИЯСВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСК ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт проблем передачи информации АН СССР(56) 1. Европейский патентЕР 0076687,кл. б 10 1. 1/00, опублик. 13.04.83,2. А геа 1 бэппе по 1 ве зцрргеввогСАМАРУ. КезеагсЬ оп 1 п 1 оггпа 11 оп ргосевяпд. Оераг 1 теп 1 о 1 1 п 1 огтабоп ас 1 епсе.Куопио 1./п 1 чегя 1 у, 1981, рр, 12 - 13.3. Видениекс П. О., Щербаков А. И,Фильтр с переменными параметрами дляприема сигналов. Рига Зинатне, 1981.4. МадаЬцсЬ 1 Н. апд КоЬауавИ Т. ОцаИу ппргочетеп 1 о 1 ауп 1 Ьеягед вреесЬ 1 ппозу вреесЬ, Апауют - Яуп 1 Ьеяа ргосевяп Е 1 ес 1 гоп 1 св апд Сопитшп 1 сабопз 1 п(54) СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ РЕЧЕВОГО СИГНАЛА НА ФОНЕ ПОМЕХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ выделения речевого сигнала на фоне помех, включающий фильтрацию гармонических составляющих основного тона, регулирование их уровня и суммирование, отличающийся тем, что, с целью повышения качества звучания, допол ительно измеряют амплитудные и угловые модуляционные спектры обрабатываемого сигнала, фильтруют, регулируют уровни и суммируют гармонические составляющие нескольких тонов, которые выбирают в пределах .диапазона непроизвольных вариаций основного тона, гармонические составляющие модулируют соответствующим тоном по амплитуде до и после фильтрации и по углу после фильтрации, устанавливая глубины и фазы модуляций пропорциональными значениям модуляционных спектров, а уровни регулируют пропорционально глубинам амплитудной и угловой модуляций соответствующим тоном и пропорционально модулю косинуса сдвига фаз этих модуляций.1156126 2. Устройство для выделения речевого сигнала на фоне помех, содержащее генератор импульсов, первый и второй выходы которого соединены с управляющими входами блока памяти, и фильтр с изменяемой рабочей характеристикой, отличающееся тем, что, с целью повышения качества звучания, в него введены амплитудный и угловой модулометры, генератор гармонических колебаний и два управляемых преобразователя частоты, причем первый вход и первый выход блока памяти соединены соответственно с входом и выходом устройства, второй выход блока памяти соединен с входом первого управляемого преобразователя частоты, выход которого через фильтр с изменяемой рабочей характеристикой соединен с входом второго управляемого преобразователя частоты, выход которого соединен с вторым входом блока памяти, а управляюший вход соединен с управляющим входом первого управляемого преобразователя частоты и третьим выходом генератора импульсов, четвертый выход которого соединен с первыми входами модулометров, вторые входы которых соединены с выходом первого управляемого преобразователя часто 1Изобретение относится к технике обработки искаженных помехами речевых сообшений и может быть использовано в технике связи и в приборах для улучшения звучания дефектных фонограмм. 5Известны способ и устройство для адаптивного выделения речевых сообщений на. фоне шумов. Выделение основано на преобразовании обрабатываемого сигнала избирательными цепями, настроенными на различные частотные полосы спектра сигнала. Эти цепи составляют первый набор фильтров. Разделенные составляюШие усиливают и суммируют. Выделение осушествляется посредством управления этими усилениями. Для формирования сигналов уп равления используют второй блок фильтров, соединенный с управляюшими входами усилителей через блок логических элементов, преобразующий выработанные во втором блоке фильтров опенки сигнала 8 команды управления деформациями динамических диапазонов частотных полос, которые обеспечивают улучшение звучания искаженной помехами речи 11.Недостатком этих способа и устройства является то, что они обеспечивают только 25 компенсацию искажений динамического ты, а выходы - с соответствующими четырьмя управляющими входами фильтра с изменяемой рабочей характеристикой, остальные два управляющих входа которого соединены с выходами генератора гармонических колебаний и третьими и четвертыми входами модулометров.3. Устройство по п, 2, отличающееся тем, что фильтр с изменяемой рабочей характеристикой выполнен в виде последовательно соединенных первого амплитудного модулятора, полосового фильтра, второго амплитудного модулятора, углового модулятора и управляемого аттенюатора, причем первые два управляющих входа амплитудных модуляторов соединены с первыми двумя управляюшими входами углового модулятора, вторые два управляющих входа амплитудных модуляторов соединены с первыми двумя управляющими входами управ ляемого аттенюатора, вторые два управляюших входа которого соединены с двумя вторыми управляющими входами углового модулятора, а блок памяти выполнен состояшим из двух обособленных частей, каждая из которых содержит узел основной памяти, узел буферной памяти и сумматор. 2диапазона полосных составляющих и не позволяют выделять быстроиз меняющиеся сигналы на фоне нестационарных помех, Одной из причин этого является неконтролируемое запаздывание при формирОвании управляюших сигналов в блоке логических элементов.Известно устройство для выделения речевых сигналов в реальном масштабе времени, что достигается введением оперативного запоминающего устройства, построенного по принципу пожарных цепочек. Это оперативное запоминающее устройство обеспечивает временное согласование между изменениями коэффициентов усиления и пропусканием сигналов через регулируемые усилители 2.Недостатком этого устройства является невозможность внутриполосной селекции полезных колебательных составляющих, что ограничивает сокращение уровня остаточных помех.Известен фильтр с переменными параметрами, упрощенный по отношению к следяшим модулированным фильтрам и обеспечиваюший преобразования частот принимаемых сигналов, Этот фильтр позволяет выделить амплитудно-модулированные коле1156126 4550 55 3бательные составляющие сигнала, но он не позволяет выделять составляющие с угловой модуляцией 3.Наиболее близким к предлагаемому является способ выделения речевого сигнала на фоне помех путем выделения колебательных составляющих обрабатываемого сигнала, фильтрации гармонических составляющих основного тона, оценки шумовых спектров, регулирования уровня шумовых колебательных составляющих и профильтрованных гармонических составляющих и суммирования колебательных и гармонических составляющих 4.Недостатком этого способа является снижение качества звучания речи, вызванное ослаблением модуляций речевого сигнала, характеризующих его микровариационные свойства, нужные для передачи индивидуальных и эмоциональных особенностей высказывания, а также высокий уровень остаточных помех и искажений.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для преобразования речевых сигналов, содержащее блок памяти, генератор импульсов, фильтр с изменяемой рабочей характеристикой, аналого-цифровой и .цифроаналоговый преобразователь, а также фильтр нижних частот 5.Это устройство позволяет преобразовывать колебательные составляющие речевого сигнала, трансформируя его частотный спектр. Однако оно не позволяет выделять речевой сигнал из смеси с шумами.Целью изобретения является повышение качества звучания речевых сигналов.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выделения речевого сигнала на фоне помех, включающему фильтрацию гармонических составляющих основного тона, регулирование их уровня и суммирование, дополнительно измеряют амплитудные и угловые модуляционные спектры обрабатываемого сигнала, фильтруют, регулируют уровни и суммируют гармонические составляющие нескольких тонов, которые выбирают в пределах диапазона непроизвольных вариваций основного тона, гармонические составляющие модулируют соответствующим тоном по амплитуде до и после фильтрации и по углу после фильтрации, устанавливая глубины и фазы модуляций пропорциональными значениям модуляционных спектров, а уровни регул".руют пропорционально глубинам амплитудной и угловой модуляций соответствующим тоном и пропорционально модулю косинуса сдвига фаз этих модуляций.В устройство для выделения речевого сигнала на фоне помех, содержащее блок памяти, генератор импульсов и фильтр с изменяемой рабочей характеристикой, причем два выхода генератора импульсов соединены с двумя управляющими входами блока 4памяти, введены амплитудный и угловой модулометры, генератор гармонических колебаний и два управляемых преобразователя частоты, причем первый вход и первый выход блока памяти соединены соответственно со входом и выходом устройства, второй выход блока памяти соодинен со входом первого управляемого преобразователя частоты, выход которого через фильтр с изменяемой рабочей характеристикой соединен со входом второго управляемого преобразователя частоты, выход которого соединен со вторым входом блока памяти, а управляющий вход соединен с управляющим входом первого управляемого преобразователя час тоты и третьим выходом генератора импуль.сов, четвертый выход которого соединен с первыми входами модулометров, вторые входы которых соединены с выходом первого управляемого преобразователя частоты, а выходы - с соответствующими четырьмя управляющими входами фильтра с изменяемой рабочей характеристикой, остальные два управляющих входа которого соединены с выходами генератора гармонических колебаний и третьими и четвертыми входами модулометров.25 Кроме того, фильтр с изменяемой рабочей характеристикой выполнен в виде последовательно соединенных первого амплитудного модулятора, полосового фильтра, второго амплитудного модулятора, углового модулятора и управляемого аттенюатора, причем первые два управляющих входа амплитудных модуляторов соединены с первыми двумя управляющими входами углового модулятора, вторые два управляющих входа амплитудных модуляторов соединены с первыми двумя управляющими входами управляемого аттенюатора, вторые два управляющих входа которого соединены с двумя вторыми управляющими входами углового модулятора, а блок памяти состоит из двух обособленных частей, каждая из которых 4 О содержит узел основной памяти, узел буферной памяти и сумматор,На фиг. 1 представлены ( снизу вверх) искаженный помехами речевой сигнал, выделенный сигнал и сигнал-оригинал, из . которого получен искаженный сигнал; на фиг, 2 - блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.Устройство содержит блок 1 памяти, первый управляемый преобразователь 2 частоты, фильтр 3 с изменяемой рабочей характеристикой, первый амплитудный модулятор 4, полосовой фильтр 5, второй амплитудный модулятор 6, угловой модулятор 7, управляемый аттенюатор 8, второй управляемый преобразователь 9 частоты, генератор 10 импульсов, амплитудный модулометр 11, угловой модулометр 12, генератор 13 гармонических колебаний.5Для каждого выбранного тона в диапазоне непроизвольных вариаций основного тона накоплением отсчетов входного сигнала ца отрезках времени, в несколько раз превышающих период тона, со сдвигами, равными этому периоду, и последующим суммированием накопленных отсчетов (благодаря чему происходит их усреднение с периодом основного тона) получают импульсное периодическое колебание, которое потом расфильтровывают по гармоникам поло- О совы ми фильтрами, настроенными на эти гармоники. После фильтрации колебательные составляюшие остаются модулированными по мгг и амплитуде.Из-за цестационарных свойств речи энер гия колебательных составляюцих пульсирует, вмсстс с цей пульсирует и отношение сиги;)л(цум, поэтому амплитудные модуляции импульсных периодических колебаний повыц 1 а 1 о среднее значение отношения сигнал,шум выделенного сигнала. Повторные амплитудные и угловые модуляции, осуществляемыее после ф ил ьтрации, комценсирукгг потери глубины модуляции в полосовых фильграх, благодаря чему устанавлива)отся глубины модуляции, соответствуюц 1 ие модуляционным спектрам, помехоустойчиво харак) еризующим индивидуальные оттенки звуков речи говорящего.Первые гармоники пульсаций угла и амплитуды колебаний, выделенные фильтрами, нс 1 стросццыми ца Гармоники ОснОВнОГО 0 тона, 6,1 изкие к формацтам сигнала, характсризук)тся новь шецной энергией и повышенным значением модуля косинуса сдвига фаз междх а 1 Нлитудными и уГЛОВыми модуляциями. Эти колебания особенно важны для слуха при восприятии речи, поэтому их ц)дчеркиваюг, устанавливая повышенное 1 ю оношению к другим колебаниям усилениее.Иаьггация способа показали, что пренебрежение модуляцией колебаний высшими 40 гармониками тона це сказывается заметно ца разборчивости и идентифицируемости восстановленной речи, так как слоговые переходы цри модуляциях первой гармоникой Осц)Вно)о Гона речи в)сстацавлива)отся с цеобхо;1 имой дица 1 икой 1 фиг. 1). 45Профильтрованные, промодулировацныс и црорс: улированныс колебательные состав,)я 1 оцИе мул.типлициру От (повторяк)т) для восстановления длительности обрабатываемого сигнала.50Обработка сигнала цри нескольких тонах и суммирование полученных результатов позволяет восстановить естественные изменения форм почти периодов речевой волны, когорая никогда точно не повторя- РТС 51. 55В уГрйс) ц для выделения речевого ц;1)1 ла ца ф)Ис 1 ких блок 1 памяти вы полнен состоящим из двух обособленных частей: первая служит для накопления усредненных с периодом тона отсчетов обрабатываемого сигнала, их хранения и воспроизведения, а вторая - для накопления и хранения обработанных колебательных составляющих выделенного речевого сигнала.Под действием синхросигналов записи, поступающих из генератора 10 импульсов в блоке 1 памяти формируется совокупность адресов поля записи, в которое вплоть до окончания заданного отрезка времени с суммированием с отсчетами, накопленными за предыдущий период тона, для каждого из выбранных тонов записываются отсчеты обрабатываемого сигнала.Воспро;.введение записанных в первой области памяти о) счетов производится периодически и с ускорением благодаря входящему в состав блока 1 памяти буферу, управляемому синхросигналами, поступающими из генератора 10 импульсов. Ускорение воспроизведения позволяет осуществить обработку колебательных составляющих, соответствующих разным гармоникам разных основных тонов последовательно во времени. Такая развертка при анализе и синтезе сигнала позволяет сократить число параллельных каналов фильтрации до одного, т. е. использовать только один полосовой фильтр. Перестройка на разные гармоники основного тона производится с помошью первого управляемого преобразователя 2 частоты. Ускорение анализа колебательных составляющих позволяет вместе с числом каналов одновременно, обрабатываемых колебательных составляюших сократить и число одновременно измеряемых глубин и фаз модуляции. Использование генератора 13 гармонических колебаний, генерирующего квадратур ные колебания позволяет измерять глубины квадратурных составляющих модуляции, которые в виде управляющих сигналов передаются в управляемый аттенюатор 8, а также в модуляторы 4, 6 и 7, куда поступают также и квадратурные составляюшие опорного гармонического сигнала,После модуляций, фильтрации, регулирования в фильтре 3 с изменяемой рабочей характеристикой и обратного преобразования частоты вторым управляемым преобразователем 9 частоты колебательные составляющие поступают во вторую область памяти блока 1 памяти, где благодаря буферу, входящему в его состав, осушествляется обратное преобразование масштаба времени. Далее преобразованные составляюшие для одного значения тона мультиплицируются для восстановления длительности сигнала, суммируются с соответствующими115617составляющими для других выбранных тонов и запоминаются, образуя выделенный сигнал.Использование изобретения позволяет 26повысить качество звучания речи, что повышает производительность труда операторов службы связи и контроля фонограмм диспетчерских служб.остави ехред И ираж 3 илак ного комитета ений и откры Раушская наУжгород, ул. Редактор С. ГимохинаЗаказ 3182/49ВНИИПИпо113035, МФилиал ППП ль С. АвринВерес Государстве елам изобрет сква, Ж - 35 Патент, г. КорректорПодписноеСССРийд. 4/5роектная, 4