Способ выделения речевого сигнала на фоне помех и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G10L15/20 

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 управляющий 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 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.

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 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 выполнен состоящим из двух обособленных частей, каждая из которых содержит узел основной памяти, узел буферной памяти и сумматор.

1. Способ выделения речевого сигнала на фоне помех, включающий фильтрацию гармонических составляющих основного тона, регулирование их уровня и суммирование, отличающийся тем, что, с целью повыщения качества звучания, дополнительно 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.

Изобретение относится к технике обработки искаженных помехами речевых сообщений и может быть использовано в технике связи и в приборах для улучшения звучания дефектных фонограмм.

Известны 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. Разделеннь 1е составляющие усиливают и суммируют. Выделение осуществляется посредством управления этими усилениями. Для формирования сигналов управления используют второй блок фильтров, соединенный с управляющими входами усилителей через блок логических элементов, преобразующий выработанные во втором блоке фильтров опенки сигнала в команды управления деформациями динамических диапазонов частотных полос, которые обеспечивают улучшение звучания искаженной помехами речи 1.

Недостатком этих способа и устройства является то, что они обеспечивают только компенсацию искажений динамического

диапазона полосных составляющих и не позволяют выделять быстроизменяющиеся сигналы на фоне нестационарных помех. Одной из причин этого является неконтролируемое запаздывание при формировании управляющих сигналов в блоке логических элементов.

Известно устройство для выделения речевых сигналов в реальном масщтабе 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 следящим модулированным фильтрам и обеспечивающий преобразования частот принимаемых сигналов. Этот фильтр позволяет выделить амплитудно-модулированные колебательные составляющие сигнала, но QH 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 щумовых спектров, регулирования уровня щумовых 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 сигна- 15 ла, 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 дифроаналоговый преобразователь, а 25 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 щумами. Целью изобретения является повыщение качества звучания речевых сигналов. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу выделения речевого сигнала на фоне помех, включающему фильт- 5 рацию гармонических составляющих основного тона, регулирование их уровня и суммирование, дополнительно измеряют амплитудные и угловые модуляционные спектры обрабатываемого сигнала, фильтруют, регулируют уровни и суммируют гармониче- 0 ские составляющие нескольких тонов, -которые -выбирают в пределах диапазона непроизвольных вариваций основного тона, гармонические составляющие модулируют соответствующим тоном по амплитуде до и дпосле фильтрации и по углу после фильтрации, устанавливая глубины и фазы модуляций пропорциональными значениям модуляционных спектров, а уровни регулчруют пропорционально глубинам амплитудной и угловсгй модуляций соответствующим то- 50 ном 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 памяти, 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 частоты и третьим выходом генератора импульсов, четвертый выход которого соединен с первыми входами модулометров, вторые входы которых соединены с выходом первого управляемого преобразователя частоты, а выходы - с соответствующими четырьмя управляющими фильтра с изменяемой рабочей характеристикой, остальные два управляющих входа которого соединены с выходами генератора гармонических колебаний и третьими и четвертыми входами модулометров. Кроме тдго, фильтр с изменяемой рабочей характеристикой выполнен в виле 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 содержит узел основной памяти, узел буферНОИ 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. Для каждого выбранного тона в диапазоне непроизвольных вариаций основного тона накоплением отсчетов входного сигнала на отрезках времени, в несколько раз npeBbiHjaiOLUHx 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 полосовыми фильтрами, настроенными на эти гармоники. После фильтрации колебательные составляющие остаются модулированными по углу и амплитуде. Из-за нестационарных свойств речи энергин колебательных составляющих нульсирует, liMccTc с ней пульсирует и отношениеси пал/1нум, поэтому амплитудные модуляции импу.пьспых периодических колебаний повьппают среднее значение отношения сигна,;1/п1ум выделенного сигнала. Повторные а.мг1.1итудные и угловые .модуляции, осуществляемые юсле фильтрации, компенсируют потери глубины .модуляции в полосовых фильтрах, благодаря чему устанав;1иваются глуби1п 1 .модуляции, соответствующие модуляционным спектрам, по.мехоустойчиво характеризующи.м индивидуальные оттенки звуков речи говорящего. Первые гармоники пульсаций угла и а.мплитуды колебаний, выделенные фильтрами, настроенными на гармоники основного тона, близкие к формантам сигнала, характеризуются повыц е1П1ой энергией и новыщен;п 1м значением модули косинуса сдвига фаз между амп.литудными и угловыми модуляциями. Эти колебания особенно важны дли слуха при восприятии речи, поэто.му их подчеркивают, устанавливая повыщенное но отношению к другим колебаниям усиление. Испытания способа показали, что пренебрежение модуляцией колебаний высшими гармо1 иками тона не сказывается заметно на разборчивости и идентифицируемости восстановленной речи, так как слоговые переходы при модуляциях первой гармоникой ocHOBHvHo тона речи восстанавливаются с необходимой динамикой (фиг. 1). Профильтрованные, . промодулированныс и прорегу;1ированные колебательные составляющие мультиплицируют (повторяют) для восстаповления длительности обрабат1,1ваемого сигнала. Обработка сигнала при нескольких тонах и су.ммирование по;1ученных результатов позволяет восстановить естественные изменения форм почти периодов речевой волны, которая никогда точно не повторяется. В устройспн для выделения речевого с:.| Ч1али на фоне помех блок 1 памяти вынолнен 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 отсчета.ми, накопленными за предыдущий период тона, для каждого из выбранных тонов записываются отсчеты обрабатываемого сигнала. Воспрокзведение записанных в первой области памяти отсчетов производится периодически и с ускорением благодаря входящему в состав блока 1 памяти буферу, управляемому синхросигналами, поступаю1ЦИМИ 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 помощью первого управляемого преобразователя 2 частоты. Ускорение анализа колебательных составляющих позволяет вместе с числом каналов одновременно,, обрабатывае.мых колебательных составляющих сократить и число одновременно измеряемых глубин и фаз .модуляции. Использование генератора 13 гармонических колебаний, генерирующего квадратурные 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 составляющие 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, осуществляется обратное нреобразование масштаба времени. Далее преобразованные составляющие для одного значения тона мультиплицируются для восстановления длительности сигнала, суммируются с соответствующими

составляющими для других выбранных тонов и запоминаются, образуя выделенный сигнал.

Использование изобретения позволяет Вход

повысить качество звучания речи, что повышает производительность труда операторов службы связи и контроля фонограмм диспетчерских служб. Выкод Фиг.г