Luận văn:Nghiên cứu và thiết kế bộ khử tiếng vọng âm thanh trên KIT DSP TMS320C6713

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

84
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ xử lý kỹ thuật số DMP 128 là một bộ trộn âm thanh 12 đầu vào, 8 đầu ra đặc trưng bởi kỹ thuật xử lý ProDSP của Extron, trộn tự động và mở rộng đầu vào, đầu ra. Có bốn sản phẩm trong dòng DMP 128 là DMP 128, DMP 128 C, DMP 128 AT, và DMP 128 C AT. Trong đó DMP 128 C và DMP 128 C AT có khả năng khử tiếng vọng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Nghiên cứu và thiết kế bộ khử tiếng vọng âm thanh trên KIT DSP TMS320C6713

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG THÁI VĂN TI N NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỬ TIẾNG VỌNG ÂM THANH TRÊN KIT DSP TMS320C6713 Chuyên ngành : K thu t ñi n t Mã s : 60.52.70 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng – Năm 2011
2 Công trình ñư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. PH M VĂN TU N Ph n bi n 1: TS. NGÔ VĂN S Ph n bi n 2: TS. LƯƠNG H NG KHANH Lu n văn s ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 26 tháng 07 năm 2011 Có th tìm hi u lu n văn t i : - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng
3 M Đ U 1. Tính c p thi t c a lu n văn Trong nh ng năm g n ñây, ñi n tho i có loa và ñi n tho i t bào hand-free ñã ñư c s d ng r ng rãi trên kh p th gi i cho các ng d ng h i ngh truy n hình và h i th o qua video t xa. M t ñi n tho i có loa ho c m t ñi n tho i t bào hands-free cho phép truy n thông song công mà không c n ph i gi ñi n tho i. Truy n song công có nghĩa là ti ng nói trên c hai ñ u c a kênh truy n ñư c truy n qua liên t c, như v i m t ñi n tho i truy n th ng. Ti ng nói t ngư i g i ñ u xa ñư c phát ñi b i ñi n tho i có loa ho c ñi n tho i t bào hands-free và r i l p l i chính nó b i s ph n x bên trong b m t c a căn phòng, âm thanh l p l i này ñư c g i là ti ng v ng (echo). Ti ng v ng ñư c thu b i micro ñ u g n, t o ra m t vòng l p, ñó ngư i g i ñ u xa nghe l i ti ng nói c a chính h . Có hai nhóm gi i pháp ñ gi i quy t v n ñ này, gi m echo (Echo Suppression) và kh echo (Echo Cancellation). Lu n văn này s t p trung vào vi c nghiên c u các gi i thu t l c thích nghi ñ kh ti ng v ng âm h c (Acoustic Echo Cancellation - AEC) nh m làm tăng ch t lư ng tho i. 2. M c ñích nghiên c u Tìm hi u t ng quan v b l c thích nghi (Adapter Filter), các gi i thu t như LMS, NLMS, RLS ñ kh ti ng v ng âm h c. Th c thi và ñánh giá hi u su t các gi i thu t AEC thông qua vi c ñánh giá ch t lư ng tho i sau khi x lý kh ti ng v ng. T ñó ñưa ra các ñ xu t phát tri n ti p theo n u có.
4 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u 3.1. Đ i tư ng nghiên c u. Lý thuy t l c thích nghi. Các gi i thu t kh ti ng v ng âm h c. Công c mô ph ng và ñánh giá. 3.2. Ph m vi nghiên c u Nghiên c u k thu t l c thích nghi và các gi i thu t kh ti ng v ng âm như LMS, NLMS, RLS. Các phương pháp ñánh giá ch t lư ng tín hi u ti ng nói. 4. Phương pháp nghiên c u. Thu th p và phân tích các tài li u và thông tin liên quan ñ n lu n văn. Xây d ng và th c thi các gi i thu t AEC b ng ngôn ng Matlab. Xây d ng chương trình ñánh giá ch quan b ng ngôn ng Matlab. Phân tích và ñánh giá k t qu ñ t ñư c. Đ xu t các hư ng nghiên c u ti p theo. 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a lu n văn. Nghiên c u vi c ng d ng các k thu t l c thích nghi ñ kh ti ng v ng âm h c nh m ñ m b o ch t lư ng tín hi u ti ng nói trong thông tin liên l c. Cơ s cho vi c thi t k b AEC (Acoustic Echo Canceller) trong vi c kh ti ng v ng âm và m t ph n ph c v công vi c gi ng d y cho sinh viên ngành Đi n t - Vi n thông.
5 6. D ki n các k t qu ñ t ñư c. B chương trình mã ngu n các gi i thu t AEC và mã ngu n chương trình ñánh giá ch quan trên n n Matlab. Các k t qu mô ph ng, ñánh giá hi u su t c a các gi i thu t AEC. 7. C u trúc c a lu n văn. Lu n văn d ki n g m các chương sau : Chương 1 : T NG QUAN V K THU T KH TI NG V NG Chương 2 : CÁC GI I THU T KH TI NG V NG ÂM H C Chương 3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ Chương 4 : MÔ PH NG VÀ ĐÁNH GIÁ K T QU
6 Chương 1 T NG QUAN V K THU T KH TI NG V NG 1.1. T NG QUAN Chương này trình bày ngu n g c c a ti ng v ng, các lo i ti ng v ng. Đ ng th i ñ c p ñ n k thu t kh ti ng v ng và vi c l a ch n b l c thích nghi cho kh ti ng v ng âm h c. 1.2. CÁC LO I TI NG V NG Có hai lo i ti ng v ng trong m ng vi n thông [2]: là ti ng v ng ñi n t (hay còn g i là ti ng v ng lai) và ti ng v ng âm: Ti ng v ng ñi n t là do s m t ph i h p tr kháng t i các ñi m khác nhau d c theo kênh truy n. Ti ng v ng lai ñư c t o ra các k t n i lai mà thuê bao 2 dây ñư c k t n i ñ n chuy n m ch ñi n tho i 4 dây trong các h th ng vi n thông. Ti ng v ng âm h c là do s ph n x c a các sóng âm thanh và kh p n i âm h c gi a speaker và microphone trong các ñi n tho i hands-free, ñi n tho i di ñ ng và các h th ng vi n thông. 1.3. K THU T KH TI NG V NG ÂM H C 1.3.1. B l c thích nghi 1.3.2. Kh ti ng v ng âm h c (Acoustic Echo Cancellation) Phương pháp kh ti ng v ng âm ñư c ñ c p ñ n là s d ng các b l c thích nghi. Nh ng b l c thích nghi s d ng các gi i thu t ñ l p ñi l p l i làm thay ñ i các giá tr vector ñáp ng xung nh m t i thi u hàm giá. Hàm này ñư c bi t như là sai s ư c lư ng c a b l c
7 thích nghi, . Hình 1.5 bi u di n sơ ñ kh i c a m t h th ng kh ti ng v ng âm h c ñư c tính toán trong lu n văn này. T i m i vòng l p (iteration) tín hi u sai s , , ñư c ñưa tr l i vào b l c, nơi mà các ñ c tính l c ñư c thay ñ i cho phù h p. Hình 1.5. Sơ ñ kh i c a m t h th ng kh ti ng v ng âm h c. 1.4. ĐÁP NG XUNG ÂM H C (AIR) Trong lu n văn này, ñáp ng xung âm h c s ñư c xây d ng b ng chương trình Matlab. Chi u dài c a ñáp ng xung h l n lư t ñư c t o ra là 1000, 2000, 3000, 4000 b ng cách cho size = 1000 và cho i ch y l n lư t t 1 ñ n 5, 11, 16, 21, t ñó ta s có 4 ki u ñáp ng xung khác nhau nh m t o ra 4 ki u echo có cư ng ñ tăng d n. 1.5. K T LU N CHƯƠNG Trong chương này ñã tìm hi u v ngu n g c c a echo, các lo i echo như ti ng v ng lai và ti ng v ng âm h c. Đ ng th i cũng trình bày k thu t kh ti ng v ng âm h c (AEC) và vi c l a ch n b l c thích nghi cho kh ti ng v ng âm h c. Bên c nh ñó cũng ñã ñ c p ñ n ñáp ng xung âm h c (AIR) c a m t phòng nh m ph c v cho chương cu i c a lu n văn này.
8 Chương 2 CÁC GI I THU T KH TI NG V NG ÂM H C 2.1. T NG QUAN Chương này trình bày b l c Wiener và gi i thu t Stepeesr- Descent làm cơ s cho ngu n g c và th c hi n các gi i thu t LMS, NLMS, RLS ñ kh ti ng v ng âm h c. Đ ng th i cũng ñ c p ñ n các h s ch t lư ng MSE (Mean Square Error) và AV (Average Attenuation) ñ ño hi u su t c a t ng gi i thu t. 2.2. B L C WIENER B l c Wiener là m t d ng ñ c bi t c a b l c FIR ngang, ñư c thi t k ñ t i thi u hóa hàm sai s bình phương trung bình (MSE) trong phương trình 2.1. Chúng s ñư c v n d ng làm ngu n g c cho các gi i thu t kh ti ng v ng âm h c [3,8]. (2.1) 2.3. GI I THU T STEEPEST-DESCENT Gi i thu t steepest-descent c p nh t các h s theo d ng sau [5]: (2.14) ñó, là tham s kích thư c bư c và là sai s bình phương trung bình (MSE) t i th i ñi m n. Chú ý r ng, tính n ñ nh c a gi i thu t th t s ñ m b o ch khi : (2.25) ñó, là giá tr ñ c trưng c c ñ i c a ma tr n t tương quan.
9 2.4. CÁC GI I THU T KH TI NG V NG ÂM H C 2.4.1. Gi i thu t bình phương trung bình nh nh t (LMS) Gi i thu t LMS xây d ng d a trên lý thuy t c a l i gi i Wiener cho các tr ng s nhánh b l c t i ưu . Nó cũng ph thu c vào gi i thu t steepest-descent như ñã nêu trong phương trình 2.29. ñó, (2.29) Th c hi n gi i thu t LMS Bư c 1 : Tính ngõ ra c a b l c, y(n). Bư c 2 : Ư c lư ng sai s , e(n). (2.34) Bư c 3 : C p nh t tr ng s nhánh c a b l c ñ chu n b cho iteration k ti p, w(n+1). (2.35) 2.4.2. Gi i thu t bình phương trung bình nh nh t chu n hoá (NLMS) Đ suy ra gi i thu t NLMS chúng ta ñi xem xét ñ quy LMS cho vi c l a ch n m t tham s kích thư c bư c thay ñ i, µ(n). Tham s này ñư c ch n ñ các giá tr sai s , , s ñư c t i thi u b ng cách s d ng các tr ng s nhánh b l c ñư c c p nh t, , và vector ngõ vào hi n t i, [8]. (2.38)
10 (2.39) Đ quy c a gi i thu t NLMS ñư c bi u di n b i phương trình 2.43[8]: Th c hi n gi i thu t NLMS Bư c 1 : Tính ngõ ra c a b l c thích nghi, y(n). Bư c 2 : Tính tín hi u sai s (error signal), e(n). (2.46) Bư c 3: Tính giá tr kích thư c bư c, . Bư c 4 : C p nh t tr ng s nhánh c a b l c ñ chu n b cho iteration k ti p, w(n+1). (2.48) 2.4.3. Gi i thu t bình phương nh nh t ñ quy (RLS) Gi i thu t RLS t i thi u hàm giá trong phương trình 2.49 [9]. Trư ng h p k = 1 là th i ñi m b t ñ u gi i thu t RLS và λ là m t h ng s dương nh hơn 1 [9]. Không gi ng như các gi i thu t LMS, NLMS và ngu n g c c a nó, gi i thu t RLS tr c ti p xem xét các giá tr c a nh ng ư c lư ng sai s trư c ñó.
11 Th c hi n gi i thu t RLS Bư c 1 : Tính vector ñ l i, Bư c 2 : Tính ngõ ra c a b l c s d ng các tr ng s nhánh t iteration trư c ñó và vector ngõ vào hi n t i. (2.77) Bư c 3 : Ư c lư ng sai s (error estimation), . (2.78) Bư c 4 : C p nh t vector tr ng s nhánh, . (2.79) Bư c 5 : C p nh t ma tr n ngh ch ñ o, . (2.80) 2.5. H S CH T LƯ NG V m t toán h c, ñ ño hi u su t c a gi i thu t kh ti ng v ng âm h c, ngư i ta có th s d ng sai s bình phương trung bình (Mean Square Error : MSE) và suy hao trung bình (Average Attenuation : AV). 2.6. K T LU N CHƯƠNG Trong chương này ñã trình bày b l c Wiener và gi i thu t Steepest-Descent b i nó là cơ s n n t ng cho các gi i thu t như LMS, NLMS. Đ ng th i, trong chương này cũng ñã trình bày cơ s lý thuy t v ngu n g c và tính toán các gi i thu t LMS, NLMS, RLS ñ kh ti ng v ng âm h c.
12 Chương 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ 3.1. T NG QUAN Chương này ñ c p ñ n hai phương pháp ñánh giá : ñánh giá ch quan (Subjective Evaluation : SE) và ñánh giá khách quan (Objective Evaluation : OE) ñ ñánh giá ch t lư ng tín hi u sau khi x lý. Trong ñó, phương pháp ñánh giá ch quan s ñư c v n d ng trong lu n văn này ñ ñánh giá hi u su t c a các gi i thu t kh echo âm h c. 3.2. CÁC Y U T NH HƯ NG Đ N CH T LƯ NG TI NG NÓI Nh ng nguyên nhân chính gây ra s suy gi m (degradation) c a ch t lư ng ti ng nói trong các h th ng truy n thông hi n ñ i là tr (delay), m t gói (packet loss), s bi n ñ ng (jitter), ti ng v ng (echo) và méo (distortion) do b mã hóa-gi i mã ti ng nói (codec). Nh ng y u t này nh hư ng ñ n tâm lý các tham s như tính d hi u (intelligibility), tính t nhiên (naturalness), và âm lư ng (loudness), cái quy t ñ nh ch t lư ng ti ng nói. 3.3. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CH QUAN 3.3.1. Phương pháp ñánh giá tương ñ i 3.3.1.1. Phương pháp DCR Nghe m t c p tín hi u, tín hi u ñ u là tín hi u tham chi u, tín hi u th hai là tín hi u ñánh giá. Ngư i nghe s nghe và ñánh giá ñ suy gi m ch t lư ng c a tín hi u c n ñánh giá so v i tín hi u tham chi u d a trên thang ñi m như trong B ng 3.2.
13 B ng 3.2. Thang ñánh giá DCR. Rating Degradation 1 Very annoying 2 Annoying 3 Sightly annoying 4 Audible but not annoying 5 Inaudible 3.3.1.2. Phương pháp CCR Đánh giá CCR ñư c xây d ng ñ ñánh giá m c ñ yêu thích c a ngư i nghe ñ i v i tín hi u m u theo thang ñi m như trong B ng 3.3 [15]. B ng 3.3. Thang ñánh giá CCR. Rating Quality of Speech 3 Much better 2 Better 1 Slightly Better 0 About the Same -1 Slightly Worse -2 Worse -3 Much Worse 3.3.2. Phương pháp ñánh giá tuy t ñ i ACR MOS là m t trong nh ng phương pháp ñánh giá tuy t ñ i ph bi n ñư c mô t trong khuy n ngh P.800 c a ITU-T. Trong phương pháp này, ngư i nghe s ñánh giá ch t lư ng c a tín hi u thông qua thang ñánh giá 5 ñi m như trong B ng 3.4.
14 B ng 3.4. Thang ñánh giá MOS. Score Quality of the Speech Level of Distortion 5 Excellent Imperceptible 4 Good Just perceptible, but not annoying 3 Fair Perceptible and slight annoying 2 Poor Annoying but not Objectinable 1 Bad Very annoying and Objectionable 3.4. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ KHÁCH QUAN 3.4.1. Phép ño SRR và SNR 3.4.2. Đo kho ng cách ph d a trên LPC 3.4.2.1. Phương pháp ño kho ng cách LLR 3.4.2.2. Phương pháp ño kho ng cách IS 3.4.2.3. Phương pháp ño kho ng cách CEP 3.4.3. Đo kho ng cách ñ d c ph (WSS) 3.4.4. Đánh giá ch t lư ng ti ng nói b ng tri giác (PESQ) 3.5. K T LU N CHƯƠNG Chương này ñã trình bày các phương pháp ñánh giá d a trên nh ng ch tiêu khác nhau v ch t lư ng ti ng nói. Đánh giá khách quan là phương pháp ñánh giá ch t lư ng d a trên các phép ño thu c tính c a tín hi u bao g m phép ño và , LPC (LLR, IS), WSS, PESQ và mPESQ. Bên c nh ñó, ñánh giá ch quan bao g m ñánh giá tương ñ i và ñánh giá tuy t ñ i g m các phương pháp DCR, CCR và MOS.
15 Chương 4 MÔ PH NG VÀ ĐÁNH GIÁ K T QU 4.1. GI I THI U Trên cơ s lý thuy t ñã ñ c p các chương trên như v các gi i thu t kh echo âm h c, các phương pháp ñánh giá ch t lư ng ti ng nói…, chương này s ñi c th hóa b ng vi c ñi xây d ng các lưu ñ gi i thu t và th c hi n các gi i thu t kh echo mô ph ng b ng Matlab, sau ñó ñánh giá các k t qu thu ñư c ch y u b ng phương pháp ñánh giá ch quan (Subjective Evaluation). 4.2. QUY TRÌNH TH C HI N VÀ ĐÁNH GIÁ GI I THU T 4.3. LƯU Đ GI I THU T 4.3.1. Lưu ñ gi i thu t kh ti ng v ng âm h c (AEC) Hình 4.2. Lưu ñ t ng quát gi i thu t kh echo âm h c.
16 4.3.2. Lưu ñ gi i thu t LMS Hình 4.3. Lưu ñ gi i thu t LMS.
17 4.3.3. Lưu ñ gi i thu t NLMS Hình 4.4. Lưu ñ gi i thu t NLMS.
18 4.3.4. Lưu ñ gi i thu t RLS
19 4.4. TH C HI N CÁC GI I THU T 4.4.1. Gi i thu t LMS Đ l a ch n ñư c các tham s t i ưu cho gi i thu t LMS, chúng ta s d ng sai s bình phương trung bình (MSE) và suy hao trung bình (Average Attenuation : AV) k t h p v i nghe tín hi u sau khi kh echo. Đi th c nghi m ñ i v i file âm thanh s ch, b ng ti ng vi t sp01, v i t c ñ l y m u là 8kHz. Đi u ki n n ñ nh c a gi i thu t LMS : 0
20 Hình 4.7. So sánh ñáp ng xung th c t và ñáp ng xung ñã ñư c ư c lư ng 4.4.2. Gi i thu t NLMS K t qu th c nghi m c a gi i thu t NLMS ñ i v i file âm thanh sp01 có chi u dài là 25.000 m u. Hình 4.8. Ngõ ra c a gi i thu t NLMS, h=1000, taps=1000, µ=0.25.