ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG CĐ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CẤP CƠ SỞ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM NHIỄU
SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN NHẰM NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG TIẾNG NÓI
Mã số: T2015-07-03
Chủ nhiệm đề tài: ThS. Dương Ngọc Pháp
Đà Nẵng, 12/2015
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG CĐ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CẤP CƠ SỞ
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM NHIỄU
SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN NHẰM NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG TIẾNG NÓI
Mã số: T2015-07-03
Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài
Đà Nẵng, 12/2015
MỤC LỤC
i
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................. 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. 3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................................... 4
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................................... 6
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 8
I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC ĐỀ TÀI
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC .......................................................................................... 8
1. NGOÀI NƯỚC ......................................................................................................... 8
2. TRONG NƯỚC......................................................................................................... 8
II. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................ 8
III. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................................ 8
IV. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU .......................................................... 9
1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ....................................................................................... 9
2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................................................... 9
V. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 9
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TIẾNG NÓI ............. 10
1.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ..................................................................................... 10
1.2. NHIỄU ................................................................................................................ 10
1.3. NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TIẾNG NÓI ........................................................ 13
1.4. CÁC KỸ THUẬT GIẢM NHIỄU ...................................................................... 14
1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG ...................................................................................... 15
CHƯƠNG 2:THUẬT TOÁN GIẢM NHIỄU SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN .......... 16
2.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ..................................................................................... 16
2.2. BỘ LỌC KALMAN............................................................................................ 16
2.2.1. Tổng quan về bộ lọc Kalman .................................................................... 16
2.2.2. Mã hóa dự đoán tuyến tính ........................................................................ 17
2.2.3. Cấu trúc bộ lọc Kalman ............................................................................. 17
2.2.4. Ưu nhược điểm của bộ lọc Kalman ........................................................... 23
2.2.5. Bộ lọc Kalman mở rộng ............................................................................ 24
2.3. THUẬT TOÁN GIẢM NHIỄU SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN ...................... 25
2.3.1. Sơ đồ khối hệ thống ................................................................................... 25
2.3.2. Giảm nhiễu sử dụng bộ lọc Kalman .......................................................... 27
2.3.3. Ước lượng hệ số mô hình .......................................................................... 31
2.3.4. Ước lượng nhiễu ........................................................................................ 32
2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ...................................................................................... 35
CHƯƠNG 3:CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ ....................................... 36
MỤC LỤC
ii
3.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ..................................................................................... 36
3.2. CƠ SỞ DỮ LIỆU ................................................................................................ 36
3.3. CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ .............................................................................. 37
3.3.1. Phương pháp đánh giá chủ quan................................................................ 37
3.3.2. Phương pháp đánh giá khách quan ............................................................ 40
3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG ...................................................................................... 44
CHƯƠNG 4:THỰC HIỆN GIẢM NHIỄU VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..................... 45
4.1. GIỚI THIỆU CHƯƠNG ..................................................................................... 45
4.2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH .......................................................... 45
4.2.1. Kết quả đánh giá theo phương pháp SegSNR ........................................... 45
4.2.2. Kết quả đánh giá theo phương pháp LLR ................................................. 48
4.2.3. Đánh giá theo phương pháp cảm quan PESQ trên các môi trường nhiễu
khác nhau ............................................................................................................... 51
4.2.4. Đánh giá hiệu quả giảm nhiễu trên các môi trường nhiễu khác nhau ....... 54
4.2.5. Kết quả đánh giá CEP-PESQ-WSS-SegSNR với các thuật toán giảm
nhiễu ................................................................................................................... 58
4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG ...................................................................................... 63
KẾT LUẬN ................................................................................................................... 64
KIẾN NGHỊ ................................................................................................................... 64
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang 1
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. a) Biên độ và b) Trung bình phổ biên độ nhiễu xe (Car) ....................................... 10
Hình 1.2. a) Biên độ và b) Trung bình phổ biên độ nhiễu đường phố (Street)...................... 11
Hình 1.3. a) Biên độ và b) Trung bình phổ biên độ nhiễu nhà hàng (Restaurant) ................ 11
Hình 1.4. Mô hình nhiễu cộng ............................................................................................... 12
Hình 1.5. Dạng sóng tín hiệu tiếng nói trong miền thời gian ứng với tín hiệu sạch x(n), tín
hiệu bị nhiễu y(n) và tín hiệu sau khi được giảm nhiễu 𝐱(𝐧) ................................................ 12
Hình 1.6. Dạng sóng và ảnh phổ của các tín hiệu tiếng nói: sạch, bị nhiễu .......................... 13
Hình 1.7. Sơ đồ khối tổng quát thuật toán giảm nhiễu .......................................................... 13
Hình 2.1. Cơ chế tạo tiếng nói theo mô hình LPC ................................................................. 17
Hình 2.2. Quá trình thực hiện lọc Kalman ............................................................................. 22
Hình 2.3. Sơ đồ thực hiện lọc Kalman với các phương trình toán ........................................ 23
Hình 2.4. Sơ đồ khối toàn hệ thống ....................................................................................... 26
Hình 2.5. Kỹ thuật phân khung .............................................................................................. 26
Hình 2.6. Thuật toán bộ lọc Kalman ...................................................................................... 30
Hình 2.7. Sơ đồ khối ước lượng ma trận hệ số hồi quy ......................................................... 31
Hình 2.8. Sơ đồ ước lượng công suất nhiễu tác động ............................................................ 33
Hình 2.9. (a) Tín hiệu bị gây nhiễu 5dB, (b) SNR trước ξ ước lượng, (c) xác suất vắng mặt
tiếng nói PH0|Y, (d) xác suất hiện diện tiếng nói PH1|Y ...................................................... 34
Hình 3.1. Đáp ứng tần số của bộ lọc IRS .............................................................................. 36
Hình 4.1. Kết quả đánh giá SegSNR của 6 thuật toán tăng cường chất lượng tiếng nói với
loại nhiễu tiếng ồn ôtô (Car) .................................................................................................. 45
Hình 4.2. Kết quả đánh giá SegSNR của 6 thuật toán tăng cường chất lượng tiếng nói với
loại nhiễu tiếng ồn đám đông (Bable) .................................................................................... 46
Hình 4.3. Kết quả đánh giá SegSNR của 6 thuật toán tăng cường chất lượng tiếng nói với
loại nhiễu trắng (White) ......................................................................................................... 46
Hình 4.4. Kết quả đánh giá SegSNR của 6 thuật toán tăng cường chất lượng tiếng nói với
loại nhiễu tàu hỏa (Train) ....................................................................................................... 47
Hình 4.5. Kết quả đánh giá SegSNR của 6 thuật toán tăng cường chất lượng tiếng nói với
loại nhiễu đường phố (Street) ................................................................................................ 47
Hình 4.6. Kết quả đánh giá LLR của 6 thuật toán tăng cường chất lượng ............................ 48
Hình 4.7. Kết quả đánh giá LLR của 6 thuật toán tăng cường chất lượng ............................ 49
Hình 4.8. Kết quả đánh giá LLR của 6 thuật toán tăng cường chất lượng ............................ 49
Hình 4.9. Kết quả đánh giá LLR của 6 thuật toán tăng cường chất lượng tiếng nói với loại
nhiễu tàu hỏa (Train) .............................................................................................................. 50