201436. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés jeltisztításhoz és lényegkiemeléshez
1 HU 201436 A 2 A találmány tárgya eljárás és elrendezés jeltisztításhoz és lényegkiemeléshez. A híradástechnikában, a hangrögzítésben, a jelátvitel szinte minden gyakorlati formájánál a hasznos jelhez sokszor keverednek nem kívánatos jelek, zavarok, összefoglalóan: zajok. Régóta kísérleteznek olyan eljárásokkal, amelyek a zavart jelből a zajok minél nagyobb részének eltávolítását célozzák úgy, hogy a hasznos jel eközben minél kevésbé sérüljön meg. A gyakorlatban széles körben alkalmazzák erre a célra a különböző szűrőket. így például a hanglemezről történő hangvisszajátszásnál aluláteresztő szűrőn vezetik át a zavar jelet és ezzel a főleg magasabb hangffekvenciákon jelentkező, tűzörejnek nevezett zaj eltávolítását érik el. A zavart beszéd javítása céljából azt változtatható határfrekvenciájú felül- és aluláteresztő szűrő lánckapcsolásain szokták átvezetni. A beszéd „tisztítását” végző személy az említett határfrekvenciák változtatásával sok esetben nagymértékben fel tudja javítani a szűrő-láncból kimenő ún. „javított” vagy „tisztított” jelben a beszéd érthetőségét. Amennyiben a hasznos jel viszonylag széles frekvenciasávot foglal el és a zaj néhány szinuszos jel összege, akkor a zajösszetevők frekvenciáira hangolt keskenysávú sávzáró-szűrők sorozatán átvezetve a zavart jelet, az nagymértékben meg fog tisztulni. A fenti példákkal szemléltetett eljárásokat „jeltisztítás”-nak, „jel-javítás”-nak, angolul „signal enhancement”-nek szokták nevezni. A jeltisztító eljárások elvi megalapozását Wiener végezte el, eredményeit könyvében (Wiener, N.: Extrapolation interpolation and smoothing of stationary time series, John Wiley, New York 1949) ismertette. Az általa közölt eredmény egy kézenfekvő megvalósítása az az eljárás, amelyben a zavart jelt egy közös szűrőn átvezetik, majd egyszerre több sáváteresztő jellegű szűrőn átvezetve egy-egy változtatható erősítésű erősítő bemenetére adják, és a hasznos jel és a zaj tulajdonságainak előzetes ismeretében előre beállítják az erősítők erősítéseit. Kis erősítést állítanak be abban a frekvenciasávban, ahol a hasznos jel és a zaj teljesítményének viszonya relatíve kicsi, míg nagy erősítést állítanak be ellenkező esetben. Végül a tisztított kimenőjelet az erősített jelek összeadásával képezik. Ez az eljárás azonban nem megfelelő abban az esetben, ha a hasznos jelnek és a zajnak az egyes sávokba eső rövididejű átlagteljesítményeinek viszonyai az idő folyamán változnak. Ebben az ún. nemstacionárius esetben célravezetőbb olyan eljárást alkalmazni, melyben az erősítők erősítését az erősítő bemenetére érkező jelből ún. lényegkiemelők által alkalmas módon nyert paraméter, például a rövididejű átlagteljesítmény szabályozza. Ezt az eljárást adaptív eljárásnak nevezik. Ilyen adaptív eljrásra példa Dobiinger módszere (Dobiinger, G.: Optimum filter for speech enhancement using integrated digital speech processors, ICASSP’82, Paris, 1982. május Proc. 168-171. o.). Eljárásának hiányossága, hogy a zaj időbeli változását nem képes figyelembe venni, és az eljárásban alkalmazott lényegkiemelők körét túl szűkén vonja meg. További lényegkiemelési módszerek alkalamzásával [(ilyenek például a Gordos G., Takács Gy.: Digitális beszédfeldolgozás, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983). c. könyvből ismerhetők meg] eljárásának hatékonysága is javítható. Az ismert megoldások hiányossága egyrészt az, hogy a tisztított beszédjel szüneteiben zenei jellegű hangok, csengő kattanások, bugyborékolás, stb. jelennek meg, melyek kellemetlen hatásúak, másrészt, hogy a beszédjelt zavaró zaj intezitásának, spektrális megoszlásának változásait csak ún. beszéd/szünet (speech/pause) detektor segítségével képesek követni, melyek bonyolult felépítésűek, ennélfogva drágák is. A találmány célja a fenti hiányosságok kiküszöbölése. A találmány azon alapul, hogy felismertük: a zenei jellegű hangok megjelenésének oka az, hogy a zaj véletlenszerű ingadozásai az egyes részsávokban időnként túlléphetik az átlagos érték többszörösét is, ezért beszéd eredetűnek érzékelhetők és minősíthetők. Felismertük, hogy ezek beszéd jellegű eredete kizárható, ha az időbeni környezetet és adatokat is figyelembe vesszük. A beszéd/szünet detektorokra nincs szükség az egyes részsávokban fellépő zaj intezitásának megítéléséhez, mert az összegjel elegendő hosszúságú (például 1 sec) időtartamban fellépő minimális intezitású szakaszainak intezitása kizárólag a zaj intezitására jellemző, hiszen ez idő alatt a beszédjel bizonyosan tartalmazott szünetet, és így az összegjel minimális intenzitású szakasza nagy valószínűséggel e szünet alatt lépett fel. A kitűzött célt tehát egy olyan eljárás kidolgozásával értük el, melynek során a zavart jelet szűrjük, majd frekvencia-sávokra bontjuk, és az egyes frekvenciasávokat azok jel/zaj viszonyától függő mértékben erősítjük és végül összeadjuk, az egyes frekvenciasávok erősítésénél a többi frekvenciasáv jel/zaj viszonyát is figyelembe vesszük oly módon, hogy a lényegkiemelők jelét mátrix bemenetéire adjuk, amelynek kimeneteiről vezéreljük az egyes frekvenciasávok erősítéseit, ahol a mátrix átviteli függvényét a következő módon határozzuk meg: f 1/2 - 2a, ha i - j, és i * 1 és i * N i 1/4 + a, ha (i-j) = 1 és i * 1 és i * N Mi,j = / 2/3 - 8/3a,„ ha i — j és i — 1 vagy i - N i 1/3 + 4/3a, ha (i-j) - 1 és i - 1 vagy í i - N \ 0 egyébként ahol a értéke a (0; 0,1) tartományba esik Mi, j - a mátrix i-ik sorának j-ik eleme N - a részsávok száma. A kitűzött célt továbbá olyan elrendezés kialakításával értük el, mely szűrőt, ahhoz csatlakoztatott keskenysávú sávszűrőket, a sávszűrők kimeneteivel összekötött erősítőket és lényegkiemelőket tartalmaz, a lényegkiemelők kimenetei az erősítők vezérlőbemeneteivel vannak összekötve, kimeneteikre összegző áramkör van kapcsolva, a lényegkiemelők kimenetei mátrixon keresztül vannak az erősítők vezérlőbemeneteivel összekötve, oly módon, hogy a mátrix bemenetéire a lényegkiemelők kimenetei, kimeneteire pedig a vezérlőbemenetek vannak kapcsolva, ahol a mátrix sorait egy-egy műveleti erősítő és négy ellenállás képezi, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
