Brevet FR3103619A1 — publié le 20210528

L’invention concerne un procédé et un système pour séparer dans un flux audio la composante voix et la composante bruit. Figure pour l’abrégé : Fig. 3. Procédé et système pour séparer dans un flux audio la composante voix et la composante bruit L’invention concerne un procédé et un système permettant de séparer dans un flux audio, la partie du flux associée à une voix ou de la parole, d’une partie contenant les bruits. L’invention trouve son application dans un contexte où une ou plusieurs personnes parlent dans un environnement bruité (brouhaha, bruit de moteur, ventilation, etc.). Le signal de la parole superposé aux signaux bruyants est numérisé dans un flux audio par un capteur sonore. L’état de l’art connu du demandeur se divise en deux catégories, les approches dites classiques et les approches possibles par l’intelligence artificielle connue sous la dénomination anglo-saxonne de « deep learning ». Dans l’approche de « deep learning », des approches traitent directement du problème de séparation voix/bruit de fond, d’autres concernent la séparation signal/signal, voix/voix. La demande de brevet US 20190066713 divulgue un procédé consistant à obtenir, par un dispositif, un signal sonore combiné pour des signaux combinés provenant de multiples sources sonores dans une zone dans laquelle se trouve une personne. Le traitement mis en œuvre fait appel à un traitement neuronal. Un exemple de procédé pour séparer plusieurs voix dans un signal audio selon l’art antérieur comporte les étapes décrites ci-après et non représentées pour des raisons de simplification. Le signal audio entrant est noté , il a pour longueur . Le signal est transmis à un encodeur qui transforme en un tenseur de dimensions où est un diviseur de et un nombre de filtres donné par le concepteur. L’encodeur consiste en une Convolution 1D à filtres. Les coefficients des noyaux de convolution sont réglés lors d’une phase d’apprentissage. Le tenseur est transmis d’une part à un multiplicateur pour une utilisation future et d’autre part à un module de séparation. Le module de séparation est divisé en deux sous-modules et . Le premier sous-module transforme le tenseur en un tenseur de dimensions . Le premier sous-module est constitué d’une couche de normalisation, une convolution 1x1 et un empilement de modules 1D-Conv connus de l’art antérieur et dont les paramètres sont réglés lors d’une phase d’apprentissage. Le deuxième sous-module transforme en tenseur de dimensions . Pour cela, le deuxième sous-module enchaîne une non-linéarité, une convolution 1x1 et une fonction sigmoid. Les coefficients de la convolution 1x1 sont réglés lors d’une phase d’apprentissage. est concaténé à lui-même pour former un tenseur de dimensions 2F x T qui est multiplié à pour former . Le module prend pour entrée et donne en sortie deux signaux de longueur au moyen d’une déconvolution 1D dont les paramètres sont réglés lors d’une phase d’apprentissage. La figure 1 illustre une application à la séparation de signaux de différents types, en séparant le canal voix et le canal bruit. Le signal (flux d’entrée ) est découpé en N trames de longueur L, avec la nième trame. Le procédé exécute les traitements suivants : La trame est encodée par un réseau de convolutions 1D. Le résultat est un tenseur de dimensions F x T avec F le nombre de filtres donné par le concepteur, T un diviseur de L dépendant de la taille des filtres F, 100. Le résultat est ensuite transformé par un module M 2 , 101. Le résultat est un tenseur de dimensions F x T. Le module M 4 estime, 103, à partir de , un tenseur de dimensions 2F x T. est concaténé à lui-même, 104, pour former un tenseur de dimensions 2F x T qui est multiplié à pour former . Le module M 5 à partir de produit un tenseur de dimension 2 x T, 105, à partir duquel on obtient deux sorties de dimensions 1 x T et qui sont respectivement le canal voix et le canal bruit. Ces étapes sont réitérées sur chaque nouvelle trame. Les paramètres sont appris sur une base de données de sons. L’inconvénient de ce procédé est qu’il n’utilise pas les informations des trames précédentes pour traiter la trame courante. Ceci entraîne notamment une qualité dégradée et une forte latence dans les traitements, du fait de la durée des trames. L’un des objectifs de la présente invention est d’offrir un procédé et un dispositif permettant de séparer des voix du bruit de fond dans un flux audio, ou débruitage de la voix dans un flux audio, notamment en tenant compte des informations issues des trames précédentes. Ceci permet d’améliorer les performances et le temps de traitement. Le procédé permet ainsi la propagation de « l’information globale » sur le signal, sa mise à jour et son exploitation de trame en trame. L’invention concerne un procédé pour séparer de la voix du bruit dans un signal audio reçu sur un récepteur équipé d’un capteur audio caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes : - On sépare le flux audio reçu en N trames , - Pour chaque trame on associe un tenseur contenant des informations sur l’ensemble du flux audio, - On transmet la trame X N à un premier module M 1 qui génère un signal , - Le tenseur obtenu lors de l’étape précédente pour le traitement de la trame est transmis à un module M 3 , - Le module M 3 prend en entrée un signal , résultat de la transformation du signal par un module M 2 et réalise la concaténation de et afin de générer un signal de dimension 2F x T, - Le signal est transmis à un module M 4 afin de générer un signal qui est combiné avec le signal , - Le signal résultant de la combinaison est décodé par un décodeur M 5 afin de générer un premier signal de voix et un deuxième signal . L’invention concerne aussi un dispositif pour séparer de la voix du bruit dans un signal audio reçu sur un récepteur équipé d’un capteur audio caractérisé en ce qu’il comporte au moins les éléments suivants : - Un premier module M 1 recevant des trames d’un signal contenant de la voix et du bruit, - Le premier module à une sortie reliée à un deuxième module M 2 configuré pour générer un signal transmis à un troisième module M 3 qui reçoit une valeur de tenseur associée à une trame précédente pour générer un tenseur associé à la trame courante et un signal de dimension 2F x T, - Un module M 4 qui combine le signal et le signal afin de générer un signal , - Un décodeur M 5 configuré pour générer un premier signal de voix et un deuxième signal à partir du signal . D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple non limitatifs et qui représentent, respectivement : , une illustration de l’art antérieur, , un exemple de système permettant la mise en œuvre du procédé selon l’invention, une illustration des étapes mises en œuvre par le procédé selon l’invention. La figure 2 illustre un exemple de dispositif permettant la mise en œuvre du procédé selon l’invention. Le signal dont il faut extraire (séparer) la ou les voix du bruit contenu dans le flux audio est reçu sur un capteur audio 10. Le capteur audio est relié à un ensemble d’équipements ou modules Hardware 20 configurés pour séparer la voix du bruit qui seront détaillés à la figure 3. La figure 3 illustre une première variante de réalisation pour séparer une voix du bruit dans un signal audio, les traitements étant effectués au niveau de l’ensemble 20. Les modules similaires au schéma de la figure 1 portent les mêmes références. L’ensemble comprend en plus un module M 3 dont la fonction est détaillée ci-après. Le signal audio reçu sur le capteur est lors d’une première étape séparé en N trames ….. . A chaque trame est associé un tenseur qui est de dimension constante, indépendante de l’indice de la trame. Le procédé va mettre à jour la valeur du tenseur de trame en trame et l’utilisation jointe de et pour estimer et . La trame est transmise à un premier module M 1 , 100, qui génère un signal . Le tenseur obtenu lors de l’étape précédente pour le traitement de la trame est transmis dans un module M 3 , 201. génère un tenseur , 202, qui sera utilisé lors du traitement de la trame . Le codeur M 3 prend en entrée un signal , 203, résultat de la transformation du signal par un module M 2 et réalise la concaténation de et , afin de générer un signal de dimension 2F x T, . Le signal , 204, est transmis à un module M 4 afin de générer un signal qui est combiné, 104, avec le signal , le signal résultant de la combinaison est décodé par un décodeur M 5 , 105, afin de générer un premier signal de voix et un deuxième signal . Les étapes mises en œuvre par le procédé selon l’invention sont les suivantes : Pour tout N, est de dimension F x F est un tenseur F x F défini par est le produit matriciel de et de sa transposée avec un facteur de gain 0 et 1 donné par l’utilisateur La fonction softmax est classique en machine learning ; à un vecteur de nombres, elle associe un vecteur de nombre avec pour tout , Pour calculer , la fonction softmax est appliquée indépendamment à toutes les lignes de , est le produit matriciel entre et ; ses dimensions sont , est de dimension 2F x T, c’est la concaténation de et . Le procédé et le dispositif selon l’invention permettent une séparation de la voix du bruit dans un signal audio reçu sur un capteur en temps réel et sans dégrader les paramètres propres à la voix. L’invention permet un fonctionnement en temps réel avec un compromis latence/qualité contrôlable, de ne pas dégrader le signal audio qui ne contient pas de bruit, et permet de rehausser le bruit dans un signal ne contenant pas de paroles (de voix). Le procédé permet notamment de prétraiter le signal audio de la parole pour améliorer la qualité de briques de traitement / valorisation de la voix (compression, analyse). Procédé pour séparer de la voix du bruit dans un signal audio reçu sur un récepteur équipé d’un capteur audio caractérisé en ce qu’il comporte au moins les étapes suivantes : - On sépare le flux audio reçu en N trames , - Pour chaque trame on associe un tenseur contenant des informations sur l’ensemble du flux audio, - On transmet la trame X N à un premier module M 1 , (100), qui génère un signal , - Le tenseur obtenu lors de l’étape précédente pour le traitement de la trame est transmis à un module M 3 , (201), - Le module M 3 prend en entrée un signal , (203), résultat de la transformation du signal par un module M 2 et réalise la concaténation de et , afin de générer un signal de dimension 2F x T, - Le signal , (204), est transmis à un module M 4 afin de générer un signal qui est combiné, (104), avec le signal , - le signal résultant de la combinaison est décodé par un décodeur M 5 , (105), afin de générer un premier signal de voix et un deuxième signal . Dispositif pour séparer de la voix du bruit dans un signal audio reçu sur un récepteur équipé d’un capteur audio caractérisé en ce qu’il comporte au moins les éléments suivants : - Un premier module M 1 recevant des trames d’un signal contenant de la voix et du bruit, - Le premier module à une sortie reliée à un deuxième module M 2 configuré pour générer un signal transmis à un troisième module M 3 qui reçoit une valeur de tenseur associée à une trame précédente pour générer un tenseur associé à la trame courante et un signal de dimension 2F x T, - Un module M 4 qui combine le signal et le signal afin de générer un signal , - Un module (104) qui combine le signal avec le signal afin de générer un signal - Un décodeur M 5 , (105) configuré pour générer un premier signal de voix et un deuxième signal à partir du signal .