УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ШУМОВ И АКУСТИЧЕСКИХ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ПОМЕХ
APPARATUS FOR ADAPTIVE SUPPRESSION OF ACOUSTIC NOISE AND ACOUSTIC FOCUSED INTERFERENCE

Устройство адаптивного подавления акустических шумов и акустических сосредоточенных помех относится к устройствам осуществляющим повышение эффективности функционирования систем передачи информации акустическими речевыми сигналами, работающих в условиях воздействия интенсивных акустических помех.
По патенту №91490 [1] известно устройство подавления акустических сосредоточенных помех, содержащее две параллельные гребенки полосовых фильтров, при этом выходы фильтров первой гребенки, подключены к первым входам соответствующих блоков умножения, ко вторым входам блоков умножения подсоединены выходы фильтров второй гребенки через формирователи порогового сигнала, выходы блоков умножения соединяются со входами сумматора, с которого суммарный сигнал подается на полосовой фильтр с выхода которого обработанные сигналы поступают в канал связи. Как недостаток данного устройства можно отметить, что в устройстве используется две идентичные гребенки фильтров и что устройством не осуществляется подавление шумовых акустических помех, которые также имеют место в телекоммуникационных системах громкоговорящей связи.
Известно [2, 3], что телекоммуникационные системы передачи информации речевыми сигналами, например, системы громкоговорящей связи (ГГС) функционируют, как правило, в условиях воздействия акустических помех, что приводит к потере информации. Особенно эта проблема актуальна при применении систем ГГС на многофункциональных морских судах с большим количеством абонентских постов, которые работают в условиях интенсивного воздействия акустических шумовых помех и акустических сосредоточенных помех.
В качестве акустических шумовых помех здесь рассматривается акустический шум, частотный спектр которого сосредоточен в низкочастотной части звукового диапазона. К таким акустическим шумам относится, например, шум ветра, шум моря, шум в машинном отделении. Акустические сосредоточенные помехи, это узкополосные тональные акустические помехи, спектр которых сосредоточен в узкой полосе частот и представляют собой практически гармоническое колебание. Такая помеха может иметь место на любой частоте звукового диапазона.
с
ш
Поэтому целью изобретения является максимальное ослабление влияния акустических помех на потерю полезной информации, то есть получение максимального отношения Р/Р на выходе системы ГТС, работающей в условиях воздействия акустических помех. В отличие от полезной модели, описанной в патенте №91490, с помощью устройства данного изобретения обеспечивается подавление как акустических сосредоточенных помех, так и акустических шумовых помех.
В вышеуказанной известной полезной модели [1] реализуется алгоритм подавления сосредоточенных акустических помех, который включает в себя двойное количество полосовых фильтров высоких порядков, что требует существенных материальных ресурсов и вычислительных затрат.
Сущность изобретения заключается в том, что входные сигналы (сумма речевых сигналов и акустических помех) подступают на полосовой фильтр 300-3400 Гц и на гребенку полосовых фильтров, суммарная полоса пропускания которых осуществляет полосовой фильтр в тех же пределах, то есть 300-3400 Гц. С выхода полосового фильтра 300-3400 Гц сигнал поступает в канал вычисления сигнала управления.
Гребенка фильтров представляет собой набор полосовых фильтров с полосами пропускания Δf=50 Гц, Δf=100 Гц, Δf=200 Гц, в сумме, как сказано выше, их общая полоса пропускания образует полосовой фильтр с полосой пропускания в пределах 300-3400 Гц.
l
l
Каждый полосовой фильтр l-того канала выделяет составляющие S входного сигнала, которые формируются на выходе l-того фильтра. Составляющие S с выходов полосовых фильтров поступают на входы устройств умножения, где перемножаются с сигналом управления, который снимается с выхода порогового устройства. Результат перемножения подается на многовходовый сумматор.
0
l
Сигнал управления l-того канала формируется по правилу: если модуль l-той составляющей не превышает некоторый порог (случай отсутствия помехи), то сигнал управления равен единице и составляющая после умножения на единицу поступает на вход сумматора; если модуль l-той составляющей превышает порог k (случай наличия помехи в полосе частот l-того канала), то сигнал управления будет равен нулю, в этом случае сигналы управления выключают выходные составляющие «S l-тых каналов. Таким образом, каналы содержащие составляющие высокого уровня, за счет наличия в них составляющих акустических помех, исключаются из суммы составляющих всех каналов, чем осуществляется адаптивное подавление областями режекции в общей АЧХ многоканального фильтра с целью подавления спектральных составляющих помех, обнаруженных в соответствующих каналах.
ф
0
l
l
l
l
2
На фиг.1. изображена структурная схема устройства подавления акустических помех. Устройство содержит: полосовой фильтр (1) с полосой пропускания Δf=300-3400 Гц, блок формирования сигнала u(n) (2), блок вычисления σ (3), блок вычисления уровня порога k (4), полосовые фильтры (5)-(37), блоки вычисления уровня огибающей Y (38), блоки вычисления сигнала управления y (39), блоки перемножения составляющих S с сигналом управления y (40), сумматор (41), выходной полосовой фильтр 300-3400 Гц (42).
Полосы пропускания Δf гребенки полосовых фильтров l-тых каналов выбраны с учетом распределения формантных частот в спектральной функции речевого сигнала [4]. Их значения приведены в таблице 1.
Таблица 1
Полосы пропускания полосовых фильтров
Номер канала, l
Номер блока
Характеристики полосовых фильтров
1
5
F<sub>н</sub>=300, F<sub>в</sub>=350, Δf=50 Гц
2
6
F<sub>н</sub>=350, F<sub>в</sub>=400, Δf=50 Гц
…
14
18
F<sub>н</sub>=950, F<sub>в</sub>=1000, Δf=50 Гц
15
19
F<sub>н</sub>=1000, F<sub>в</sub>=1100, Δf=100 Гц
16
20
F<sub>н</sub>=1100, F<sub>в</sub>=1200, Δf=100 Гц
28
32
F<sub>н</sub>=2300, F<sub>в</sub>=2400, Δf=100 Гц
29
33
F<sub>н</sub>=2400, F<sub>в</sub>=2600, Δf=200 Гц
30
34
F<sub>н</sub>=2600, F<sub>в</sub>=2800, Δf=200 Гц
33
37
F<sub>н</sub>=3200, F<sub>в</sub>=3400, Δf=200 Гц
0
ф
Предлагаемое устройство подавления акустических помех реализуется следующим образом. Входной сигнал х(n), являющийся аддитивной суммой речевого сигнала u(n) и помехи d(n), подается на вход полосового фильтра 300-3400 Гц (1) и на входы фильтров (5)-(37). Для вычисления порогового уровня k, сигнал с выхода полосового фильтра (1) подается на блок (2), в котором формируется сигнал u(n) по правилу
ф
2
С выхода блока (2) сигнал u(n) поступает на вход блока (3), в котором вычисляется значение σ по формуле
,
где N - число отсчетов в сегменте речевого сигнала длительностью Т≈20 мс [5].
2
0
l
С выхода (3) значение σ подается на вход блока (4), в котором вычисляется пороговый уровень k=kσ. Вычисленное значение порогового уровня подается на первый вход блока (39) в котором происходит вычисление сигнала управления y по правилу:
l
l
где Y - уровень огибающей составляющей S.
l
1
l
l
С выходов полосовых фильтров (5)-(37) составляющие S подаются на первые входы блоков умножения (40) и на входы блоков (38) вычисления уровня огибающей составляющих Y, вычисленные Y подаются на вторые входы блоков (39) вычисления сигналов управления y.
l
l
l
l
l
С блоков (39) сигналы управления y поступают на вторые входы блоков умножения (40), в которых производится умножение сигналов управления y с составляющими S. После перемножения результирующий сигнал каналов S·y поступают на сумматор (41). Математическое выражение суммарного сигнала на выходе сумматора (41) имеет вид
,
l
где y∈{0,1}.
l
На выходе сумматора (41) отсутствуют сигналы l-тых каналов, которые поражены акустическими помехами (случай, когда, y=0).
Суммарный сигнал с выхода сумматора поступает на вход выходного полосового фильтра (42) с полосой пропускания Δf=300-3400 Гц, с выхода которого получают отфильтрованный от помех речевой сигнал u'(n). Значение выходного сигнала описывается выражением
,
где k(f) - АЧХ выходного полосового фильтра, математическая модель которого имеет вид
Таким образом, описанный способ реализации алгоритма обработки речевых сигналов, осуществляющий многоканальное адаптивное подавление акустических шумов и акустических сосредоточенных помех, позволяет повышать эффективность передачи информации в телекоммуникационных системах громкоговорящей связи, функционирующих в условиях воздействия интенсивных акустических помех.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Пат. 91490 (РФ), МПК Н04В 1/10. Устройство подавления сосредоточенных акустических помех. / Кропотов Ю.А., Быков А.А., Ермолаев В.А., Лазарев Л.С., Проскуряков А.Ю.; заявители и патентообладатели Кропотов Ю.А., Быков А.А., Ермолаев В.А., Лазарев Л.С., Проскуряков А.Ю. - №2009135220/22; заявл. 21.09.2009; опубл. 10.02.2010, Бюл. №4.
2. Справочник по технической акустике / Под ред. М.Хекла и Х.А. Мюллера. - Л.: Судостроение,1980. - 440 с.
3. Бабкин В.В. Шумопонижающее устройство для вокодера. // 9-я Межд. Конф. и Выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (DSPA-2007) 28-30 марта 2007 г., г.Москва.
4. Кропотов, Ю.А. Алгоритм подавления акустических шумов и сосредоточенных помех с формантным распределением полос режекции / Ю.А. Кропотов, А.А.Быков, // Вопросы радиоэлектроники. Серия ОТ. - 2010. - Вып.1. - С.61-65.
5. Кропотов, Ю.А. Исследование автокорреляционных функций речевых сигналов / Ю.А. Кропотов, А.А.Быков, // Радиотехника. - 2008. №9 - С.107-109.