Применениябанков фильтров

Содержание

Слайд 2

План

Психоакустическая компрессия звука
Слуховая маскировка
Устройство алгоритма mp3
Подавление стационарных шумов
Метод спектрального вычитания
STFT как банк

План Психоакустическая компрессия звука Слуховая маскировка Устройство алгоритма mp3 Подавление стационарных шумов
фильтров, полосовые гейты
Проблема «музыкального шума»
Частотно-временное разрешение
Расширение полосы частот в аудиосигнале

Слайд 3

Слуховая маскировка

Абсолютный порог слышимости
Как соотнести уровни в звуковом файле с абсолютными уровнями

Слуховая маскировка Абсолютный порог слышимости Как соотнести уровни в звуковом файле с абсолютными уровнями звука?
звука?

Слайд 4

Слуховая маскировка

Сильные звуки (masker) маскируют более слабые (maskee)
Одновременная маскировка
Временная маскировка (прямая и

Слуховая маскировка Сильные звуки (masker) маскируют более слабые (maskee) Одновременная маскировка Временная маскировка (прямая и обратная)
обратная)

Слайд 5

Слуховая маскировка

Маскировка тонами, шумами и общий порог маскировки
Шаг квантования выбирается пропорциональным порогу

Слуховая маскировка Маскировка тонами, шумами и общий порог маскировки Шаг квантования выбирается пропорциональным порогу маскировки
маскировки

Слайд 6

Алгоритм mp3

Кодирование аудиоданных с потерями

Схема кодера mp3

Алгоритм mp3 Кодирование аудиоданных с потерями Схема кодера mp3

Слайд 7

Пред-эхо

Pre-echo (pre-ringing)

Размытие ошибки квантования
по времени на всю длину окна

Пред-эхо Pre-echo (pre-ringing) Размытие ошибки квантования по времени на всю длину окна

Слайд 8

Пред-эхо

Переключение размера окон в банке фильтров

Пред-эхо Переключение размера окон в банке фильтров

Слайд 9

Виды шумов и искажений

Источники шумов и искажений
На заре звукозаписи – ограничения аппаратуры

Виды шумов и искажений Источники шумов и искажений На заре звукозаписи –

Сейчас – бюджетная аппаратура, неидеальные условия записи, архивные материалы

Шумы и
искажения

Стационарные

Импульсные

Искажения

Щелчки винила
Цифровые выпадения

Шум магнитной ленты
Наводка 50 Гц

Нелинейные искажения
Фильтрация

Проблема по-прежнему актуальна!

Слайд 10

Шумоподавление

Аддитивный шум

Метод спектрального вычитания

Шум предполагается стационарным,
т.е. не меняющимся во времени (средняя мощность,

Шумоподавление Аддитивный шум Метод спектрального вычитания Шум предполагается стационарным, т.е. не меняющимся
спектр)

Слайд 11

Шумоподавление

Простейшие методы: гейт (1940)

подавление сигналов ниже определенной амплитуды

Шумоподавление Простейшие методы: гейт (1940) подавление сигналов ниже определенной амплитуды

Слайд 12

Шумоподавление

Простейшие методы: адаптивный эквалайзер (1946)

частота среза зависит от ширины спектра сигнала

Шумоподавление Простейшие методы: адаптивный эквалайзер (1946) частота среза зависит от ширины спектра сигнала

Слайд 13

Стационарные шумы

Общий принцип подавления
Преобразование, компактно локализующее энергию (energy compaction)
Модификация коэффициентов преобразования (подавление

Стационарные шумы Общий принцип подавления Преобразование, компактно локализующее энергию (energy compaction) Модификация
коэффициентов, соответствующих шуму)
Обратное преобразование (восстановление очищенного сигнала)

Слайд 14

Спектральное вычитание

Спектральное вычитание для аудиосигналов
STFT
Оценка спектра шума по участку без полезного сигнала
«Вычитание»

Спектральное вычитание Спектральное вычитание для аудиосигналов STFT Оценка спектра шума по участку
спектра шума из спектра сигнала
Обратное STFT

Spectral Subtraction,
Short-Time Spectral Attenuation

Схема алгоритма спектрального вычитания

Слайд 15

Спектральное вычитание

Требования к банку фильтров
Точное (или почти точное) восстановление
Отсутствие «эффекта блочности» (перекрытие,

Спектральное вычитание Требования к банку фильтров Точное (или почти точное) восстановление Отсутствие
окна)
Хорошая частотная локализация
Не требуется: сохранение количества информации

Выбираем банк фильтров,
основанный на STFT

Слайд 16

Шумоподавление

Многополосная интерпретация

Пороги срабатывания гейтов зависят
от уровня шума в каждой частотной полосе

Гейт (gate)

Шумоподавление Многополосная интерпретация Пороги срабатывания гейтов зависят от уровня шума в каждой
– устройство, подавляющее тихие сигналы
(громкие пропускаются без изменения)

Слайд 17

Спектральное вычитание

Конструкция гейтов
Порог срабатывания зависит от шума → нужно знать параметры шума

Спектральное вычитание Конструкция гейтов Порог срабатывания зависит от шума → нужно знать
→ обучение
Мягкое или жесткое срабатывание
Время срабатывания (attack/release time)
Ограничение степени подавления

Пример подавления:

Здесь G – коэффициент усиления,
W – оценка амплитуды шума,
X – амплитуда сигнала.

Слайд 18

Шумоподавление

Шум случаен → его спектр тоже случаен
Пример спектра белого шума:

приближенный фрагмент

общая спектрограмма

Шумоподавление Шум случаен → его спектр тоже случаен Пример спектра белого шума: приближенный фрагмент общая спектрограмма

Слайд 19

Шумоподавление

После спектрального вычитания появляются
случайно расположенные всплески энергии – артефакт «музыкальный шум» (musical

Шумоподавление После спектрального вычитания появляются случайно расположенные всплески энергии – артефакт «музыкальный
noise)

«музыкальный шум»

общая спектрограмма

Слайд 20

Шумоподавление

Музыкальный шум: методы борьбы
Завышение порога (недостаток – теряем больше сигнала)
Ограничение G(f, t)

Шумоподавление Музыкальный шум: методы борьбы Завышение порога (недостаток – теряем больше сигнала)
снизу (чтобы музыкальный шум маскировался естественным шумом)
Увеличение времени срабатывания гейтов (при слишком сильном увеличении получается шумовое эхо и смазываются атаки в сигнале)
Сглаживание G(f, t) по времени и/или по частоте

зашумленный сигнал

простое спектр. вычитание

сглаживание по времени

Слайд 21

Спектральное вычитание

Эффекты фиксированного частотно-временного разрешения
Эффект Гиббса (размытие транзиентов)
Недостаточное частотное разрешение

Зашумленный сигнал

Размер окна

Спектральное вычитание Эффекты фиксированного частотно-временного разрешения Эффект Гиббса (размытие транзиентов) Недостаточное частотное
50 мс

Адаптивное разрешение

Слайд 22

Расширение частотного диапазона

Задача расширения
Дано аудио, обработанное НЧ-фильтром (т.е. без высоких частот, например

Расширение частотного диапазона Задача расширения Дано аудио, обработанное НЧ-фильтром (т.е. без высоких
– после mp3-компрессии)
Нужно достроить высокие частоты, основываясь только на низких (или, возможно, на дополнительной информации о ВЧ, закодированной в потоке)

Слайд 23

Расширение частотного диапазона

Метод
Сгенерировать грубое приближение высоких частот по низким (методы spectral replication,

Расширение частотного диапазона Метод Сгенерировать грубое приближение высоких частот по низким (методы
distortion, vocoder+resampling)
Придать грубому приближению желаемую форму (продолжение низких частот по энергии, степени тональности и т.д.) – здесь используем банки фильтров
Имя файла: Применениябанков-фильтров.pptx
Количество просмотров: 119
Количество скачиваний: 0