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Bachelor-Vortrag: Sprachverbesserung durch robustes Beamforming auf Basis geschätzter Mikrofonpositionen

Maximilian Tillmann
Dienstag, 22. Oktober 2019
10:15 Uhr
Hörsaal 4G

Der Freichsprechmodus ist bei der Sprachsteuerung oder bei der Sprachkommunikation ein häufiger Anwendungsfall. Bei einem großen Abstand des Sprechers zur Aufnahmeeinheit im Freisprechmodus ist das Signal-Rausch-Verhältnis am Mikrofon in der Regel klein. Daher werden für diese Anwendungen gewöhnlich mehrere Mikrofone als Beamformer betrieben, um das Sprachsignal des Sprechers zu verstärken.

Ziel dieser Arbeit ist es, verschiedene Mikrofonarrays mit gestörten Mikrofonpositionen, also einer Abweichung der tatsächlichen Positionen und der dem Beamformer bekannten Positionen, als Beamformer zu betreiben und deren Robustheit bezüglich dieser Störungen zu untersuchen. Als allgemeines Bewertungskriterium dafür wird der Gewinn, also ein Maß für die Richtwirkung des Beamformers, berechnet. Es wird ein superdirektiver Beamformer (MVDR-Beamformer) betrachtet, bei dem der Entwurfsparameter µ ein zentraler Parameter ist. Hiermit kann ein Kompromiss zwischen dem maximal erreichbaren Gewinn und der Robustheit eingestellt werden. Es ist das Ziel, µ so auszuwählen, dass der mittlere Gewinn im Fall einer Störung maximiert wird.

Es konnte gezeigt werden, dass es einen Unterschied macht, ob die Fehler, bei den Mikrofonplatzierungen oder bei den beamformer-bekannten Positionen auftreten. Störungen der beamformer-bekannten Positionen führen zu einer höheren Robustheit als Störungen in den Mikrofonplatzierungen.

Weiterhin wurde die Robustheit bei Verwendung eines Geometrie-Schätzers untersucht. Zusätzlich wurde hier eine frequenzabhängige Optimierung von µ vorgenommen.Dabei zeigte sich jedoch, dass bei großen Störungen die Fehlerverteilung bei den Schätzfehlern des Geometrie-Schätzers von einer Normalverteilung stark abwich und dadurch das verwendete Optimierungsverfahren zur Wahl von µ nicht mehr sinnvoll eingesetzt werden konnte. Bei kleineren Schätzfehlern erwies sich das verwendete Verfahren zur Optimierung von µ jedoch als sinnvoll.

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