Masterarbeit - Details

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Kombination von Beamforming und akustischer Echokompensation zur Sprachverbesserung

Betreuer: Matthias Schrammen, Stefan Kühl

Themengebiet: Signalverarbeitung, Akustik

Kategorie: Masterarbeit

Status: angeboten

Werkzeuge: Matlab

Schlagwörter: Mehrkanalige Signalverarbeitung, Beamforming, Echokompensation

 

 

Aufgabenstellung:

In der mobilen Sprachkommunikation ist der Freisprechmodus einer der häufigsten Usecases. Gleichzeitig stellt dieser Anwendungsfall große Herausforderungen an die digitale Signalverarbeitung, da zum einen das Signal-zu-Rauschverhältnis am Mikrofon durch den großen Abstand zwischen Sprecher und Gerät sehr schwach ist und andererseits ein starkes akustisches Echo durch die Einkopplung des Lautsprechersignals in die Mikrofone des Mobiltelefons entsteht.

In modernen Geräten werden daher meist mehrere Mikrofone verwendet, um das Signal des aktiven Sprechers durch Beamforming zu verstärken. Zur Kompensation des akustischen Echos werden digitale Filter eingesetzt, die den Echopfad adaptiv schätzen. Beide Verfahren für sich - Beamforming und akustische Echokompensation - erfordern eine sorgfältige Parametrierung, um die gewünschte Signalverbesserung zu erzielen. Werden beide Verfahren wie im Mobiltelefon gemeinsam verwendet, ergeben sich zusätzliche Herausforderungen. Wird zuerst akustische Echokompensation betrieben (''AEC first''), so ist für jedes Mikrofon ein eigenständiges adaptives Filter notwendig. Dies erhöht den Rechenaufwand signifikant. Alternativ kann zuerst Beamforming und anschließend einkanalige Echokompensation durchgeführt werden (''BF first''). Allerdings muss in diesem Fall das adaptive Filter nicht nur den akustischen Echopfad, sondern auch die u.U. zeitvarianten Filterkoeffizienten des Beamformers schätzen. Beide Ansätze zur Kombination von Beamforming und akustischer Echokompensation (BF first und AEC first) senken die Performance der Einzelalgorithmen deutlich. Einen Ausweg bieten Verfahren, die beide adaptiven Systeme gleichzeitig betrachten und ihre Filterkoeffizienten gemeinsam adaptieren.

In dieser Arbeit sollen Verfahren zur Kombination von Beamforming und akustischer Echokompensation untersucht werden. Dabei stehen realistische, mehrkanalige Testsignale für den nahen Sprecher und das akustische Echo zur Verfügung. Weiterhin kann auf Implementierungen adaptiver Beamformer und akustischer Echokompensatoren aufgebaut werden. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Kombination beider Verfahren beispielsweise durch eine gemeinsamen Optimierung der Filterkoeffizienten oder intelligente Steuerung der Filteradaption.

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