Prise de son distante par système multimicrophone. Application à la communication parlée en environnement bruyant

Ludovick Lepauloux (1)

1 CAIRN - Energy Efficient Computing ArchItectures with Embedded Reconfigurable Resources

In our increasingly mobile society we find that hands-free operation of communication systems is becoming more and more the norm, whether we talk to other humans or to machine. There are significant challenges in enabling high quality speech communication in adverse acoustic environments where the recorded microphone signals are corrupted by background noise, room reverberation, far-end echo signals and competing speech sources. Microphone arrays and more specifically beamforming methods are enabling technology for hands-free communication that is now viable and cost effective. By offering directional gain to improve the signal-to-noise ratio and taking the spatial correlation of sound field into account to dereverberate the desired speech signal and to reduce noise and acoustic echoes, microphone arrays techniques play an important role in hands-free mobile telephony, distant-talker speech recognition, voice controlled systems, hearing aids, or audio monitoring. In this thesis, to tackle time-varying environments with both nonstationary signal characteristics and potentially moving sources, we consider the Generalized Sidelobe Canceller (GSC) which is an efficient implementation of adaptive beamformers. However, one of the main drawback of this well used antenna are the self-cancellation phenomena of the desired signal caused by the signal leakage into the noise reference. To cope with this problem, we propose to take benefit of the ability of the crosstalk-resistant adaptive noise canceller (CTRANC) to deal with crosstalk problem that, in fact, is the same as the signal leakage problem in the GSC. Thus, before describing the new feedback structure for the GSC, we first give a complete analysis of the CTRANC and propose new adaptive algorithms in the frequency- domain. In addition, our study establish new results about the convergence properties and the existence of an equilibrium point for this feedback structure. Finally, results show that feedback GSC is an effective solution to solve the leakage problem and to improve the performance.

Dans notre société de plus en plus mobile, nous constatons que les systèmes de communication mains libres sont devenus une norme, que ce soit pour les interactions homme-machine ou homme-homme. Cependant, il est difficile de garantir la qualité du signal de parole lors d'une prise de son distante car les microphones captent en plus du signal désiré le bruit de fond, la réverbération, le signal d'écho et les autres sources de parole concurrentes. Les antennes acoustiques associées aux techniques de formation de voies sont une solution efficace et aujourd'hui technologiquement réalisable. Grâce à leur directivité, elles améliorent le rapport signal sur bruit de même que, en exploitant la corrélation spatiale du champ sonore, elles permettent de réduire la réverbération, l'écho et le bruit. Les antennes acoustiques jouent un rôle croissant dans la téléphonie mains libres, la reconnaissance de locuteur, les systèmes à commande vocale, l'aide aux malentendants ou la surveillance audio. Dans cette thèse, pour s'adapter aux environnements variants dans le temps, aux non-stationnarités des signaux et aux éventuels mouvements du locuteur, nous considérons les antennes adaptatives de type GSC (Generalized Sidelobe Canceller) pour leur implémentation avantageuse. Cependant, l'un des défauts majeurs de cette antenne, couramment utilisée, réside dans la fuite du signal utile dans l'étage d'estimation du bruit provoquant de fortes dégradations voire l'auto-annulation de ce signal en sortie. Pour résoudre ce problème, nous proposons de mettre à profit la structure récursive spécifiquement dédiée à la gestion de la diaphonie dans la technique d'annulation adaptative de bruit bicapteur, nommée CTRANC (Crosstalk-Resistant Adaptive Noise Canceller). Ainsi, avant de proposer une extension de cette méthode au cas du GSC et donc de définir une nouvelle architecture récursive pour celui-ci, nous donnons dans un premier temps une analyse complète du CTRANC et proposons de nouveaux algorithmes adaptatifs dans le domaine fréquentiel. Par ailleurs, notre étude fournit également de nouveaux résultats sur les propriétés de convergence et l'existence d'un point d'équilibre pour le CTRANC. Enfin, des résultats expérimentaux confortent l'analyse et montrent l'efficacité des solutions proposées pour la suppression du signal de fuite et l'amélioration des performances.

Mots clés: Speech processing; Microphone array; Adaptive filtering; Feedback structure; Beamforming; Adaptive noise cancellation

Mots clés: Traitement de la parole; Antenne acoustique; Filtrage adaptatif; Structure récursive; Formation de voies; Annulation adaptative de bruit; Déréverbération

Domaines: Traitement du signal et de l'image [eess.SP]

Ludovick Lepauloux. Prise de son distante par système multimicrophone. Application à la communication parlée en environnement bruyant. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Université Rennes 1, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00636256⟩